系留旋翼無人機(jī)的市場需求來源于系留氣球升空平臺系統(tǒng)。
系留氣球升空平臺系統(tǒng)是為定點監(jiān)測電子裝備提供的空基平臺。美國的tcom公司是系留氣球系統(tǒng)的生產(chǎn)廠商，美國西海岸的對海警戒雷達(dá)網(wǎng)都是由tcom系留氣球作為空基平臺部署的。
然而，系留氣球體積龐大，升降困難，機(jī)動性很差。所以通過系纜從地面供電，由電機(jī)驅(qū)動螺旋槳替代氣球作為升空動力，是一個研究方向。
近年來，多旋翼無人機(jī)快速發(fā)展，為系留無人機(jī)創(chuàng)造了條件。系留無人機(jī)是將無人機(jī)和系留綜合纜繩結(jié)合起來實現(xiàn)的無人機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)用場景的不同，系留無人機(jī)系統(tǒng)分為地面固定式、車載移動式和艦載移動式
然而，在其中還是存在著幾個核心的技術(shù)問題還沒解決。
1、驅(qū)動電機(jī)的功重比。
功重比是指電機(jī)輸出功率與電機(jī)自身重量之比，單位是千瓦/千克。根據(jù)旋翼類航空器升力/功率比的經(jīng)驗數(shù)值，每千瓦功率大約產(chǎn)生5～10千克的升力。系留旋翼必須是長期持續(xù)工作的，不像多旋翼無人機(jī)可短期間歇工作，驅(qū)動電機(jī)是動力的核心部件，一定要工作在額定的功率范圍內(nèi)。
2、高壓供電系統(tǒng)。
系留旋翼和多旋翼無人機(jī)的區(qū)別在于供電方式不同。從地面向空中的系留旋翼平臺供電必須經(jīng)過一定的輸電距離，采用高壓供電方式可減小輸送電流，從而減少電源損耗
但是高壓供電并不是電壓越高越好，而要根據(jù)實際的系統(tǒng)要求綜合考慮。一種方式是，輸電電壓可直接匹配高壓電機(jī)，電壓不需轉(zhuǎn)換直接驅(qū)動電機(jī)，結(jié)構(gòu)較為簡單。但這種方式要進(jìn)行高壓電機(jī)的設(shè)計，在成本上難以接受。另一種要在平臺上設(shè)計降壓用的開關(guān)電源，用多旋翼現(xiàn)有低壓電機(jī)驅(qū)動；但開關(guān)電源同樣存在功重比的要求和大功率高壓控制器件的制約
3、系留系纜。
系纜除了傳輸動力電源之外，還設(shè)計有光纖以傳輸平臺載電子設(shè)備的光電信號，因此系纜是一種動力/信號復(fù)合纜線。
平臺載電子設(shè)備為減少升空設(shè)備的重量，普遍將天線、發(fā)射機(jī)之外的設(shè)備放在地面，而通過系纜光纖保障平臺與地面設(shè)備之間電子信號的連接。這樣可節(jié)省出平臺升力，增加升空高度，提高升空增益。
4、飛行控制功能。
系留旋翼平臺主要是在定點周圍懸停，不會有過多復(fù)雜的飛行動作。這看上去比多旋翼的飛控簡單，其實并非如此。系留旋翼的飛控需要充分考慮系纜對其飛行的影響，尤其是在各種風(fēng)場條件下，系纜隨風(fēng)產(chǎn)生的擺動會使平臺失去控制。
民用系留旋翼無人機(jī)至少要達(dá)到恒風(fēng)6級陣風(fēng)8級的要求，才能有實際使用意義。
5、旋翼平臺氣動力設(shè)計。
考慮到系統(tǒng)旋翼平臺要在強風(fēng)場中運行，平臺的氣動力設(shè)計就尤其顯得重要。系統(tǒng)旋翼平臺在風(fēng)場中懸停，實際上相當(dāng)于平臺在沿來風(fēng)方向做平面飛行。6～8級風(fēng)速為10.8～20.7米/秒，相當(dāng)于旋翼平臺要有時速不小于75千米的能力。
要達(dá)到這樣的時速，固定翼的氣動力設(shè)計較為合理。近期演化出一種垂直起降固定翼無人機(jī)，實際上是多旋翼+固定翼兩套動力系統(tǒng)簡單組合，從無人機(jī)本身效益講并不經(jīng)濟(jì)，但能解決特定場合固定翼起降的問題。
垂直起降固定翼的氣動力設(shè)計應(yīng)用于系統(tǒng)旋翼具有較大的優(yōu)勢，系留旋翼由地面供電，能源比較充足；兩套動力系統(tǒng)在強風(fēng)場中各有用途，垂直動力系統(tǒng)保持平臺懸停姿態(tài)；水平動力系統(tǒng)使平臺逆風(fēng)飛行；固定翼外形可為平臺產(chǎn)生升力，減輕垂直動力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。
系留旋翼無人機(jī)已經(jīng)面臨著廣泛應(yīng)用的階段，但從能夠使用到實際使用得好還有一些距離，有望業(yè)內(nèi)同行共同努力創(chuàng)新。
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