Dragonfly Pictures 公司開創(chuàng)新一代多旋翼無人機(jī)

Vicor 高壓 BCM 支持的高級(jí)原地懸空通信及監(jiān)控系統(tǒng)

固定翼無人機(jī)可帶來高速穿越空域的能力，但它們無法用于需要靜止不動(dòng)的空中飛行的應(yīng)用，這種飛行對(duì)于持續(xù)空中監(jiān)控和通信應(yīng)用而言尤為重要。

早期對(duì)系留無人飛艇的實(shí)驗(yàn)暴露出了一個(gè)基本挑戰(zhàn)，那就是它們?cè)趶?qiáng)風(fēng)條件下，相對(duì)而言無法保持靜止不動(dòng)。需要一種新方法，Dragonfly Pictures 公司 （DPI） 開發(fā)了一種新型無人機(jī) — 原地懸空系留無人機(jī)。

與每 20 分鐘需要更換電池的電池供電多旋翼無人機(jī)不同，系留無人機(jī)通過一根連接基站的電線接收電源。因此，它們可以在空中停留數(shù)小時(shí)，甚至幾天時(shí)間。DPI 的系留多旋翼無人機(jī)旨在用于跟蹤尾隨移動(dòng)主機(jī)平臺(tái)，包括艦船、船只、卡車以及其它無人駕駛地面交通工具等。

與固定翼無人機(jī)相比，它們具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，包括垂直起降功能。不需要跑道和發(fā)射臺(tái)，也不需要回收設(shè)備。與飛艇不同的是，它們還能實(shí)現(xiàn)持續(xù)、靜止不動(dòng)的定位，即使是在天氣不穩(wěn)定以及風(fēng)速變化莫測(cè)的情況下也是如此。

他們的系留無人機(jī)在實(shí)際操作條件下進(jìn)行了廣泛的測(cè)試，目前已經(jīng)完全達(dá)到美國海軍在海洋/海洋環(huán)境中用于情報(bào)、監(jiān)控與偵察 （ISR）、通信與視頻應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。

克服極限設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

DPI 的軍用/工業(yè)級(jí)無人多旋翼空中繼電器 （UMAR） 系留無人機(jī)具有防雨、防雪、防塵和防熱性能，針對(duì)咸水海洋環(huán)境進(jìn)行了專門優(yōu)化。

UMAR 無人機(jī)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于：通過系線持續(xù)供電，因此它可以在 500 英尺的高空提供長達(dá) 400 多個(gè)小時(shí)的不間斷運(yùn)行時(shí)和工作。但系留架構(gòu)存在重大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。電源需要以極高的電壓和極低的電流從主艦輸送給多旋翼無人機(jī)，這有助于使用最細(xì)、最輕的系線，反過來又能增加無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性和機(jī)載有效載荷。

UMAR 無人機(jī)在 8 至 10kW 的功率級(jí)下工作，功能非常強(qiáng)大，能夠在惡劣的海洋風(fēng)暴條件下保持持續(xù)、靜止不動(dòng)的定位。這一挑戰(zhàn)通常會(huì)因影響主艦定位的洶涌海水/海浪而變得更復(fù)雜。因此，無人機(jī)需要功率電容和敏捷性，才能加速旋翼提升的速度并即時(shí)響應(yīng)短期或長期爆發(fā)的偏航。

在多旋翼無人機(jī)中，必須在盡可能最小的輕量級(jí)封裝外殼中實(shí)現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)換。UMAR 上帶的 8 個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)子需要高級(jí)互連的 PCB 電路，因此電源組件層的任何空間節(jié)省，都可以重新用于其它增值組件。

DPI 副總裁 Joe Pawelczyk 表示：“使用 Vicor 電源模塊，我們已能夠降低無人機(jī)上所有組件的重量，從而可在攜帶所需任務(wù)載荷的同時(shí)，增加飛行高度和氣流速度。其他任何公司都無法真正提供 Vicor 產(chǎn)品的功率密度，所以我們可以通過其組件實(shí)現(xiàn)最高水平的機(jī)動(dòng)性、性能和懸?？刂?。這可增加 DPI 系留無人機(jī)的載荷能力、飛行高度和速度?！?/p>

UMAR 無人機(jī)作為機(jī)載 RF 天線部署時(shí)，可以將艦船的無線電視線從 8 英里擴(kuò)展到 30 英里。

針對(duì)功率密度而優(yōu)化的電源架構(gòu)

為了應(yīng)對(duì)這些艱巨的電源挑戰(zhàn)，DPI 正在其 UMAR 中利用 Vicor 纖薄高電壓 BCM? VIA? 模塊實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換 （98%），從800V 降至 50V 的熱損耗僅 2%。高壓 BCM 封裝小，多種安裝方式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)功率密度極高的輕量級(jí)機(jī)載系統(tǒng)特別珍貴。

由 8 個(gè) Vicor 高電壓 BCM4414 模塊并行排列，為 DPI UMAR 的 8 個(gè)獨(dú)立旋翼提供動(dòng)力，能夠在旋翼之間共享電源，增加冗余。Vicor模塊技術(shù)極少的高頻諧波特性，加上在 Vicor 高壓 BCM 中集成的 EMI 濾波器，幫助最大限度減少了 EMI 噪聲，所增加的尺寸和重量都比傳統(tǒng) DC-DC 轉(zhuǎn)換器少。如果不經(jīng)過濾波，這種噪聲可能會(huì)影響無人機(jī)和主艦之間的 RF 通信，也無法達(dá)到 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。

有 8 個(gè) Vicor 高電壓 BCM 并行排列，為 DPI UMAR 的 8 個(gè)獨(dú)立旋翼提供動(dòng)力，能夠在并排的旋翼之間共享電源，增加冗余。

除了目前在美國海軍進(jìn)行的試驗(yàn)性部署外，DPI 技術(shù)正在接受許多政府機(jī)構(gòu)、承包商和其他實(shí)體的評(píng)估，并已顯示出在其它應(yīng)用方面的美好前景，如救災(zāi)應(yīng)急人員以及大面積監(jiān)控（公共活動(dòng)、體育場(chǎng)安全等）等。