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1、第38卷第4期Vol.38No.42014年2月25日Feb.25,2014DOI:10.7500/AEPS20130320015用于电力巡线的新型油动固定翼无人机设计黄世龙1,顾雪平1,张建成2(1.华北电力大学电气与电子工程学院,河北省保定市071003;2.新能源电力系统国家重点实验室,华北电力大学,河北省保定市071003)摘要:针对目前巡线无人机(UAV)不能兼具高速大航程、全线快速普查及故障疑似地段低速低空精细巡查的功能,以及所携带科学设备尺寸与UAV机身尺寸不匹配的问题,研制了一种可实现机翼变形和携带科学设备吊舱的新型电力巡线油
2、动固定翼UAV。以固定翼UAV为载体,对新型UAV各分系统的组成及功能进行了探讨,并对机翼变形分系统、遥控遥测分系统、科学设备吊舱分系统进行了详细设计,根据设计结果制作验证模型进行飞行试验,结果表明可以通过实时控制机翼的气动外形配合可移动科学设备吊舱保持较高的气动效率,提高飞机在巡航状态下的升力和高速飞行状态下的机动性,满足UAV在不同任务剖面上的性能要求。对比分析了所设计的UAV和一种电动固定翼UAV的优缺点,提出了新型UAV与电动固定翼UAV综合作业巡线方案。关键词:固定翼无人机;电力巡线;影像采集;科学设备吊舱;机翼变形0引言电力巡线U
3、AV主要用于电力线路灾情监控和电力线路日常巡视。电力线路灾情监控是在发生故近年来,国民经济的持续快速发展对国内电力障后及时进行,巡视区段为发生故障的区段或全线,工业提出了越来越高的要求。为了安全、可靠供电,根据灾情或保护动作情况预先判断故障点可能发生巡线维护自动化和现代化日益显示出其必要性。传的路线段,巡视UAV以最快的速度直飞可能发生统的人工巡线方法工作量大、条件艰苦,特别是对处的事故地点,用最短的时间发现故障点,并在故障点于山区和跨越大江、大河输电线路的巡视存在很大困难,甚至一些巡线项目靠常规方法是难以完成附近进行机翼变形降低飞行速度,设
4、定UAV为定的[1],利用无人飞行器进行电力巡线已成为国内外高定半径盘旋飞行,实现对故障疑似地段进行低速电网运维单位的共识。低空精细巡检。电力线路日常巡视是按规定要求每国内外关于巡线无人机(UAV)研究的文献较月1次对电力线路进行空中巡视,利用录像拍照等少。文献[2-6]对无人直升机电力巡线进行了技术功能进行运行设备的资料分析及备案,对发现问题经济分析,提出了巡线的方法以及要注意的技术问的部分进行记录,报检修班进行隐患排除,对发现但题;文献[7-8]引入自动追踪算法,实现了UAV全无法辨认的可疑细节缺陷,可设定UAV在故障疑自主巡线,相机的拍
5、摄角度随着飞行姿态的变化自似地段定高定半径盘旋至少5s,详细观察拍摄可疑动调整;文献[9]通过检测线路的电、磁场实现了输地段。其中,应用广泛的FE300型电动固定翼巡线电线路巡线;文献[10-11]采用尺度不变特征变化算UAV基本参数见附录A表A1,但该无人飞行器有法、模糊-C均值算法,通过将目标识别图像与历史效载荷低,能挂载的科学仪器设备少;续航时间短,数据库对比分析来发现故障疑似地段,但是,无人直作业半径小;飞行速度过快不能实现故障疑似地段升机载重小、飞行速度慢、续航时间短,不适用于正低速精细巡查。输电线路巡线要求UAV既能重载常线路段高
6、速大航程巡线;文献[12]对于固定翼飞行,又能在轻载时降低阻力、减少能耗,既能保证UAV平台在电力巡线系统中的应用进行了探讨;在正常线路段高速低阻力大航程巡线,又能在故障文献[13]通过融合输电线路的雷达图像及纹理等数疑似地段进行低速低空精细巡线。上述特点是据来提高巡线效率,但固定翼UAV巡线速度过快,不能在故障疑似地段进行低空低速精细巡查,巡线UAV的2种不同飞行状态,往往不能兼得。质量低。本文针对目前巡线UAV不能兼具高速大航程全线快速普查及故障疑似地段低速低空精细巡查,收稿日期:2013-03-20;修回日期:2013-09-11。同时
7、所携带科学设备尺寸与UAV机身尺寸不匹配国家大学生创新实践资助项目(201210054117)。的问题,设计了一种可实现机翼变形[14-18]和携带科—104—·研制与开发·黄世龙,等用于电力巡线的新型油动固定翼无人机设计学设备吊舱的新型电力巡线油动固定翼UAV,对分,整体结构如图1所示。新型UAV各分系统的组成及功能进行了探讨,并固定翼UAV分系统是固定翼UAV巡线系统对机翼变形分系统、遥控遥测分系统、科学设备吊舱的飞行载体,负责执行飞行巡线任务,机上搭载的飞分系统进行了详细设计,根据设计结果制作验证模行控制系统根据固定翼UAV的实时飞行状
8、态将地型并进行了系统测试。面站发出的飞行任务解算成为控制指令,并驱动舵机以控制固定翼UAV。机翼变形系统使UAV在1新型固定翼UAV巡线系统整体结构飞行时根据载荷质
