CN112272058A - 一种系留无人机 - Google Patents

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赵毅
卢明鑫
刘畅
秦后运
刘一鸣
魏松
彭翀
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2575—Radio-over-fibre, e.g. radio frequency signal modulated onto an optical carrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F3/00—Ground installations specially adapted for captive aircraft
    • B64F3/02—Ground installations specially adapted for captive aircraft with means for supplying electricity to aircraft during flight

Abstract

本发明公开了一种系留无人机，涉及无人机技术领域，包括激光器、光纤、激光扩束镜、太阳能电池和无人机机体，激光器用于设置在地面上，太阳能电池和激光扩束镜均设置在无人机机体上，激光器的输出端与光纤一端连接，光纤另一端与激光扩束镜的输入端连接，激光扩束镜的输出端朝向太阳能电池，太阳能电池输出端与无人机机体电联接。本发明提供的系留无人机，降低无人机能耗，增强无人机载重能力，提高飞行高度，显著提高无人机续航时间。

Description

一种系留无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种系留无人机。
背景技术
目前，无人机已广泛应用于民用和军事等各种场合，而能够实现空中长时间飞行或驻留的无人机更是有其特殊需求，如作为应急通讯的系留无人机。由于无人机电池容量有限，且电池本身的重量可与无人机自身重量相比拟，更加缩短了无人机的工作时间。目前的系留无人机还是金属线缆作为无人机供电方式，由于金属线缆重量较大，大大限制了无人机的飞行高度，且为了减少线缆的重量，不得不降低线缆的直径，这样一来线缆能够传输的电流就很小，故不得不采用高压输电，即在地面将220V电压升压至高压，到达无人机后高压供电系统有两种运作方式，一种方式是：输电电压可直接匹配高压电机，电压不需转换直接驱动电机，优点是结构较为简单，缺点是需要对高压电机进行设计，而大功率高压控制器件的成本较高；另一种方式为：在无人机平台上设计降压用的开关电源，驱动现有无人机上的低压电机，但是开关电源同样受到功重比以及大功率高压控制器件尺寸的制约。
发明内容
本发明的目的是提供一种系留无人机，以解决上述现有技术存在的问题，降低无人机能耗，增强无人机载重能力，提高飞行高度，显著提高无人机续航时间。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种系留无人机，包括激光器、光纤、激光扩束镜、太阳能电池和无人机机体，所述激光器用于设置在地面上，所述太阳能电池和所述激光扩束镜均设置在所述无人机机体上，所述激光器的输出端与所述光纤一端连接，所述光纤另一端与所述激光扩束镜的输入端连接，所述激光扩束镜的输出端朝向所述太阳能电池，所述太阳能电池输出端与所述无人机机体电联接。
优选的，还包括移动装置，所述激光器安装在所述移动装置上，所述移动装置能够在地面自由移动。
优选的，所述激光扩束镜的输出端垂直朝向所述太阳能电池。
优选的，所述激光器为远红外激光器、中红外激光器、近红外激光器、可见光激光器或近紫外激光器，所述激光器的输出波长与所述光纤的传输波长相匹配。
优选的，所述光纤为石英光纤、复合光纤或塑料光纤，所述光纤数量为一根或多根。
优选的，所述光纤外侧壁上包覆有荧光层。
优选的，所述太阳能电池为Ⅲ-Ⅴ族化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池或钙钛矿太阳能电池，所述太阳能电池的峰值吸收波长与所述光纤的传输波长相匹配。
优选的，还包括通信模块和通信光纤，所述通信模块设置在所述无人机机体上，所述通信模块包括信号发射模块和信号接收模块，所述信号发射模块和所述信号接收模块通过所述通信光纤与地面站信号连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供一种系留无人机，设置在地面上的激光器将激光束耦合入光纤，通过光纤传输光能，在激光扩束镜的作用下，激光束得到发散并照射到太阳能电池上，太阳能电池将光能转化为电能，为无人机机体提供电能，实现无人机空中全时飞行或驻留；本发明以轻质柔性光纤作为无人机的能量供给媒介，有效减小无人机飞行时对线缆的拉力，降低无人机能耗，提高飞行高度；以激光器作为光能输出装置，通过光纤传输光能，并利用激光扩束镜发散出射光，增大太阳能电池的受光面积，极大提高了对无人机的能量供给，进而有效增强无人机的载重能力，从而显著提高系留续航时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的系留无人机的结构示意图；
图中：1-激光器、2-光纤、3-激光扩束镜、4-太阳能电池、5-无人机机体、6-移动装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种系留无人机，以解决现有技术存在的问题，降低无人机能耗，增强无人机载重能力，提高飞行高度，显著提高无人机续航时间。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例提供一种系留无人机，包括激光器1、光纤2、激光扩束镜3、太阳能电池4和无人机机体5，激光器1用于设置在地面上，太阳能电池4和激光扩束镜3均设置在无人机机体5上，激光器1的输出端与光纤2一端连接，光纤2另一端与激光扩束镜3的输入端连接，激光扩束镜3的输出端朝向太阳能电池4，太阳能电池4输出端与无人机机体5电联接。
设置在地面上的激光器1将激光束耦合入光纤2，通过光纤2传输光能，在激光扩束镜3的作用下，激光束得到发散并照射到太阳能电池上，太阳能电池将光能转化为电能，为无人机机体提供电能，具体的可为无人机机体中的电机供电，以及其他用电设备供电，实现无人机空中全时飞行或驻留。本发明以轻质柔性光纤作为无人机的能量供给媒介，有效减小无人机飞行时对线缆的拉力，降低无人机能耗，提高飞行高度；以激光器作为光能输出装置，通过光纤传输光能，并利用激光扩束镜发散出射光，增大太阳能电池的受光面积，极大提高了对无人机的能量供给，进而有效增强无人机的载重能力，从而显著提高无人机续航时间。
在本实施例中，还包括移动装置6，激光器1安装在移动装置6上，移动装置6能够在地面自由移动，可根据无人机执行任务要求使激光器1随之在地面灵活移动。
在本实施例中，激光扩束镜3的输出端垂直朝向太阳能电池4，使激光束发散后能够均匀地照射太阳能电池4，保证太阳能电池4最大发电效率。
在本实施例中，激光器1为远红外激光器、中红外激光器、近红外激光器、可见光激光器或近紫外激光器，激光器1的输出波长与光纤2的传输波长相匹配，使光纤2能够传输激光器1发射的激光束光能。
在本实施例中，光纤2为石英光纤、复合光纤或塑料光纤，光纤2数量为一根或多根，多根光纤共同传输太阳能电池所需的光能，并通过激光扩束镜将光纤的出射激光束发散并均匀照射于太阳能电池表面，能够增大太阳能电池的受光面积，而且，当其中一根光纤出现传输故障，太阳能电池仍能接收到其他光纤传输的光能，从而有效地增强了无人机的稳定性。
在本实施例中，光纤2外侧壁上包覆有荧光层，在夜晚或幽暗环境下起警示作用，从而极大增强了无人机的安全性。
在本实施例中，太阳能电池4为Ⅲ-Ⅴ族化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池或钙钛矿太阳能电池，太阳能电池4的峰值吸收波长与光纤2的传输波长相匹配，通过太阳能电池4将光能转化为电能，为无人机提供电能供给。
在本实施例中，还包括通信模块和通信光纤，通信模块设置在无人机机体5上，通信模块包括信号发射模块和信号接收模块，信号发射模块和信号接收模块通过通信光纤与地面站信号连接。当无人机工作完成或出现异常时，信号发射模块发射信号并通过通信光纤将通信数据传输到地面站，地面接收装置收到信号后，反馈给控制器，控制器向无人机发送指令，通过通信光纤传输到信号接收模块，信号接收模块接收到地面指令信号后，按指令做出相应的动作。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种系留无人机，其特征在于：包括激光器、光纤、激光扩束镜、太阳能电池和无人机机体，所述激光器用于设置在地面上，所述太阳能电池和所述激光扩束镜均设置在所述无人机机体上，所述激光器的输出端与所述光纤一端连接，所述光纤另一端与所述激光扩束镜的输入端连接，所述激光扩束镜的输出端朝向所述太阳能电池，所述太阳能电池输出端与所述无人机机体电联接。
2.根据权利要求1所述的系留无人机，其特征在于：还包括移动装置，所述激光器安装在所述移动装置上，所述移动装置能够在地面自由移动。
3.根据权利要求1所述的系留无人机，其特征在于：所述激光扩束镜的输出端垂直朝向所述太阳能电池。
4.根据权利要求1所述的系留无人机，其特征在于：所述激光器为远红外激光器、中红外激光器、近红外激光器、可见光激光器或近紫外激光器，所述激光器的输出波长与所述光纤的传输波长相匹配。
5.根据权利要求1所述的系留无人机，其特征在于：所述光纤为石英光纤、复合光纤或塑料光纤，所述光纤数量为一根或多根。
6.根据权利要求1所述的系留无人机，其特征在于：所述光纤外侧壁上包覆有荧光层。
7.根据权利要求1所述的系留无人机，其特征在于：所述太阳能电池为Ⅲ-Ⅴ族化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池或钙钛矿太阳能电池，所述太阳能电池的峰值吸收波长与所述光纤的传输波长相匹配。
8.根据权利要求1所述的系留无人机，其特征在于：还包括通信模块和通信光纤，所述通信模块设置在所述无人机机体上，所述通信模块包括信号发射模块和信号接收模块，所述信号发射模块和所述信号接收模块通过所述通信光纤与地面站信号连接。
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