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摘要：本文针对电力系统架线存在的问题，分析了其需求，根据无人机的特点，研制了一款电力系统专用架线无人机。该无人机具有一体化可拆装的特点，保证无人机能够便于携带、运输、使用和维修，并且具备较强的防沙尘、雨水能力。另外，该无人机具有强劲的动力，具备强悍的抗风性能和海拔适应能力，有效保障安全飞行作业。通过优化机身及旋翼设计，保证了较长的续航时间，能够满足现阶段对电力系统架线的需求。
关键词：电力系统；架线无人机；研制
本文引用格式：雷英栋.电力系统六旋翼无人机的研制[J].教育现代化，2019，6（66）：234-235.
一 研究背景
随着无人机的智能化、挂载多样化，不断开拓新的应用领域。无人机在电网建设、应急响应、规划设计、巡检等方面的应用逐步增多，既能有效降低电力企业的成本预算，提升工作效率，又能大幅度减小故障率。随着电力系统对无人机需求的逐步增多以及无人机技术的迅猛发展，无人机巡检、架线等技术在电力系统的推广和应用势必会起到十分重要的作用。
最早将飞行器运用到电力系统研究的是一些欧美经济发达国家，探索将直升机应用到输电线路巡视上，最早利用无人机巡检线路的是英国威尔士大学和英国EA电力咨询公司。之后，越来越多的大学、企业、研究所将计算机视觉技术、故障自动检测技术、三维图像监测技术应用到无人机线路巡视上。
近些年，无人机展放导引绳技术越来越成熟，利用无人机架线，可以大大提高电力架线的工作效率，降低运行成本，提高施工过程中的安全性。我国的无人机技术起步相对较晚。在电力行业中，直到2009年国家电网才正式开始对无人机的巡线、架线等领域展开立项研究。
可以看到，对于电力系统旋翼无人机，国内外以及有了一定的研究，主要应用于电力巡线，对于电力架线无人机的研究甚少。因此，本项目研究开发一款具备长航时，高抗风性能，同时便于拆装运输的电力系统六旋翼无人机。
二 电力架线需求分析
在国家电网进行架线工程施工过程中经常会跨越原始森林，也经常会遇到灌木丛等复杂危险情况，而通常原始森林是不能砍伐的，因此给工程施工带来了极高的难度。因此需要设计一款无人机，将可以轻松的飞越树木，并通过向地面空投导引绳，完成施工。
在传统的长江水面的架线作业中，通常情况下只能由拖船将牵引绳拖过水面，如此操作需要对施工水域进行封航，封航会直接造成经济损失。因此需要更高效的更便捷的架线方式，通过无人机遥控拖拽导引绳，使导引绳从长江上空飞过，避免长江封航是一个不错的选择。
在线路改造过程中，需要在一条通电线路的基础上横跨一条新的线路，为了保证施工人员的安全，无论多重要的线路，传统施工只能首先对原线路进行断电后再施工。最好的办法是设计一款设备，可以实现带电跨越，可避免断电施工。
综上，电力系统的架线在实际工作中，所受到的场地和环境之复杂是不可想象的，甚至很多地方都是人迹罕至，施工的难度和危险性极大。因此，如果是无人机架线，希望架线无人机配上自主飞行系统，不仅可以减少了劳动强度和难度，而且也保障了电力工人的人身安全。
三 关键技术设计
（一）长航时设计
目前，无人机的续航问题是制约无人机发展的最重要因素，各个研究团队都在想尽一切办法提高无人机的续航能力。一般来说提高续航能力有很多措施，比如使用大容量电池。或是通过无人机整体设计，提高无人机的气动效率等。针对本项目无人机架线的工作特点及飞行负载，通过设计高效率的螺旋桨，并且匹配设计高效的电机、电子调速器系统，从而提高整机的力学效率，提高旋翼气动效率，是提高续航更为可行的方法。以此满足大载重架线，实现3.5mm直径线1200米长（约6公斤）载重，同时遥控、电台、图传传输距离达到1.5KM，同时续航时间挂载3KG达到25分钟的要求。
（二）强抗风能力设计
由于电力线经常架设在山区，环境恶劣，风速和山谷间乱流比较严重，需要飞行器具有较好的抗风性能。超高压输电线路一般建设在高山峻岭之间或人烟较少之地，气象及地形条件复杂。要求飞行器必须具有较好的气象适应能力及控制能力，应具备5级风的抗风性才能有效保障飞行作业。
（三）海拔适应能力设计
输电线路大多穿越在山地之中，随着地形变化设计施工，海拔变化大，对地高度变化大。要求飞行器必须具有较强的海拔适应能力，无人机能够达到相对飞行高度300米，且能稳定地控制在相对地面70至150米高度上随地形变化进行飞行的能力。
（四）一体式折叠快拆机身设计
由于电力类无人机作业环境比较艰苦，经常涉及山区作业，考虑到续航等问题，电力架线人员需要携带无人机长距离运输，对于无法拆装或折叠的无人机使用相当不便，尤其是起落架和机臂是导致无人机系统难以携带的一个重要原因。因此，本项目的研究在于设计一款具有快速拆装结构的起落架，从而能够提高机器的便携性，减小运输体积。对于快拆机架的要求是：结构简单、抗风沙、雨水、强度达到满足飞行器起降的要求，同时考虑到运输的便利性。
四 研究创新点
（一）实现快速拆装便携设计
本项目研制的电力系统无人机采用一体式折叠设计，使用维护简便，降低了使用要求，并且全系统具有较好的拆装稳定性，简单易学、操作方便。快拆脚架、机臂不仅结构简单，达到了较强的抗风沙、雨水等级要求，同时强度也达到满足飞行器起降的要求，考虑到运输、使用和维修的便利性。
（二）实现强劲动力及长时间续航
动力性能与续航时间是无人机系统的核心指标，集中体现在电力行业应用中。由于电力线经常架设在山区，环境恶劣，风速和山谷间乱流比较严重，需要飞行器具有较好的抗风性能，同时还要保证足够的续航时间完成作业。本项目主要突破路径是针对工作负载，设计高效率的螺旋桨，并且匹配设计高效的电机、电子调速器系统，从而提高整机的力学效率。目前本项目的六旋翼气动效率可以做到10克每瓦，抗风可以达到6级。通过设计，该无人机续航时长达到了50分钟，大大提高了作业任务的操作时长，提高了整个工作效率。
五 结语
本文针对电力系统架线存在的问题，分析了复杂地形等架线其需求，根据无人机的特点，研制了一款电力系统专用架线无人机，突破了长续航、强抗风、便于运输携带等各个关键技术，达到了非常良好的效果。研制的无人机具有机身一体化可拆装的特点，保证了无人机能够便于携带、运输、使用和维修，并且具备较强的防沙尘、雨水能力。另外，通过旋翼的优化设计，电机电调的匹配，该无人机具有强劲的动力，具备强悍的抗风性能和海拔适应能力，有效保障安全飞行作业。通过优化机身及旋翼设计，选择合适的电池，保证了无人机载重飞行较长的续航时间，能够满足现阶段对电力系统架线的需求。另外，对于后期其他挂载的使用提供了可能。
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