电力巡检飞机整体设计Word格式文档下载.docx
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关键字：
分析计算，设计内容
摘要..............................................................................................................................................2
第一章简介....................................................................................................................................5
1、简介........................................................................................................................................5
2、传统巡检存在的问题..............................................................................................................5
3、无人机巡线优势....................................................................................................................5
4、发展前景..................................................................................................................................6
5、无人机巡检解决方案..............................................................................................................6
6、无人机巡检案例......................................................................................................................9
7、社会效益.................................................................................................................................10
第二章设计方案...........................................................................................................................10
1、设计背景...............................................................................................................................10
2、设计理念...............................................................................................................................10
3、设计要求...............................................................................................................................10
第三章方案构思与设计草图.....................................................................................................11
1、方案构思...............................................................................................................................11
2、设计草图...............................................................................................................................11
第四章主要总体设计参数.........................................................................................................12
1、升力与阻力......................................................................................................................................................12
2、起飞重量𝑾
𝟎
估算........................................................................................................................................13
3、推重比T/W的选取....................................................................................................................................13
4、翼载W/S的选取.........................................................................................................................................14
5、机翼的选取.....................................................................................................................................................14
6、机翼的面积S0................................................................................................................................................14
7、展弦比A.............................................................................................................................................................14
8、机翼弦长C........................................................................................................................................................15
9、副翼的面积S1................................................................................................................................................15
10、副翼的长度L1.............................................................................................................................................15
11、机翼安装角选取...........................................................................................................................................15
12、机翼上反角选取............................................................................................................................................15
13、重心位置.........................................................................................................................................................15
14、机身长度L2...............................................................................................................................................15
15、机头的长度L3..........................................................................................................................................15
16、垂直尾翼的面积S2................................................................................................................................16
17、方向舵的面积S3.....................................................................................................................................16
18、水平尾翼的翼型选取.............................................................................................................................16
19、水平尾翼的面积S4................................................................................................................................16
20、升降舵的面积S5.....................................................................................................................................17
21、水平尾翼安装位置.................................................................................................................................17
22、动力系统选取...........................................................................................................................................17
23、起落架..........................................................................................................................................................18
第五章飞机三视图................................................................................................................................18
1、左视图..............................................................................................................................................18
2、正视图..............................................................................................................................................18
3、俯视图..............................................................................................................................................18
参考文献................................................................................................................................................19
第一章简介
1、简介
无人机自身携带方便、操作简单、反应迅速、载荷丰富、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求低、可自主飞行等优势。
将无人机应用到电力巡线方面可大大提高电力维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带电的环境下迅速完成，确保了用电安全；
采用无人机进行规
输电线路巡查，可降低劳动强度，与有人直升机巡检相比，可提高巡线作业人员的安全性，并且降低了成本，且无人机巡线速度快、应急瞬速，能及时发现缺陷，及时提供信息，避免了线路事故停电，挽回了高额的停电费用损失。
通过旋翼和固定翼无人机联合线路巡检，即可实现对输电线路走廊的大范围快速普查，又可高效获取高清晰度线路设备照片，清晰分辨出常见输电线路的缺陷，大大增强输电线路巡检效率，为现代化输电线路维护工作提供了一种先进的、有实用价值的技术手段。
利用无人机搭载可见光拍摄红外、紫外检测等任务，机载设备对输电线路进行飞行巡检，并实时将现场情况回传地面监控系统，以便作出正确判断及时排除线路故障，还可围绕目标进行360度全方位拍摄，做到零死角。
2、传统巡检存在的问题
架空输电线路巡检的主要方式为人工沿线路步行或借助交通工具，使用望远镜和红外热像仪等对线路设备和通道环境进行近距巡视和检测。
随着线路里程不断增加，人均运维长度逐年增加，现有巡检方式效率低，特别是在高山、沼泽等复杂地形以及雨雪冰冻和地震等灾害条件下人员难以到达，难以发现杆塔上部设备缺陷等缺点显得更为突出。
传统巡线存在的主要以下问题：
a）巡线距离长、工作量大、步行巡线效率非常缓慢，无法提高巡线效率
b）遇到冰雪水灾、地震、滑坡等自然灾害天气时，巡线工作将无法开展。
c）山区巡线具有高风险性，时刻威胁巡线人员生命安全。
在山区林区有毒生物越来越多，特别是夏季的“蜱虫“一旦被咬将危及性命，威胁最大的是那些看不见的陷阱和捕兽夹。
3、无人机巡线优势
无人机携带方便、操作简单、反应迅速、载荷丰富、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求低、自主飞行。
无人机的优势：
第一：
无人机巡线提高了电力维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带电的环境下迅速完成，确保了用电安全。
据相关信息表明：
无人机巡线比人工巡线效率高出40陪。
第二:
采用无人机进行常规输电线路巡查，可降低劳动强度，与有人直升机巡线相比，可提高巡线作业人员的安全性，并且降低了成本。
第三：
无人机具有巡线速度快、应急瞬速的特点并及时发现缺陷，及时提供信息，避免了线路事故停电，挽回了高额的停电费用损失。
第四、故障巡线，快速、精确查找到电网及其设备的故障点。
第五、常规巡线，代替人工常规巡线，提高巡线效率，降低巡线成本，降低巡线人员劳动强度。
第六、年度巡线，替代载人机执行年度计划的航空巡线，其作业项目主要有：
可见光录像、远距离摄影、红外热成像、绝缘子监测等。
4、发展前景
无人机应用于电力输电线路巡检，不受地形地貌限制，尤其适用于险峻山区、多河流地貌下的巡线工作。
机载高清摄像设备可对输电线路产生的故障进行实时在线定位和监控，地面控制人员可根据地面站回传实况及时发现排除线路缺陷及重大隐患，杆塔巡查效率得以大大提高，节省了大量人力、物力，提高了巡检人员工作安全系数。
采用无人机系统获得的收益不仅仅在实际层面上得到体现，也极大地提升国家电网自动化电力系统的集成度，能有效促进相关项目的建设进度。
5、无人机巡检解决方案
无人机电力巡检系统由：
无人机平台及数据获取系统、地面监测控制系统、数据通信链路系统、地面数据处理系统四个部分组成，无人机搭载巡检模块，如：
数字光学相机、激光扫描仪、热红外成像仪、紫外成像仪等检测设备，完成架空输电线路巡检任务的作业。
5.1无人机平台及数据获取系统
该子系统是电力线路巡检数据采集获取的主要平台，包括无人机飞行平台、多传感器数据获取系统、稳定平台（伺服系统）、定位姿态系统（简称ＰＯＳ）、自主预警与避障系统、数据编解码系统等设备。
主要设备的组成和功能如下：
无人机飞行平台可分为固定翼和旋翼两类，无人机飞行平台负责搭载传感器系统、稳定平台、ＰＯＳ、自主预警与避障系统以及其他必要的机载设备。
根据巡检任务、飞行距离、飞行速度等具体要求的不同，应该选择不同的飞行平台，例如开展可见光拍摄的快速巡检，可选择小型固定翼无人机平台。
又如对每一基杆塔进行包括红外、紫外、可见光等在内的精细巡检，且同时需要具有足够的飞行距离，则应当选择大型的旋翼无人机平台。
多传感器数据获取系统的传感器通常可包括光学数码相机、热红外成像仪、紫外成像仪、激光扫描仪等。
其中，①光学数码相机用于获取杆塔、电力线、电力线走廓的光学影像，用于销钉缺失、绝缘子爆裂、导地线断股、金具锈蚀缺失等缺陷、隐患的诊断；
②热红外成像仪用于输电线路设备红外视频采集，获取金具和电力线以及绝缘子等设备的发热状况；
③紫外成像仪用于输电线路设备紫外视频信息采集，用于金具和电力线的异常放电检测；
④激光扫描仪用于获取电力线走廓地物的高精度点云数据，可实现电力线与地面障碍物之间距离以及电力线弧垂等数据的检测，生成线路走廓真实三维模型。
稳定平台用于隔离无人机飞行作业时飞机的振动和外界环境对平台飞行姿态的扰动，部分稳定平台还具有目标跟踪功能。
采用稳定平台能够极大提高目标成像质量，确保获得想要、可用的信息，降低无人机平台控制的技术要求。
ＰＯＳ主要用于无人机的位置和姿态信息的实时测定，在基于遥感技术的电力线路安全巡检系统中，还用于对无人机获得的数据进行定位标记，使得多种传感器数据可以统一到同一个空间坐标系统中，便于开展、隐患的多源数据协同识别和诊断，提高识别的准确性和自动化程度。
多次巡检的数据通过空间坐标的匹配能够形成时间线，便于开展与历史数据的对比分析。
自主预警与避障系统通过毫米波雷达传感器，对无人机飞行前方障碍物目标进行探测，并向无人机控制系统进行预警以规避飞行风险。
5.2、地面监测控制系统
该子系统主要用于无人机飞行过程中飞行状态的监测和控制、飞行的领航、传感器数据获取方式的控制等功能，此外还能对飞行获得数据进行初步处理。
该子系统包括无人机平台地面控制系统、多传感器地面控制系统、数据编解码系统，以及实时数据分析系统等设备。
5.3、数据通信链路系统
该子系统是整个系统通信连接的关键设备，包括机载和地面监测控制系统的信号接收、发射设备以及无人机通信中继设备（包括小型无人机载体）等。
该子系统主要负责保障地面监测控制系统与无人机平台之间的数据通讯，特别是在地形复杂的山区等通讯条件恶劣的环境下保障无人机与地面之间的可靠通讯。
数据链路的应首先保证无人机定位姿态数据的实时下传和控制命令的上传，以便完成对无人机工作状态进行跟踪和控制。
数据链路的传输速率根据实际需求进行定制，一般在4Ｍbps-8Ｍbps的速率下，即可实现视频数据的实时下传，使地面监测控制人员直观了解飞行现场情况。
5.4地面数据处理系统
该子系统是后期数据处理、存储与应用系统，包括多传感器数据预处理和几何处理系统，基于激光光学、红外、紫外等多种传感器的电力线路安全巡检智能专家系统以及线路走廓的三维可视化系统等。
地面数据处理系统采用摄影测量、遥感的数据处理方法和技术流程，对各种影像、点云、视频、坐标、状态数据进行高精度几何处理。
在此基础上，针对电力线、电塔、走廓地物等及其附属物的特点，通过专家系统的人工智能、模式识别及多种可视化技术，实现输电线路和通道缺陷
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