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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 可用于抗震救災(zāi)的微波無線輸能飛艇模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項(xiàng)目是將微波無線輸能技術(shù)應(yīng)用于飛艇，為飛艇輸送能量，實(shí)現(xiàn)飛艇無需攜帶任何燃料，能懸空活動并拍攝地面圖片，然后傳送到地面控制系統(tǒng)。同時，通過對無線輸能能技術(shù)在飛艇上的研究應(yīng)用，為研發(fā)一種可遠(yuǎn)距離長時間駐留空間的飛行器做出有益探索和提供思路，從而為微波無線傳輸能量技術(shù)應(yīng)用于航空航天能源等領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 基于微波輸能的飛艇系統(tǒng)主要由充滿氦氣的飛艇、地面大功率微波發(fā)射部件、飛艇搭載整流天線陣列單元、電動機(jī)以及通信控制系統(tǒng)組成。 飛艇具有突出的優(yōu)點(diǎn)，比如垂直起降，可較長時間懸?；蚓徛羞M(jìn)、噪音小、污染輕，而且隨著飛艇廣泛使用了氦氣填充，安全性也大大改善。 工作在2.45GHz的功率不低于700W電磁波被地面高增益定向發(fā)射天線輸送到飛艇整流天線陣列上輸出可驅(qū)動飛艇電動機(jī)的直流電，從而實(shí)現(xiàn)了微波動力。這樣飛艇不攜帶任何燃料，可以減少飛艇的機(jī)械裝置，從而降低起飛重量，縮小飛艇體積，降低制作材料成本。 能量通過微波方式傳輸?shù)斤w艇具有其它供能方式所不具備的優(yōu)勢，微波傳輸可以直接在大氣中進(jìn)行，而不需要導(dǎo)線材料，并且微波不受太陽光照、云霧等天氣狀況的影響，可以用于遠(yuǎn)距離和長期停留高空或超高空的飛行物提供能量，而不需要架設(shè)電線。 無線傳輸能量技術(shù)關(guān)鍵在于： 1.接收天線和高效率的微波－直流轉(zhuǎn)換的整流電路，接收天線陣列接收微波能量，經(jīng)過整流電路轉(zhuǎn)換成直流，轉(zhuǎn)換效率要高。 2.可靠的電磁兼容系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在微波輸能的高微波功率密度下需要實(shí)現(xiàn)對無線通信系統(tǒng)的兼容。這樣通信攝像設(shè)備，能夠拍攝記錄地面信息，傳送到地面控制中心。 3.高定向性發(fā)射天線，使微波能以很窄的波束形式發(fā)射，集中微波能量定向傳輸。4．高功率為波源，微波功率源要大功率，高頻率穩(wěn)定度以保證能量供給充足和保持微波波束的穩(wěn)定。 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)有： 1.微波輸能工作頻率2450MHz； 2.微波發(fā)射功率不低于700W； 3.發(fā)射天線增益不低于24dBi； 4.接收整流天線面積不低于1m2； 5.微波整流電路效率高于60%； 6.轉(zhuǎn)換后輸出功率可以驅(qū)動動力裝置； 7.通信使用頻率915MHz； 8.視頻采集分辨率不低于600×480像素； 9.飛艇飛行高度可以達(dá)到5m； 10.飛艇體積不低于1m3。 電動機(jī)用來直接產(chǎn)生空氣推力來控制飛艇的飛行狀態(tài)，在通信控制系統(tǒng)下按照預(yù)定指令運(yùn)行。 通信控制系統(tǒng)是飛艇非常重要的一部分，關(guān)系著飛艇的各個部件能否正常工作。作為連接飛艇與地面控制中心的橋梁，通信控制系統(tǒng)為飛艇提供控制指令，為地面控制中心提供數(shù)據(jù)。即實(shí)現(xiàn)地面 控制中心對飛艇的飛行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制,并將飛艇上搭載的測量設(shè)備所獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婵刂浦行摹? 微波輸能的飛艇，其能量來自地面發(fā)射天線，減少通信系統(tǒng)的重量以及功耗，同時不影響飛艇與地面控制中心通信的質(zhì)量是非常重要的。所以，安裝在飛艇上的通信設(shè)備需要具有體積小、重量輕、 功耗低、壽命長、可靠性高、自動化程度高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)和極好的電磁兼容性。 通信控制系統(tǒng)包括飛艇搭載的通信控制設(shè)備和地面控制中心設(shè)備。飛艇上搭載的通信控制設(shè)備主要由微控制器、射頻通信模塊、圖像采集處理模塊、飛艇動力控制模塊以及以他模塊組成。地面控制中心設(shè)備主要由射頻通信模塊、微控制器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。 在以上各系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)工作下，微波輸能飛艇就能正常工作，在抗震救災(zāi)的緊急情況下出色地完成預(yù)定任務(wù)，為決策者及時提供準(zhǔn)確有效的信息，做出快速準(zhǔn)確的決策，加強(qiáng)我國政府的應(yīng)急救災(zāi)處置能力，使人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全得到更大的保障。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：為了增強(qiáng)國家的國防實(shí)力和及時有效應(yīng)對自然災(zāi)害，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)長期停留在空中的微波輸能飛艇模型，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)（比如圖片）采集等功能。 思路：設(shè)計(jì)制作一艘無需攜帶能源飛艇模型，依靠接收地面發(fā)射的微波功率，經(jīng)飛艇上安裝的接收天線陣列和整流電路把微波能量轉(zhuǎn)換為可用的直流電能，為飛艇的動力和搭載設(shè)備提供能源，用以完成飛行控制和數(shù)據(jù)采集等活動，并將采集的數(shù)據(jù)信息傳送到地面控制系統(tǒng)中心。 創(chuàng)新點(diǎn)：飛艇自身可不攜帶任何能源；微波的傳輸不受氣候環(huán)境的影響，可靠地工作；長時間?？?，安全；由于采用無線供能方式，機(jī)械設(shè)備少，重量輕，飛艇體積小，成本低。 技術(shù)關(guān)鍵：微波整流天線技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率要高；可靠的電磁兼容系統(tǒng)設(shè)計(jì)；高定向性發(fā)射天線，使微波能以很窄的波束形式發(fā)射，集中微波能量定向傳輸；高功率為波源，微波功率源要大功率，高頻率穩(wěn)定度以保證，能量供給充足和保持微波波束的穩(wěn)定。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.微波輸能工作頻率2450MHz； 2.微波發(fā)射功率不低于700W； 3.發(fā)射天線增益不低于24dBi； 4.接收整流天線面積不低于1m2； 5.微波整流電路效率高于60%； 6.轉(zhuǎn)換后輸出功率可以驅(qū)動電機(jī)； 7.通信使用頻率915MHz； 8.視頻采集分辨率不低于600×480像素； 9.飛艇飛行高度可以達(dá)到5m；
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性：微波輸能飛艇是微波輸能技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等的結(jié)合產(chǎn)物，理論成熟，可以實(shí)現(xiàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，微波輸能飛艇的飛行高度和搭載的設(shè)備也越來越完善，能夠滿足更多的需求。 先進(jìn)性：動力來自燃料的的飛艇艇續(xù)航時間短、裝置體積大和有效載荷?。粊碜蕴柲艿娘w艇受天氣影響很大。微波輸能飛艇幾乎不受天氣影響、長 時間?？?、體積小、裝置輕和成本低。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；模型；現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 其技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢具有以下幾點(diǎn)： 一、能量采用微波輸能為飛艇提供動力 二、進(jìn)行視頻信息采集和傳輸 三、對飛艇飛行狀況遙控控制 四、增加了續(xù)航時間 適用范圍：在軍事領(lǐng)域，采用微波傳輸能量方式可以實(shí)現(xiàn)高空預(yù)警飛艇執(zhí)行空中監(jiān)聽、邊境放哨和戰(zhàn)略預(yù)警等軍事任務(wù)；可以具有與衛(wèi)星同等功能的通信系統(tǒng)；還可以應(yīng)用在應(yīng)急救災(zāi)。 市場分析與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：微波輸能飛艇長時間可靠地在空中進(jìn)行空中監(jiān)視、軍事預(yù)警、通信中繼和遙感探測等活動，為持久穩(wěn)固地情報(bào)搜集、監(jiān)視偵察和通信任務(wù)提供了寬廣的潛力。微波輸能飛艇只需搭載必要的電子設(shè)備，耗能少、重量輕和體積小。同時在突發(fā)事件和自然災(zāi)害的緊急救災(zāi)場合更具優(yōu)勢,能夠?qū)崟r勘查監(jiān)控現(xiàn)場的狀況,及時傳輸現(xiàn)場信息，為決策者提供準(zhǔn)確有效的信息，加強(qiáng)我國政府的應(yīng)急救災(zāi)處置能力，使人民的生命和財(cái)產(chǎn)得到更大的保障。
同類課題研究水平概述
- 傳統(tǒng)的高壓輸電線的架設(shè)，耗費(fèi)人力物力，對地理環(huán)境較為復(fù)雜的山區(qū)、荒漠、孤島更是如此。而蓄電池能量攜帶有限需要充電，太陽能電池受天氣環(huán)境的影響很大，而且轉(zhuǎn)換效率不高。用先進(jìn)的微波無線輸電手段代替高壓輸電線是歐美日等發(fā)達(dá)國家正在努力的方向。 1975年美國國家噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL在加州演示了收發(fā)兩端相距1英里的微波功率傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)接收端整流天線得到了30Kw的直流功率。 1987年，加拿大成功的讓機(jī)翼長為4.5 m的飛機(jī)在2.45 GHz的微波功率驅(qū)動下，在低空飛行了20分鐘。 1994年—1995年日本也進(jìn)行了地面上兩點(diǎn)間的微波無線傳輸能量實(shí)驗(yàn)，接收裝置是一個3.2米×3.6米的大型整流天線陣，整個整流天線陣的微波—直流轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了46%。 1996年12月，法國在美國、俄羅斯、日本等國支持下，成功研制了一個微波無線供能系統(tǒng)，此系統(tǒng)在留尼旺島岡巴桑峽谷，將電能以微波波束的形式從峽谷的項(xiàng)端傳送到底部，解決了峽谷內(nèi)小村莊的生活、通信用電問題。 2000年6月美國科學(xué)家利用微波將一小型飛行器成功地運(yùn)入太空，標(biāo)志著人類利用微波能量取得突破性進(jìn)展。 利用微波將太空太陽能傳輸?shù)降孛鎭硎褂?，成為微波無線供能的一個重要趨勢。加州最大電力公司—太平洋天然氣與電力公司已經(jīng)宣布，計(jì)劃向欲打造世界上首座軌道太陽能發(fā)電廠的Solaren公司購買電量。根據(jù)計(jì)劃，Solaren將利用繞地球軌道運(yùn)行的太陽能電池板發(fā)電，而后將電量轉(zhuǎn)換成微波加以傳送，位于弗雷斯諾的地面接收站則負(fù)責(zé)接收微波。然后微波將轉(zhuǎn)換成電量并輸入電網(wǎng)。 日本航空宇宙開發(fā)中心（JAXA）也在研究類似的太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)(SSPS)，有望于2030年前啟動。在北海道的研究基地，日本科學(xué)家用直徑2.4m的儀器裝置進(jìn)行了地面接收太空微波的實(shí)驗(yàn)。JAXA的最終目標(biāo)是要建立一個約3平方公里的地面接收站，生產(chǎn)100萬千瓦的電力，給50萬個家庭供電。 目前，微波無線功率傳輸在國外已經(jīng)開展了大量研究，但是微波無線功率傳輸?shù)难芯吭趪鴥?nèi)尚處于起步階段。我們結(jié)合自身微波技術(shù)研究的特點(diǎn)，在微波無線輸能方面開展了大量的研究，具有較好的研究基礎(chǔ)。我們前期設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的微波無線功能動力小車，已經(jīng)成功完成了演示。
