燃料电池无人机的动力系统设计
摘要：燃料电池具有无噪声，无污染，高效率等特点，因此将燃料电池运用于长航时无人机是其发展的一个方向。本文针对小型低空的燃料电池无人机，根据其燃料电池无人机总体设计要求，对其动力系统进行设计分析，概述了燃料电池无人机动力系统的设计的基本流程，主要分析设计内容包括：动力系统设计，燃料电池的选型，燃料电池放电特性曲线分析，电机选型及与螺旋桨配合分析，燃料电池动力系统总体性能分析
关键词：燃料电池氢动力系统无人
1引言
无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器，其飞速发展和广泛运用是在海湾战争后，以美国为首的西方国家首先认识到无人机在战争中的作用，竞相将高新技术应用于无人机的研制与发展上。同时美国宇航局（NASA）的最新报告指出：21世纪的航空动力系统应当具备高效率，智能化，低噪音和零排放等特性，航空业必将进行革命性的创新[1]。为满足未来航空发展的更高要求，NASA确认了一系列新型推进系统，其中包括基于燃料电池的电推进系统。除此之外，燃料电池所具有的无噪音的特点，如运用于无人机上，将大大降低无人机的噪音。因此，将燃料电池运用于无人机上将是无人机发展的一个必然趋势。目前，美国、欧盟和韩国等已相继研制出相关的燃料电池无人机并已试飞成功。此外，美国和德国已在进行以燃料电池为动力的载人飞机的相关研制工作。2005年5月，AeroVironment公司成功试飞第一架采用液氢燃料电池的无人机[2]--―全球观察者‖（GlobalObserver）。该无人机的翼展长达15米，可以在平流层连续飞行7天，适用于通讯中继站或进行远程监控。2006年佐治亚大学成功将一功率500w的燃料电池运用于一架翼展约6.58米的无人机上。该飞机最大起飞重量为24.9公斤，续航时间约为45分钟[3]。
本文根据某型燃料电池无人机总体设计要求，设计与之匹配的燃料电池动力系统，并进行验证。
2动力推进系统设计
PEMFC燃料电池将氢气罐中的氢气和空气中的氧气转化为电能，并通过电能管理系统分配于电动机及无人机其他电子设备中。系统中的遥控信号接受器负责接收地面控制信号，调节电流输出，控制无人机动作等。电动机驱动螺旋桨为飞机产生推力。本设计燃料电池无人机动力推进系统[6]组成如图1所示。
图1燃料电池动力系统组成
3电池选型及性能测试分析
无人机设计手册及主要技术 内容简介 独家《无人机设计手册》分上、下两册共十二章。 上册包括无人机系统总体设计，气动、强度、结构设计，动力装置，发射与回收系统，飞行控制与管理系统。 下册包括机载电气系统，指挥控制与任务规划，测控与信息传输，有人机改装无人机，综合保障设计，可靠性、维修性、安全性和环境适应性以及无人机飞行试验等。有关无人机任务设备、卫星中继通信的设计以及正在发展的无人机技术等内容，有待手册再版时编入，使无人机设计手册不断成熟和丰富。 适用人群 本手册是国内第一部较全面系统阐述无人机设计技术的工具书，不仅可作为无人机的设计参考，也可以作为院校无人机教学、无人机行业的工程技术人员和管理人员的参考书，并可供无人机部队试验人员使用。希望本手册的出版能对我国无人机研制工作的技术支持有所裨益。 作者简介 祝小平，现任西北工业大学无人机所总工程师，主要从事无人机总体设计、飞行控制与制导系统设计等研究工作。主持了工程型号、国防预研等国家重点项目多项，获国家和部级科学技术奖9项，其中国家科技进步一等奖1项，国防科技进步一等奖4项，获技术发明专利10项，荣立“国防科技工业武器装备型号研制”个人一等功，发表论著150多篇。先后入选国家级“新世纪百千万人
才工程”、国防科技工业“511人才工程”和教育部“新世纪优秀人才支持计划”，获得“ 国防科技工业百名优秀博士、硕士”、“国防科技工业有突出贡献的中青年专家”、“陕西省有突出贡献专家”和“科学中国人(2009)年度人物”等荣誉称号。 无人机相关GJB标准-融融网 gjb 8265-2014 无人机机载电子测量设备通用规范 gjb 4108-2000 军用小型无人机系统部队试验规程 gjb 5190-2004 无人机载有源雷达假目标通用规范 gjb 7201-2011 舰载无人机雷达对抗载荷自动测试设备通用规范 gjb 5433-2005 无人机系统通用要求 gjb 2347-1995 无人机通用规范 gjb 6724-2009 通信干扰无人机通用规范 gjb 6703-2009 无人机测控系统通用要求 gjb 2018-1994 无人机发射系统通用要求 无人机主要技术 一、动力技术 续航能力是目前制约无人机发展的重大障碍，业内人士也普遍认为消费级多旋翼续航时间基本维持在20min左右，很是鸡肋。逼得用户外出飞行不得不携带多块电池备用，造成使用操作的诸多不便，为此有诸多企业在2016年里做出了新的尝试。
氢燃料电池应用于无人机行业面临的几大核心问题 来源：宇辰网 自4月10日，无人机企业科比特航空发布HYDrone-1800的多旋翼无人机以来，整个行业就沸腾起来，不断争论氢燃料动力系统目前是否能应用在工业级无人机行业。笔者就此总结了目前关于氢燃料电池大家争论的几个核心问题： 1.氢燃料电池技术是否成熟 2.氢气的来源问题 3.氢气的存储及安全问题 带着这些问题，笔者查阅了一些文章，采访了多位电力系统的专家，在这里粗浅地谈一下氢燃料电池在无人机行业的应用情况。 首先，氢燃料电池不是什么新技术 不管在国内还是国外，不管是航空还是汽车，氢燃料电池都不算是新技术了。 早在20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。
进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。波音公司于2008年4月3日成功试飞一架以氢燃料电池为动力源的小型飞机。 2008年奥运会期间，上海大众提供了20辆帕萨特领驭氢燃料电池汽车，作为奥运之行的“绿色车队”。 在2015年初的美国拉斯维加斯消费电子展（CES）上，丰田宣布14年底量产的氢燃料电池汽车Mirai将于晚些时候正式商用，并宣布免费开放与燃料电池相关的全部专利；2015年东京车展上，本田发布了氢燃料电池车Clarity，号称续航700km。除此外，雷克萨斯、奔驰等一众国际豪华汽车品牌纷纷推出了自己的氢燃料电池车。 虽然车展样车和实用性技术还有一定的差距，但氢能被认为是连接化石能源向可再生能源过渡的重要桥梁，实现能源可持续供给和循环的重要能源载体之一。 那么，氢能源的工作原理是什么 氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢在阳极变成氢离子（质子）通过电解质转移到阴极，同时放出电子通过外部的负载到达阴极，与氧气发生反应生成水。
无人机云系统三大运营商全面对比分析 来源：宇辰网 随着U-Cloud、U-care无人机云系统被民航局批准试运行，无人机监管进入“云”监管时代，基于信息技术和大数据分析，将为空域安全和监管提供有力保障，使监管者确保飞行安全，使用户和大众飞行放心。 2016年3月4日，U-Cloud正式获得中国民用航空局飞行标准司的运行批文，有效期两年，成为首家获得民航局批准的无人机云系统，运营主体是中国AOPA。 2016年4月20日，U-Care同样获得试运行批文，有效期两年，运营主体是青岛云世纪信息科技有限公司。
此外，大疆创新也于去年11月推出的无人机飞行安全系统GEO，首先在北美和欧洲地区投入使用，定位于全球飞行安全系统。据悉，为了适应国内监管政策，大疆或将推出针对国内市场的遥控航空器安全管理服务系统。 有人将这三家云监管系统比喻为中国三大电信运营商，也存在覆盖面、资费、功能开发等方面的不同，同时还涉及到通航领域限飞/禁飞区、申报流程等方面的监管。 那这三大云监管系统到底哪个实力雄厚，发展潜力大？对于需要接入的无人机企业，也就是利益相关方来说，主要从三个维度来看：价格（接入成本）、申报流程是否快捷便利、受到法律政策的干扰是否较小。当然，这里不能忽略中国式人情往来和体制的力量。 基础套餐 我们先来看一下这三大系统的共同功能，也就是民航局飞行标准司发布《轻小无人机运行规定（试行）》里是怎么说的。 U-Cloud系统目前在一般地区可主动监视4-150公斤（北上广等大城市则涵盖1.5公斤以上）的民用无人机。在U-Cloud中注册为普通用户的企业或个人不能看到所有接入的用户，因为有些注册为高级用户的企业或个人可以选择不让普通用户看到他。不过监管部门均属于高级用户，可以看到所有接入的用户。
实用标准文案 监管场所无人机系统 建设方案 北京创羿兴晟科技发展有限公司 2018.9
目录 目录 目录 (1) 一、概述 (2) 1.1、背景 (2) 1.2、应用 (2) 1.3、方案依据标准规范 (3) 二、系统介绍 (5) 2.1、系统功能 (5) 2.2、功能及产品介绍 (5) 2.2.1、六旋翼无人机主机 (5) 2.2.2、航拍摄像 (12) 2.2.3、空中抛投 (25) 2.2.4、通信中继..................................... 错误！未定义书签。 2.3、无人机综合管控指挥平台 (29) 2.3.1、平台内容 (30) 2.3.2、软件架构 (31) 2.3.3、通信架构 (31) 2.3.4、客户端界面 (32)
一、概述 1.1、背景 无人机产业发展至今，已经成长为了一个完整的体系，在这个体系之下，无人机从功能上细分到了各个领域，除了航拍、植保等功用之外，无人机也在勘察、安检等领域拥有不错的发挥，其中安全巡逻无人机已经成为无人机市场中的一匹迅速崛起的黑马，并且还在不断地快速成长。运用高科技手段对监狱工作提供技术支持已刻不容缓。作为高度戒备监狱，监狱押犯规模大、在押罪犯刑期长、犯群结构复杂，为积极整合资源、推动高新技术应用、完善综合保障机制、增强突发事件应对能力。 无人机可完成包括巡航、实时监控、取证拍摄等一体化飞行及监控任务，并能将高清视频或高像素照片实时传输到执法终端。今后，它不仅会用于监管设施及周边区域的隐患排查，维护监管安全，为监狱指挥中心作出实时部署提供第一手资料；它还对开展隐蔽督察、视频督察、掌握狱情灾情和处置突发事件发挥重要作用。
目前锂电、燃油无人机存在的问题： 多旋翼无人机续航能力有限是民用无人机行业的痛点，目前市面上的民用无人机主要采用锂聚合物电池作为主要动力，续航能力一般在20分钟至30分钟之间，因技术方面不同有所差别，大部分续航时间都是在45分钟以内。现有专业级无人机也存在载重负荷比较小，续航能力不足等突出问题。 燃料电池无人机的优点： 1、清洁环保、红外辐射弱：无污染，工作时无噪声，室温发电红外辐射弱； 2、能量密度高、续航能力强：远高于锂离子电池，续航时间长； 3、能量转换效率高：可达60%，是内燃机、火力、太阳能发电的两倍以上。 传统锂电类无人机在充放电几十次之后,容量都会有较大的衰减,失去执行任务的能力,以国内某公司研发应用于无人机为例，其燃料电池动力系统的能量密度达到了600wh/kg,是目前最好的锂电池无 人机系统的三倍以上。在续航里程方面,，无人机搭载高密度燃料模块,可轻松实现3小时以上的超长航时,远超过目前市场中无人机飞行续航15-25分钟左右。 可预见，未来5~10年为氢燃料产业的集中爆发期，随着产业的快速发展，燃料电池成本将逐步降低，有助于进一步推动长续航无人机产业化发展,行业前景广阔。
国内燃料电池无人机的产业化应用情况： 武汉众宇动力系统科技有限公司于2014年底就开始尝试在无人机上应用燃料电池技术，推出两款名为“天行者”的固定翼无人机和“游骑兵”的六旋翼无人机，前者在2015年6月2日创下了12小时连续不断飞行的成绩；两个月后，后者在新疆创造了3小时30分钟的野外飞行记录。在整个飞行过程中，巡航时由氢燃料电池提供稳定动力输出，而在起飞等动力需求较大的时候，锂电池将会进行补充输出；待巡航时，氢燃料电池将对锂电池会将富余的电能回充到锂电池。该公司2016年设计的全国首架以氢燃料电池为动力的六旋翼无人机已正式交付警方使用，标志着燃料电池无人机在警用市场上的实际应用得到了用户的认可。此外，众宇2017年推出的第二代无人机,较第一代产品更加优越，动力系统方面将达到锂电池能量密度的4-6倍,航时可达到6小时以上。 2016年4月10日，科比特航空在深圳首发全球首款产品化氢燃料多旋翼工业级无人机—HYDrone-1800，，该款无人机续航时间长达273分钟（约4小时），用于电力、石化、安防、消防等领域。 目前燃料电池在应用中主要存在的问题： 1，氢气的制取：氢气制取的方法非常多，最常见的包括水电解和天然气或甲醇等化石燃料的重整，目前全球90%以上的氢气都是通过后者的方法制取出来的，技术非常成熟，目前的工厂车间成本大约为2.5元/m3，而在HYDrone-1800上实现4.5小时续航大约只消耗了3.5m3氢气。但是目前氢气还是属于一种工业品，算上分装、压缩、
Li-Air无人机激光雷达扫描系统 Li-Air无人机激光雷达扫描系统可以实时、动态、大量采集空间点云信息。根据用户不同应用需求可以选择多旋翼无人机、无人直升机和固定翼无人机平台，可快速获取高密度、高精度的激光雷达点云数据。 硬件设备 Li-Air无人机激光雷达系统可搭载多种类型扫描仪，包括Riegl, Optech, MDL, Velodyne等，同时集成GPS、IMU和自主研发的控制平台。 图1扫描仪、GPS、IMU、控制平台 无人机激光雷达扫描系统设备参数见表格1： 表格 1 Li-Air无人机激光雷达扫描系统 图2 八旋翼无人机激光雷达系统图3 固定翼无人机激光雷达系统 设备检校
公司提供完善的设备检较系统，在设备使用过程中，定期对系统的各个组件进行重新标定，以保证所采集数据的精度。 图1扫描仪检校前（左）扫描仪检校后（中）检校前后叠加图（右） 图4（左）为检校前扫描线：不连续且有异常抖动；图4（中）为检校后扫描线：数据连续且平滑变化；图4（右）为检校前后叠加图，红线标记的部分检校效果对比明显。 图5从左至右依次为校正前（侧视图）、校正后（侧视图）、叠加效果图图5（左）为检校前扫描线：不在同一平面；图4（中）为检校后扫描线：在同一平面；图4（右）为检校前后叠加图。 成熟的飞控团队 公司拥有成熟的软硬件团队以及经验丰富的飞控手，保证数据质量以及设备的安全性，大大节约了外业成本和时间。
图6无人机激光雷达系统以及影像系统 完善的数据预处理软件 公司自主研发的无人机系统配备有成套的激光雷达数据预处理软件Li-Air，该软件可对无人机实时传回的激光雷达数据进行航迹解算、数据生成、可视化等。 图7 Li-Air数据预处理功能 成功案例 2014年7月，本公司利用Li-Air无人机激光雷达扫描系统进行中关村软件园园区扫描项目，采集园区高清点云以及影像数据。飞行高度200m，点云密度约50点/平方米，影像地面分辨率为5cm。通过POS数据解算，完成对点云和影像数据的整合，得到地形信息和DOM等。
六旋翼无人机系统技术文件 一、产品名称：六旋翼无人机系统 二、X-6是全新研制的六旋翼无人机系统，具有载重能力较强、续航时间理想、 与X-8无人机相比，体积更小、重量较轻、目标特性小，使用更加快捷、机动灵活、操作使用及维修简便等特点，自成体系独立执行电力巡检任务，稳定度与性能相对x-8无人机稍有逊色。 简介： X-6 无人机是由专业无人机技术研发团队经过多年研究、测试，最新推出的一款全球同类产品载重量最大、可垂直起降、拥有多项专利的无人飞行系统。 1）选用自主驾驶设备，大大提高飞控稳定性。 2）可携带多种任务载荷。 3）可用于执行资料收集、测量、检测、侦查等多种空中任务，在电力巡检领域能发挥其高效、隐蔽性强的特点，能对目标物进行远距离监视。 产品特点： （1）飞行器具有遥控、自主飞行能力，可以实时修改飞行航路和任务设置；（2）测控与信息传输设备具有遥控、实时信息传输的功能，具有多机、多站兼容工作及一定的抗截获、抗干扰能力； （3）侦察任务设备能昼夜实时获取目标图像信息，具有手动、自动控制工作模式，可迅速发现、捕获、识别、跟踪目标； （4）飞行控制与信息处理站具有对飞行器进行遥控飞行和对机载任务设备进行操控的功能，具有飞行参数/航迹显示、航路规划和实时修改飞行计划、重新设置任务样式的能力；具有通过视频眼镜实现第一视角控制飞行的能力；具有接收标准视频信号、实时处理/存储图像、数据叠加等能力，具有目标定位和引导打击的能力，且能与上级指挥机关、情报处理中心和指挥系统相通连； （5）地面保障设备具有简易检测、维修与训练的能力，具有快速更换易 损件、备用动力电池组和双模态充电的功能； （6）全系统外场展开迅速，具有车载大范围机动和携行能力。 机体结构技术参数：
燃料电池——引爆无人机续航“革命” 续航能力一直是无人机发展的一块短板，各个企业都在寻求延长续航能力的方法。 针对什么是燃料电池，燃料电池应用以及燃料电池影响等问题，本文做了如下分析和研究。从燃料电池关键零部件、材料、电堆及系统集成等关键技术，到无人机及车用动力系统等产品。一旦成功利用氢燃料电池这项绿色能源技术，将为整个社会创造价值。 燃料电池是一种发电装置，并非储能装置，它将燃料的化学能通过电化学方式直接转化为电能。内燃机是通过燃烧的方式将燃料的化学能先转化为热能，热能然后转化为机械能而做功。如果最终需要电能，机械能再通过发电机转化为电能。这样通过多次能量转换，最终效率就比较低。 燃料电池和电池也有相似之处，其原理都是把化学能直接转化为电能，所以两者的发电效率都很高。但燃料电池却又不属于一般意义上的电池，因为电池的“燃料”是预先存储在电池内部的，供电时间直接与电池的体积和重量成正比，燃料接近用完之前就必须充电，且充电时间一般很长；而燃料电池的燃料不储存在发电模块中，而是在需要发电时从外部燃料罐供给，这点又和内燃机类似，只要不断供给燃料，燃料电池就可以一直工作下去，且燃料加注时间短。就像一辆汽车，只要汽油不断，它就可以一直行驶下去，行驶里程由油箱大小决定，燃料加注时间短。所以，燃料电池兼具电池的高效率、无噪音、无运动件和内燃机的发电时间长、燃料加注快的优点。 那么氢燃料电池动力系统的寿命为多长时间？在日常使用中又如何保养维护，报废电池如何处理呢？” 目前燃料电池动力系统在进行正常保养的情况下的设计使用寿命不少于10000小时飞行时间与大型民用航空发动机相当。日常保养也很简单，每使用800至1000小时，建议返厂保养一次。保养期间，临时使用代用产品。 燃料电池使用寿命终结后，所有的都需要回收，从而不必对用户造成任何后处理的困扰。”
关于无人机模拟操控技能实训的报告 目录 一、前言 1.实训背景与意义 (2) 2.无人机的发展现状 (2) 3、本次实训的任务安排与技术要求 (4) 二、实训的基本情况 (5) 三、实训总结 (8)
一．前言 本次实训主要是通过实体操控四旋翼无人机的不同姿态运动来提升自己对无人机的运动机制、动力原理以及飞行实操的了解。主要要求是使用提供的四旋翼无人机实现无人机在导航模式下实现原地360°旋转、矩形飞行以及固定翼的模拟航线飞行等，需要控制飞机高度方向，指导老师现场考核评分并记录好实训操控时的图像或音频，以完成实训总结报告。 1．实训背景与意义 无人机，是一种不需要有人驾驶，可以通过远程操控来实现某些特定功能的飞行器，具有可持续续航、飞行高度高、可携带外接设备等一系列优点，目前无人机在多个领域取得应用，并且经过行业的不断完善，已经形成初步的产业链。无人机以其自身的突出的优点、高性价比等巨大优势吸引人们的关注，并且在不断地研究中取得了一定的突破，从无人机整个行业的前景来看，无疑是值得肯定的，并且现有技术不断革新的情况下无人机在未来的发展将会越来越好，无人机作为现代的新星宠儿，对它的研究应用无论是对自身发展还是国家技术改革创新都具有很大作用，在无人机势如春笋的发展背景下，通过实训去了解无人机，熟练的操控无人机将对未来就业以及自身发展具有重大意义。 2.无人机的发展现状 20世纪90年代以来，随着信息化技术、轻量化/小型化任务载荷技术、卫星通信技术、复合材料结构技术、高效空气动力技术、新型能源与高效动力技术、起降技术的迅猛发展，无人机性能不断提升、功能不断扩展，各种类型和功能的无人机不断涌现，应用领域也越来越广泛。无人机按规模可分为微型无人机、小型无人机、中型无人机、大型无人机；按飞行高度可分为低空无人机、中空无人机、高空无人机、临近空间无人机；按飞行速度可分为低速无人机、高速无人机；按机动性可分为低机动无人机、高机动无人机；按能源与动力类型可分为螺旋桨式无人机、喷气式无人机、电动无人机、太阳能无人机、燃料电池无人机；按活动半径可分为近程无人机、短程无人机、中程无人机、远程无人机；按起降方式可分为滑跑起降无人机、火箭助推/伞降回收无人机、空投无人机、炮射无人机、潜射无人机等；按功能用途可分为靶标无人机、诱饵无人机、侦察无人机、炮兵校射无人机、电子对抗无人机、电子侦听无人机、心理战无人机、通信中继无人机、测绘无人机、攻击无人机、察打一体无人机、预警无人机…… 人机系统主要包括飞机机体、飞控系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统等。飞控系统又称为飞行管理与控制系统，相当于无人机系统的“心脏”部分，对无人机的稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性等都有重要影响，对其飞行性能起决定性的作用；数据链系统可以保证对遥控指令的准确传输，以及无人机接收、发送信息的实时性和可靠性，以保证信息反馈的及时有效性和顺利、准确的完成任务。发射回收系统保证无人机顺利升空以达到安全的高度和速度飞行，并在执行完任务后从天空安全回落到地面。 无人机主要分为多旋翼无人机、固定翼无人机以及组合式无人机三大类。 多旋翼无人机又有四旋翼、六旋翼、八旋翼甚至十旋翼等，最常见的是四旋翼无人机，以下是常见的多旋翼无人机。
无人机编程技术及智能系统设计 1．无人机编程技术 1.1．无人机编程技术综述 无人机本身是个非常综合性的系统。就基本的核心的飞行控制部分来说，一般包括内环和外环。内环负责控制飞机的姿态，外环负责控制飞机在三维空间的运动轨迹。高端的无人机，依靠高精度的加速度计和激光陀螺等先进的传感器（现在流行的都是基于捷连惯导而不是平台式），计算维持飞机的姿态。低端的型号则用一些MEMS器件来做姿态估算。但它们的数学原理基本是相同的。具体的算法根据硬件平台的能力，可能采用离散余弦矩阵/四元数/双子样/多子样. 高端的无人机，AHRS/IMU采用的基本都是民航或者军用的著名产品。例如全球鹰的利顿LN-100G/LN-200等。这些系统价格昂贵但精密，内部往往是零锁激光陀螺之类。例如LN-100G的GPS-INS组合，即使丢失GPS，靠惯性器件漂移仍可以控制在120m/min。低端的无人机就没那么精密讲究了，一般都依赖GPS等定位系统来进行外环控制，内环用MEMS陀螺和加速度计进行姿态估算。 如果把无人机看成一个完整的系统，那么还需要很多其他支持，例如任务规划，地面跟踪等等.进行无人机编程，得看你具体是指哪方面。如果是飞控系统，你得需要比较扎实的数学知识，对各种矩阵运算/控制率什么的有深刻的了解。如果只是希望现有的带飞控的平台去做一些任务，那么需要根据具体的平台来考虑。有些平台提供了任务编辑器，甚至更灵活的任务脚本。 1.2．无人机编程模块分类： 模块分类最粗的分法就是两个模块，一个模块负责飞行，维持飞机航线和姿态，以及和地面控制的通信，另一个模块就是功能模块，因为无人机总是要完成一些任务，具有一定功能的，如果再细分的话飞行模块里还有姿态控制，航线控制，GPS定位，电源或者燃料的管理等等。功能那一部分就看无人机要完成的任务了。如果说编程的话任何一个部分都可以通过程序自动划实现的。 1.硬件接口编程：如控制器和各传感器之间 2.控制算法程序实现，控制姿态调整的算法，编队飞行的算法，自主飞行智能算法等等。这些算法需要在主控器上通过机器语言（程序）实现。 3.传感器数据处理。如陀螺仪的角速度，强磁计的偏航信息，加速度计
带你认识氢能燃料电池 燃料电池技术的发展历程已经超过了170年，并且已经在太空计划、交通运输以及固定式应用领域中取得了巨大成功。从19世纪初，氢燃料电池经历了如下发展：1801年，可以称之为一个全新的开始，首次描述了燃料电池的概念，燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。1839年，发明了燃料电池装置，大大提升了燃料电池的发展速度。1889年，研究使用煤气作为燃料的燃料电池，并首次命名为燃料电池。20世纪50年代，发明了质子交换膜燃料电池。1959年，将燃料电池用于潜艇上。20世纪60年代，首次将燃料电池用于太空任务中。20年代80年代，展示了一款5kW的碱性燃料电池。20世纪90年代，大型燃料电池发电站被研发出来用于商业化及工业应用。 国外和国内一样，目前燃料电池的使用都主要集中在交通运输方面，但是国外的发展和我国不一样的地方是基本上所有的公司都是在乘用车上做文章。梳理发展历程，可以把燃料电池汽车国内外发展现状分为五个阶段，分别是技术验证阶段、用户认可阶段、性能提升阶段、市场引入阶段，预计到2020年会引来大规模商业化阶段。国内的情况原则上说是处于技术起步验证的阶段，当前我国政府在积极推动新能源汽车的发展，推动很多企业开始关注和发展燃料电池技术，购买了国外的燃料电池、电堆等核心技术，经过组装进燃料电池车里，逐步跨越到燃料电池产业化的阶段。 燃料电池的应用范围很广，包括轿车及巴士、物流运输、小型交通工具、无人机、热电联产、备用电源、便携电源等等。燃料电池车具备高效率、低排放的特点，可以实现500到800公里行程的新能源车，而且加氢时间与加油时间相同，对环境十分友好。在物流方面，在室内仓储货运叉车市场中，燃料电池叉车已具备与传统叉车的竞争优势，它具有零碳排放，无需充电，加氢方便，恒定功率输出，节省运营成本的特点。在小型交通工具应用方面，燃料电池相对基于电池的交通解决方案优势明显，具有超长时间供能、无需长时充电、环境友好、易集成等特点。此外，空冷燃料电池在无人机领域有着无可比拟的优势，他们具有静音、轻便、长时间供能的特点。据相关数据统计，全球已有数十万台燃料电池热电联产系统走进千家万户，这些燃料电池热电联产系统能源利用率高达85%，拥有节能环保的极大优势，可以实现能源供应多样化，进而解决电网峰谷问题，同时可以不间断供电，实现经济供电、无需专门的配电环节。随着燃料电池应用的不断推广，全球已有多种燃料电池备用电源服务于电信运营商，可以轻松实现超长时间供能，进而节省生命周期内TCO成本，实现绿色低碳发展。除了备用电源，便携电源也得到很大的发展，燃料电池便携电源尤其适合户外长时间供能需求的客户，具有轻便、超长续航时间、无需充电，续电快捷、安全可靠、无自放电问题等特点。
·69· 69 林业科学 无人机技术是对控制技术和遥感技术的结合应用。通常我们采用遥控的技术或者预置系统进行无人机的作业控制。因其能够对人工驾驶飞机的局限进行有效的补充而进行了大范围的推广和应用，并且相对来说无人机的投入成本较为低廉。并且还可以为无人机进行附加设备的配置，极大的降低了一些执行工作的难度，而且无人机的操控性极强，尤其是在林业系统的应用中，无人机具备了更大的优势。我们将其遥感系统技术和GPS 定位系统、通讯系统、检测系统进行了充分的融合和集成，再将其飞行器系统、飞行控制系统和无人驾驶技术进行了优化和结合调整，增强了传输系统的准确性、设备执行的即时性、反射系统的快速反应等功能。 1.无人机的发展类型和最大的载重设计 无人机也就是通过地面人工遥控技术控制无人驾驶的飞机。通常是进行人工遥控或者进行预设程序时期可以自动按照预设路线进行飞行巡航。无人机因为机翼的类型分为固定翼、多旋翼等几种类型 我国的民航总局曾在2015年对轻小型无人飞机进行发布了相关的规定，其中在视线范围内或外进行遥控的飞机重量在116kg 之内的，起飞时全机重量要小于等于150kg，在空中飞行的稳定速度在100km/h 以内的，还有一种是起飞时全机重量小于等于5700kg 的，和需要受药的植物高度在15m 意外的植物保护型无人机，第三种是无人飞艇，充气后在4600m 3以下。 2.无人机的优势 2.1无人机的工作环境适应性极强。无人机可以适应很多人工驾驶飞机无法到达的环境区域，例如比较危险的地形或飞行质量较低的区域。无人机完全可以做到，例如灾区救援、重灾区援助、核实验区域、含有有害生物或化学物质的区域等。有效的避免了对人 身生命安全的损害。2.2无人机设备配置灵活，可适应很多高难度的任务。无人机因其机体的体积比较小，所以其飞行的距离和灵活性极强，因此对设备的配置应用也极为便利，能够通过载入不同的设备去针对不同的任务或地区进行执行飞行，无人机的每一项任务都需要搭载合适的云台负载物，所以，无人机可以将云台负载物的很多功能进行合力发挥，对很多需要具备灵活性的高难度任务进行高效的执行。 2.3无人机数据传输准确、及时。在如今信息技术高速发展的时代，通讯设备和人工智能都得到了极高的研究和开发，无线终端也成功的到了4G、5G 时代，无人机将无线终端进行技术融合，在执行任务过程中能够将采集到的影像信息和数据信息快速的传达到任务中心并且具有极高的准确性和可靠性。 3.无人机在林业系统中的有效应用 3.1无人机对林业系统森林资源调查作业中的应用。目前对无人机的应用非常的广泛，有效的提高了对森林资源的精准调查。在森林资源的调查工作当中，传统的调查手段有很多方式，例如测控技术、测树原理、遥感技术、抽样调查等等。如今无人机的应用可以通过对森林资源的调查进行整体数据的了解，如种类的区域分布、数量及树木质量、生长的情况等等进行系统的统计和分析，并对森林的生态环境资源的生长和消亡周期、动态变化规律和资源的整体布局等关系进行准确的调查分析得出具体的资源条件情况，以便为森林资源的计划管理和林业的资源储备进行提供精确的数据基础，并为发展方针和策略提供实际的理论依据。 传统的调查方式很容易因为人为的误差影响而对部分森林资源区域进行准确的调查和获得数据，往往 无人机在林业系统的应用 杨启云1 杨朝应2 （1.北京中林联林业规划设计研究院有限公司贵州分院，贵州 贵阳 550000； 2.遵义市林业科学研究所，贵州 遵义 563000） 摘 要：如今随着信息技术的高速发展，科学技术也飞速的进步，人们将现代化的技术应用到了生活和工作的方方 面面。尤其对一些环境要求比较严苛的行业工作带来的好处是十分巨大的。我们本次就针对无人机在林业系统中关于林业调查、森林防火、病虫害防治方面的有效应用进行阐述和分析。 关键词：无人机；林业系统；应用文章编号：ISSN2096-0743/2019-18-0069 （下转第71页）
无人机输电巡线系统实施方案 深圳市大疆联创科技有限公司 二零一六年三月
1、概述 随着输电高压等级的不断提高，输电线路的巡线作业对维护区域油网的安全、稳定、高效运行越来越重要，也是油网运行的当务之急。输电线路跨区域分布，点多面广，所处地形复杂，自然环境恶劣，输电线路设备长期暴露在野外，受到持续的机械张力、雷击闪络、材料老化、覆冰以及人为因素的影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、舞动等现象，这些情况必须及时得到修复或更换。绝缘子还存在被雷击损伤、树木生长引起高压放油以及绝缘劣化而导致输电线路事故，杆塔存在被偷盗等意外事件，必须及时处理。传统的人工巡线方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡查，以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、人力成本高、困难大，某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还难以完成。 无人机（unmanned aerial vehicle,UAV）是一种先进的无人驾驶自行飞行器。无人机输电巡线系统是一个复杂的集航空、输电、电力、气象、遥测遥感、通信、地理信息（GIS）、图像识别、信息处理的一体系统，涉及飞行控制技术、机体稳定控制技术、数据链通讯技术、现代导航技术、机载遥测遥感技术、快速对焦摄像技术以及故障诊断等多个高尖技术领域。现代无人机具备高空、远距离、快速、自行作业的能力，可以穿越高山、河流对输电线路进行快速巡线，对架空线的铁塔、支架、导线、绝缘子、防震锤、耐张线夹、悬垂线夹等进行全光谱的快速摄像和故障监测。基于无人机输电巡线采集数据的专业分析，为油网管理和维护提供数据支持。 无人机作业可以大大提高输电维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带油的环境下迅速完成。无人机作业还能使作业范围迅速扩大，而且不为污泥和雪地所困扰。因此，无人机巡线方式无疑是一种安全、快速、高效、前途广阔的巡线方式。 在国外，机载遥感仪器巡线的试验研究工作最早的开始约在70年代初期，在不断改进后，每个被检出的故障耗资逐年递减，到1987年时耗资已为初始的一半还略低。对接头检出结果分为四种情况，有微温、温、热和异常热，报告维
质子交换膜燃料电池在军事上的应用 丁刚强 彭元亭 （中国船舶重工集团公司第712研究所，武汉430064） 摘 要：质子交换膜燃料电池（PEMFC ）具有高能量转换效率、低温快速启动、低热辐射和低排放、运行噪声低和适应不同功率要求，能很好应用在军事设备上。国外对PEMFC 用于陆地军事设备研究主要有三个方向：单兵作战动力电源（<100 W ）、移动电站（100 W-500 W ）和军车动力驱动电源（500 W-10 kW ）；海军军事设备上应用分为海面舰艇辅助动力源、水下无人驾驶机器人电源和潜艇的驱动电源；空中军事应用主要用于无人驾驶飞机。最后认为随着PEMFC 技术发展完善能广泛用于军事系统或装备。 关键词：质子交换膜 燃料电池 军事应用 中图分类号: TM911.4 文献标识码：A 文章编号：1003-4862（2007）03-0189-04 PEM Fuel Cell for Military Application Ding Gangqiang, Peng Yuanting (Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan 430064, China ) Abstract: PEMFC has high power conversion efficiency, quick start capability at low temperature, low radiation of heat and ejection, low noise and modular construction, so it is feasible to be applied in military devices. Military application of PEMFC is as follows: soldier power (<100 W), portable power (100 W-500 W), and auxiliary power units for combat vehicle (500 W-10 kW).There were three areas of it for navy application: auxiliary power units for naval ships propulsion, power supplies for UUV and submarine. It was being used as based propulsion system for UAV at air force. At last, PEMFC will be widely equipped for military device and system with the development of technology in the future. Key words : fuel cell; PEM; military application 质子交换膜燃料电池是一种直接将贮存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置 [1] 。电池单体由双极板、扩散层、催化层和质子 交换膜组成，如图1所示。电池工作过程实际是电解水的逆过程。氢气由阳极极板流场通道进入扩散层，再通过扩散层到达阳极催化层。在阳极催化剂作用下H 2在阳极催化层中解离为H +和带负电的电子。 阳极：2H 2→4H + +4e - 阳极催化层反应生成的H +穿过质子交换膜到达阴极，电子则通过外电路到达阴极。氧气由阴极极板通道进入扩散层，再通过扩散层到达阴 极催化层。在阴极催化剂作用下阴极氧离子和与
无人机设计手册及主要技术 容简介 独家《无人机设计手册》分上、下两册共十二章。 上册包括无人机系统总体设计，气动、强度、结构设计，动力装置，发射与回收系统，飞行控制与管理系统。 下册包括机载电气系统，指挥控制与任务规划，测控与信息传输，有人机改装无人机，综合保障设计，可靠性、维修性、安全性和环境适应性以及无人机飞行试验等。有关无人机任务设备、卫星中继通信的设计以及正在发展的无人机技术等容，有待手册再版时编入，使无人机设计手册不断成熟和丰富。 适用人群 本手册是国第一部较全面系统阐述无人机设计技术的工具书，不仅可作为无人机的设计参考，也可以作为院校无人机教学、无人机行业的工程技术人员和管理人员的参考书，并可供无人机部队试验人员使用。希望本手册的出版能对我国无人机研制工作的技术支持有所裨益。 作者简介 祝小平，现任西北工业大学无人机所总工程师，主要从事无人机总体设计、飞行控制与制导系统设计等研究工作。主持了工程型号、国防预研等国家重点项目多项，获国家和部级科学技术奖9项，其中国家科技进步一等奖1项，国防科技进步一等奖4项，获技术发明专利10项，荣立“国防科技工业武器装备型号研制”个人一等功，发表论著150多篇。先后入选国家级“新世纪百千万人才工程”、国防科技工业“511人才工程”和教育部“新世纪优秀人才支持计划”，获得“ 国防科技工业百名优秀博士、硕士”、“国防科技工业有突出贡献的中青年专家”、“省有突出贡献专家”和“科学中国人(2009)年度人物”等荣誉称号。 无人机相关GJB标准-融融网 gjb 8265-2014 无人机机载电子测量设备通用规 gjb 4108-2000 军用小型无人机系统部队试验规程 gjb 5190-2004 无人机载有源雷达假目标通用规 gjb 7201-2011 舰载无人机雷达对抗载荷自动测试设备通用规 gjb 5433-2005 无人机系统通用要求 gjb 2347-1995 无人机通用规
现代无人机系统设计技术 讲义 祝小平周洲编写 二O一二年七月
一、课程主要内容 1.无人机系统发展及趋势 无人机系统组成与功能； 无人机系统的地位与作用 无人机的分类； 国外无人机发展现状及趋势 2.无人机飞行控制、导航与制导技术 无人机控制与管理系统的地位与作用 无人机控制与管理系统的特点 无人机控制与管理系统的组成和功能 无人机控制模式 机载传感器 引导设备 伺服机构 导航系统 制导系统 3.无人机数据链技术 功能、分类、组成、指标体系 技术特点 以色列无人机数据链 美国的无人机数据链
未来数据链发展方向 4.先进无人机平台总体设计技术 先进无人机发展方向 先进无人机平台共性技术 高空长航时无人机设计技术 无人作战飞机设计技术 太阳能无人机设计技术
二、无人机系统发展及趋势 1 无人机系统组成与功能 无人机的定义：无人机是一种由动力驱动、机上无人驾驶的航空器。 无人机系统由无人机平台、任务载荷、数据链、指挥控制、发射与回收、保障与维修等分系统组成，各分系统组成和功能如下： (1) 无人机平台分系统：包括机体、动力装置、飞行控制与导航子系统等； 无人机平台分系统是执行任务的载体，它携带任务载荷，飞行至目标区域完成要求的任务。 (2) 任务载荷分系统：信息支援、信息对抗、火力打击等； 任务载荷分系统完成要求的信息支援、信息对抗、火力打击等任务。 (3) 数据链分系统：无线电遥控/遥测设备、信息传输设备、中继转发设备等； 数据链分系统通过上行信道，实现对无人机的遥控；通过下行信道，完成对无人机飞行状态参数的遥测，并传回任务信息。 (4) 指挥控制分系统：飞行操纵设备、综合显示设备、飞行航迹与态势显示设备、任务规划设备、记录与回放设备、情报处理与通信设备、与其它任务载荷信息接口等；
高性能燃料电池 无人机森林防火预警系统实施方案 深圳市大疆联创科技有限公司 二零一六年三月
目录 1：概述 (2) 2：无人机森林防火系统 (4) 3：无人机平台 (4) 3.1功能特点 (4) 3.2无人机在森林航空消防应用上的优势 (5) 3.2.1弥补有人机数量少、机种单一的问题 (5) 3.2.2弥补有人机扑火综合效益问题 (6) 3.2.3弥补森林航空消防航期较短的问题 (6) 3.2.4旋翼无人机在火场侦察方面上的应用 (7) 3.2.5无人机实际配置分析 (7) 4：系统设备参数 (8) 3.1无人机技术参数 (9) 3.2陀螺稳定吊仓 (9) 3.3地面站系统 (11) 3.4COFDM图传设备 (12) 3.54G远距离图传设备 (15) 3.5其它配件 (16) 5：项目技术特点及创新点 (17) 4.1.采用氢燃料电池 (17) 4.2.高效率多旋翼飞行平台 (17) 6：售后服务 (18)
1：概述 森林火灾是森林最危险的敌人，也是林业最可怕的灾害，它会给森林带来最有害，最具有毁灭性的后果。森林火灾不但烧毁成片的森林，伤害林内的动物，而且还降低森林的繁殖能力，引起土壤的贫瘠和破坏森林涵养水源的作用，甚至会导致生态环境失去平衡。尽管当今世界的科学在日新月异地向前发展，但是，人类在制服森林火灾上，却依然尚未取得长久的进展。 进入21世纪，人类正在继农业文明和工业文明之后开始向生态文明迈进，各国对森林保护的投入逐渐加大，并应用新技术和新设备进行森林普查、森林火灾监视，然而有些技术虽然可靠，但需要借助高空卫星，且施工太复杂，或者技术方案基础投入成本过高，难以满足森林资源监测的实际需要。 林业是生态省建设的主体，在保持经济和社会发展中有着不可或缺的作用。随着全生态文明的迅速发展，每年新造林地也快速增加，森林防火任务日益繁重，压力越来越大。同时为扑救森林火灾也耗费了大量的人力、物力和财力，森林火灾对森林资源和生态环境的破坏所造成的损失难以估量。我国每年对森林防火的投入逐步加大，不断引进新技术、新设备，而且有不少省份较早的开展了森林航空消防业务。经过多年努力，森林航空消防“不可替代”的优势也越来越突出，作用也越来越明显，为森林防火事业开创了新的局面。但是，在防火期内，部署在各个省份的森林航空飞机数量太少，航期时间太短，再
燃料电池无人机的动力系统设计 摘要：燃料电池具有无噪声，无污染，高效率等特点，因此将燃料电池运用于长航时无人机是其发展的一个方向。本文针对小型低空的燃料电池无人机，根据其燃料电池无人机总体设计要求，对其动力系统进行设计分析，概述了燃料电池无人机动力系统的设计的基本流程，主要分析设计内容包括：动力系统设计，燃料电池的选型，燃料电池放电特性曲线分析，电机选型及与螺旋桨配合分析，燃料电池动力系统总体性能分析 关键词：燃料电池氢动力系统无人 1引言 无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器，其飞速发展和广泛运用是在海湾战争后，以美国为首的西方国家首先认识到无人机在战争中的作用，竞相将高新技术应用于无人机的研制与发展上。同时美国宇航局（NASA）的最新报告指出：21世纪的航空动力系统应当具备高效率，智能化，低噪音和零排放等特性，航空业必将进行革命性的创新[1]。为满足未来航空发展的更高要求，NASA确认了一系列新型推进系统，其中包括基于燃料电池的电推进系统。除此之外，燃料电池所具有的无噪音的特点，如运用于无人机上，将大大降低无人机的噪音。因此，将燃料电池运用于无人机上将是无人机发展的一个必然趋势。目前，美国、欧盟和韩国等已相继研制出相关的燃料电池无人机并已试飞成功。此外，美国和德国已在进行以燃料电池为动力的载人飞机的相关研制工作。2005年5月，AeroVironment公司成功试飞第一架采用液氢燃料电池的无人机[2]--―全球观察者‖（GlobalObserver）。该无人机的翼展长达15米，可以在平流层连续飞行7天，适用于通讯中继站或进行远程监控。2006年佐治亚大学成功将一功率500w的燃料电池运用于一架翼展约6.58米的无人机上。该飞机最大起飞重量为24.9公斤，续航时间约为45分钟[3]。 本文根据某型燃料电池无人机总体设计要求，设计与之匹配的燃料电池动力系统，并进行验证。 2动力推进系统设计 PEMFC燃料电池将氢气罐中的氢气和空气中的氧气转化为电能，并通过电能管理系统分配于电动机及无人机其他电子设备中。系统中的遥控信号接受器负责接收地面控制信号，调节电流输出，控制无人机动作等。电动机驱动螺旋桨为飞机产生推力。本设计燃料电池无人机动力推进系统[6]组成如图1所示。 图1燃料电池动力系统组成 3电池选型及性能测试分析