一种多旋翼机长航时飞行电源系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种多旋翼机应用太阳能电源供电的设计方法及系统，属于新能源和航空技术领域。
【背景技术】
[0002]无人机是指可重复使用的无人驾驶飞行器，它有相应的航电系统、传感器系统、通信系统、飞行控制系统等，具有自主飞行和独立完成某项任务的功能，也有人称之为空中机器人。相对于有人驾驶飞行器，无人机具有造价低廉，适用于多种复杂任务环境、可降低人员伤亡等优点。英国早在1917年就研制成功了世界上第一架无人机，到20世纪80年代左右，无人机的发展逐渐得到重视，目前，世界上很多国家都展开了无人机的研究和制造。
[0003]旋翼式无人机是无人机的一个主要分类，依靠一个或者多个旋翼提供机体的升力和动力。随着无人机在各个领域中的深入发展，旋翼式无人机以其独特的空中悬停能力、较固定翼式无人机更优良的低空低速特性、对起降场地的低要求、极佳的机动灵活性以及高可靠性得到了越来越多的青睐，被广泛运用于军民各个行业。
[0004]无人机的续航对无人机的应用影响非常大，无人机在飞行中会直接受到光照，太阳能是环保能源，无人机在飞行中可通过太阳能进行充电，目前被越来越多的用于无人机领域，而现在常见的由三个及多个电动螺旋桨升力的组合控制飞行的电动多轴旋翼机(简称多旋翼机)在使用上存在电池的持续供电能力弱，飞行续航时间较短的缺点，仅靠解决电池技术实现多旋翼机较长时间飞行续航的需求在近几年里较难取得进展。
[0005]旋翼式无人机通常机体中部为一个球形体，可以考虑将球形体表面设置太阳能集能板从而利用太阳能进行供电，但由于球面的采光面积受限制，且不容易扩展面积因而原理上采能受限很大，而且太阳能电池基本材料硅片绝大多数是平面材料，特制球面的不宜推广。另外，多旋翼机的飞行速度慢，对太阳能板面积扩大不敏感，利用其低速特点安装面积较大的平面采光面板更具实用性。
[0006]因此，如何实现多旋翼无人机的长航时飞行是目前需要解决的一个重要技术问题。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于提供一种多旋翼机应用太阳能电源供电的电源系统，以解决多旋翼无人机较长时间飞行续航的问题。
[0008]本实用新型的技术方案如下:
[0009]首先，本实用新型提出了一种多旋翼机长航时飞行的设计方法，它至少包括如下A、B、C三种方案之一或者A方案与B方案的结合或者A方案与C方案的结合:
[0010]A方案:通过多旋翼机上自带的太阳能电池板向多旋翼机上的蓄电池充电以实现多旋翼机的长航时飞行；
[0011 ] B方案:多旋翼机定点飞行时，多旋翼机采用供电电缆与地面的或汽车上的太阳能电池，汽车发电机，或引入市电组成的电源管理系统连接以实现对多旋翼机供电，电源管理系统可通过地面太阳能电源板或市电对其蓄电池进行充电再连接到供电电缆；
[0012]C方案:多旋翼机移动飞行时，多旋翼机采用供电电缆与地面的汽车上的电源管理系统连接以实现对多旋翼机供电，电源管理系统可以配置蓄电池，通过车载太阳能电源对其蓄电池进行充电再连接到供电电缆。
[0013]其中，在A方案中，多旋翼机自带的太阳能电池板及其支撑结构安装在多旋翼机的电动机轴臂延长结构上，可以拆卸，太阳能电池板的设计使多旋翼机的螺旋桨气流顺利向下流通，太阳能电池板设计变结构的减小风阻的机构，以及调节板面结构形式的机构。
[0014]B方案和C方案中，汽车在行驶过程中，通过导航信息让移动飞行的多旋翼机获得汽车的实时位置，引导和控制移动飞行的多旋翼机跟随汽车移动，保持相互的位置和距离从而获得持续的供电。供电电缆通过安装在汽车上的电缆收放装置实现电缆长度的调节，对电缆收放长度的控制采用电动和手动结合的两种方式;手动方式可用在断电或其他特殊情况；电动调节方式设计为通电状态处于放线的松弛状态，电缆收放装置自动记录放线长度，电缆收放装置根据其自动测量数据或与导航信息结合实现对放线长度的收线和放线的控制。
[0015]在以上各方案中，还可以在多旋翼机上与通常配置的遥测遥控与信息传输链路并联加装4G/LTE(含LTE-A)通讯设备，将任务载荷或探测传感器的数据在机上记录或下传给指定的接收设备，指定的地面或移动平台上的接收设备可以多台同时接收下传的信息。
[0016]基于上述方法，本实用新型的一种多旋翼机长航时飞行控制系统是这样的:它包括设有蓄电池和充电器的多旋翼机，该多旋翼机设有太阳能供电系统;所述太阳能供电系统为下面任意一种:
[0017]第一种是:太阳能供电系统包括设置在多旋翼机上的太阳能电池板，该太阳能电池板向多旋翼机上的蓄电池充电；
[0018]第二种是:太阳能供电系统包括设置在地面汽车上的电源管理系统，电源管理系统通过地面太阳能电源板，汽车发电机或市电进行供电，电源管理系统通过供电电缆向多旋翼机的蓄电池充电，或直接连接多旋翼机的用电设备进行供电；其主要用于多旋翼机定点飞行的情形；
[0019]第三种是:太阳能供电系统包括设置设置在地面汽车上的电源管理系统，电源管理系统通过车载太阳能电源或汽车发电机进行供电，电源管理系统通过供电电缆向多旋翼机的蓄电池充电，或直接连接多旋翼机的用电设备进行供电；其主要用于多旋翼机移动飞行的情形。
[0020]其中，太阳能电池板安装在多旋翼机的电动机轴臂延长结构，可以拆卸，太阳能电池板为同心圆环板状结构。也就是说，太阳能电池及其支撑结构可以从多旋翼机上拆卸，太阳能电池板面的设计，能够保证多旋翼机的螺旋桨气流顺利向下流通，太阳能电池板面可以设计分块式缝隙间隔的或变结构的减小风阻的机构，以及调节板面结构形式的机构。因此，优选的的太阳能电池板面形状是同心圆环。因为一般的多旋翼机结构都采用复合材料，因此，太阳能电池板及其支撑架构也采用复合材料及轻质结构材料。
[0021]设置在地面或汽车上的电源管理系统包括蓄电池、充电器及电源管理器。供电电缆在输出和悬挂的两端应设置可靠的紧固设计，供电电缆的强度可根据抗风要求选择。
[0022]车载太阳能电源可折叠地安装在汽车上，车载太阳能电源的供电可以与其他地面电源进行混合电源供电，由电源管理器进行管理，并由车载的充电器经过供电电缆向多旋翼机上的蓄电池进行供电，其中，车辆的发电机供电，以及便携蓄电池供电是比较容易获得的可移动电源，并可与车载的太阳能电池构成混合供电电源。电源管理器可以与充电器一体化设计。
[0023]连接到多旋翼机用电设备的供电电缆设计两个安装点，一个安装点与多旋翼机上的用电设备的结构连接，另一个安装点则应该根据多旋翼机的结构尺寸将安装点设计在多旋翼机起降支架上或专门设计的固定架上，保持与云台运动结构的适当距离并使对多旋翼机的重心的力矩尽量小，这个安装点作为承受风力或牵引力的承力紧固点，可让观测载荷的云台作180度左右或360度左右旋转而不被供电电缆缠绕或遮挡，即使遮挡也可以通过多旋翼机自己的航向适当旋转得以避开。
[0024]本实用新型的实现多旋翼机长航时飞行电源系统，技术成熟，实现的成本较低，适合与现有的多旋翼机改进并结合应用。原则上可以实现三种方式的长航时飞行，即:可以实现多旋翼机持续昼夜定点飞行，可以实现多旋翼机与地面车辆协同，以较低速度的移动供电并进行较长时间的飞行，还可以实现小风天气多旋翼机自带太阳能电池较长时间飞行。
[0025]与目前多旋翼机飞行时间普遍