无人机空气动力学论文

目前，代表国内最高端的攻击型无人机分别为中航工业的翼龙2型无人机和航天科技集团的彩虹5无人机，这两款无人机在气动设计、传感器种类和武器载荷的选择上具有较强的相似性，但在动力系统，特别是发动机的选择上，却有很大的不同。根据公开资料，翼龙2无人机的发动机选择的是涡桨发动机，而彩虹5无人机选择的是航空重油发动机。那么，这两款发动机有什么不同，对无人机的性能又有什么影响呢？     翼龙2的公开亮相是在去年的珠海航展上，该型无人机的动力系统为国产涡桨发动机，功率为600马力。     涡桨发动机由螺旋桨和燃气发生器组成，螺旋桨由涡轮带动。由于螺旋桨的直径较大，转速要远比涡轮低，只有大约1000转/分，为使涡轮和螺旋桨都工作在正常的范围内，需要在它们之间安装一个减速器，将涡轮转速降至十分之一左右后，才可驱动螺旋桨。这种减速器的负荷重，结构复杂，制造成本高，它的重量一般相当于压气机和涡轮的总重，作为发动机整体的一个部件，减速器在设计、制造和试验中占有相当重要的地位。      涡桨发动机的螺旋桨后的空气流就相当于涡轮风扇发动机的外涵道，由于螺旋桨的直径比发动机大很多，气流量也远大于内涵道，因此这种发动机实际上相当于一台超大涵道比的涡轮风扇发动机。    彩虹5无人机同样首次亮相于去年的珠海航展，但根据石文总师的介绍，该无人机已采用了国产航空重油发动机，功率约为300马力。        无人机选择发动机与任务模式和任务载荷有很大关系，不完全是技术因素。        虽然活塞机的功率曾经做到2500kW，但推进效率已经很低。发动机领域专家、中国燃气涡轮研究院总设计师黄维娜认为，未来无人机动力系统的发展趋势是低速无人机配置功率不大于100千瓦的活塞发动机，旋翼无人机配装功率不大于500千瓦的涡轴发动机，中低速无人机配装功率不大于600千瓦的涡桨发动机，中高端无人机使用涡喷/涡扇发动机，高超声速无人机配置涡轮冲压组合发动机，以使动力与平台实现更好的匹配。        因此，不同的航空发动机有不同的技术性能和经济指标。涡喷机的高空高速性能好；涡扇比涡喷省油，大涵道比涡扇就更省油；涡桨呢，比涡扇还省油30%-40%，全寿命成本可降低一半；而活塞机比涡轮机还要省油——如果活塞机用重油，彩虹-5用重油机，航时比载重效率比美军MQ-9“死神”无人机几乎多一倍。发动机的价格也是同样，一台ROTAX914的国内代理价才27万人民币，一台AL31F2000万人民币，一台F135要超过一亿人民币。       除了功率和经济性，还有一个原因，就是高度。活塞机做好了，长航时问题不大，但是高空性能还是很难上去。就是二级涡轮增压，到10000米以上也比较吃力了，NASA研制的三级增压才到24000米。而涡轮机的高空性能是活塞机比不了的。捕食者A的ROTAX914活塞机二级增压升限也就8000米左右；“死神”无人机用霍尼韦尔TP331-10T涡桨机升限16700米很轻松；捕食者C用普惠PW545B涡轮机，升限18000米+。彩虹-5从涡桨-9换重油活塞机，原来用涡桨-9能够达到14000米以上实用升限的彩虹-5，换活塞机巡航高度只有3000-5000米，实用升限7600米，高空机就改中空机了。        不只是高度，采用不同的动力，速度也会有很大差异。如安装活塞发动机的捕食者A最大时速217公里，涡桨机的“死神”无人机增大到482公里，涡扇机的掠食者无人机是740公里。我国早期的靶-5Ⅰ(“长空”-1)型无人靶机，用WP-6型涡喷发动机，时速达到850～900公里。安装涡轮发动机的无人机机在空气稀薄的高空能大流量进气，流量大，推力大，载荷就大，速度也大，而安装活塞发动机的无人机超过800公里是非常困难的。       速度快，对无人机来说有利有弊。高速对于尽快抵达目标空域自然有利，对于可能丢失的侦查目标或者对于要进行打击的移动目标，快察快打是无人机的刚需。但是如果需要在复杂战场环境仔细搜索和发现目标，或者对目标进行长时间连续监视，那么飞得太快反而可能是缺点。      航空重油发动机，在巡航时间、航程、成本、维护性这些客户最关注的需求得到了满足，那么动力改型就是合适的选择，这是一方面。另一方面，石文总师说对于国内用户，彩虹-5国内版任务载荷900-1000公斤，比出口版的480公斤高了近一倍。如果任务载荷持续增加，再用重油活塞机不用涡轮机，就会非常吃力了。       因此，从发动机类型的区别看，这两种无人机其实并无孰优孰劣的问题。如果说美国采用900马力涡桨发动机的MQ-9“死神”是典型美国肌肉皮卡，那么功率小一些的“翼龙2”就是轻型越野车，而功率更小的“彩虹5”则是更朴实的小货车了。

电力企业输电线路巡检工作中无人机的运用论文

在当前形势下，电力企业的体制改革已取得了一定的成效，供电服务范围进一步扩大，输电线路的分布也越来越广。由于各地区的自然环境具有一定的差异性，因此，采用人工方式对输电线路进行日常巡检已远远达不到要求。而采用无人机巡检可以在第一时间查明故障位置，且不会受到地形条件的影响，同时，还可以实现多角度、全方位的巡检，进而从整体上掌握输电线路的运行状况。可见，无人机的应用对于电力企业的输电线路巡检工作具有重要意义。

1 无人机的研究设计分析

当前，在输电线路巡检中，应用最为广泛的是遥控直升机和四旋翼无人机。应用无人机对输电线路进行全方位的巡视，可以迅速、准确地判断故障的发生点，大大提高巡视工作的效率。从产生和自身结构来看，无人机是先进科学技术创新研究的产物，它的形成主要涉及以下几方面。

技术方面

遥控直升机采用的是普通直升机的气动布局，一般可以携带图像采集和实时传输设备，在飞行过程中，可以将所“看”

到的各种信息通过传输设备及时传输到监控中心，从而大大提高输电设备巡视、检修工作的效率。四旋翼无人机的气动布局结构是 4 个旋翼相互对称分布。这种结构设置使其具有较高的起降能力。此外，四旋翼无人机还安装有减振云台和无线传输设备，在对输电线路进行巡检时，可以利用微型高分辨率的图像采集设备获得高清信息，并将所获信息及时传输到监控中心。

自身系统构成方面

遥控式无人机的构成主体是遥控直升机的本体。此外，遥控直升机还包括减振悬挂装置、信息采集和传输设备、地面图像的监视和操控系统等。四旋翼无人机主要由本体和地面监控站构成。

功能方面

无人机的功能分析应用遥控直升机巡检的工作流程是由人工进行遥控飞行或者悬停在输电线路的上空，而后再利用信息采集设备对线路的图像信息进行实时采集和传输；应用四旋翼无人机巡检的工作流程是在地面站的引导下，根据输电线路的布设状况进行信息的采集和传输。具体来说，分为以下几个步骤：①四旋翼无人机自主悬停于特定空间位置，而后再进行图像信息采集；②通过调节四旋翼的航向和减振云台，对图像采集设备、被检测设备的光学角度和距离进行合理调整，实现对输电线路设备图像的实时采集和传输；③根据人工操作的各项指令进行控制，而后沿输电线路进行飞行式观测和信息采集。

地面站的功能分析四旋翼无人机地面站的基本功能包括与四旋翼无人机协调进行遥控、遥测通信，对四旋翼无人机的图像信息采集位置的确定起引导作用，实时接收和整理分析无人机所获得的输电线路信息，实时操作、控制无人机的飞行状态和云台状态。

关键技术要点和创新点的分析

无人机巡检输电线路的关键技术要点和创新点主要包括以下几个：①四旋翼无人机具有自主悬停、自主导航飞行的特点，可以进行输电线路跳闸后的故障点查找，并在此基础上，构建一个完整的输电线路全过程立体式的巡检系统。②四旋翼无人机的另一个功能就是可以对输电线路起到防碰撞保护作用，用于输电线路的巡视和检测，同时，还可以对严重自然灾害下的输电线路起到保护作用，比如常见的大风、暴雨等。③地面实时监控技术和图像防抖降噪技术在输电线路巡检中的应用。无人机所配备的可见光视频可以在网络信息技术的作用下及时传输到监控中心。④对四旋翼无人机一体化设计和输电线路的快速检测系统进行优化，有效解决流线型机身的碳纤维制作工艺问题，进而解决锂电池的选型、旋翼的升力、电机的选型和空气动力等相关问题。⑤自主悬停和飞行控制系统具有自驾和手动两种工作模式。在自主悬停的状态下，无人机不仅可以通过地面站的高清录像检查线路，并保留手动模式，还可以按照既定的路线进行自主导航的飞行和巡检。

2 无人机的应用分析

实际应用效果

在输电线路的巡检中，应用无人机可以实现多角度、全方位的高空信息采集，有效降低架空输电线路巡检工作的强度，减少安全隐患，促进巡检效率和质量的提高，尤其是在恶劣的'环境中，比如在铁塔打滑时，无人机可以代替人工蹬杆和走线，进而保障了电网的安全、稳定运行。另外，应用无人机可以大大降低巡检工作的成本，为生产生活用电提供保障。

可见，无人机的应用对当前电力企业的输电线路巡检工作具有重要意义。

无人机的发展前景

无人机的发展前景可以概括为以下几点：

①在高压输电线路中，可快速、准确地查找故障点，并对存在的可疑故障点进行高效、合理的巡检，是高压输电线路稳定运行的保障。

②在输电线路具体的某个路段或局部设备中，可以快速对故障进行巡检，成本低、效率高，具有较好的安全性和技术性。

③可以智能化定点悬停在输电线路金具和绝缘子的上方进行局部检测，操作简单，从而减少人工巡检的任务量和时间，尤其是在环境条件恶劣的输电线路中，无人机的优势更为明显。

④无人机所具有的陀螺稳定可见监视器和红外线成像仪设备不仅能够对输电线路起到录像和检测的作用，实现自动巡检，还能够有效解决地形巡视困难等问题，进一步降低人工巡检的潜在危险性，提高输电线路的运行质量。

3 总结

电力在现代社会发展中发挥着重要作用，是国民经济健康、稳定发展的保障。在科技的推动下，将无人机应用于输电线路巡检中，可以大大提高输电线路的运行效率和质量，并进一步提升其运行的可靠性和稳定性。因此，电力企业要加大对无人机的应用和研究力度，提升其实际应用效果。

参考文献

[1]张永，李德波，吴翔，等。无人机巡检输电线路技术的应用与分析[J].宿州学院学报，2013,28（8）：87-88.

[2]诸葛葳。无人机巡检输电线路技术的应用探析[J].科技经济市场，2015（5）：16.

[3]周海峰。无人机巡检输电线路技术的应用与分析[J].建筑工程技术与设计，2015（18）：1238.

在能飞无人机学院学习的时候教练说过，螺旋桨带动的无人机是基于空气动力学的原理飞行的，只能在大气环境中飞行。