(广西电网有限责任公司崇左供电局532200)
摘要：无人机是一种由无线电遥控没备或自身程序控制装置操控的无人驾驶飞行器，无人机最早出现主要用于军事方面，目前美国、德国、瑞典、加拿大等多个国家均展开了无人机技术的研究。多旋翼无人机和无人直升机，虽然没有固定翼无人机那么快的巡航速度，但由于其能垂直起降、空中悬停、低速近距拍摄、在空中任意回转、具有较好的抗风能力、成本低、风险小、反应快速、机动性能好等优点。本文将主要探讨无人机高空撒药装置的原理设计与应用。
关键词：无人机；高空撒药装置；原理设计
1引言
输电线路部分杆塔坐落在悬崖峭壁边上。在线路维护过程中，发现有些悬崖峭壁上的杂树杂草与线路安全距离已经达到重大隐患等级。为及时消除线路隐患，工作人员需要对这些杂树杂草进行处理。在处理过程中，人员需攀登至隐患点处，存在人员坠落风险。为避免人员发生坠落意外，项目人员设计利用多旋翼无人机撒药装置可以投放固体颗粒药剂，从而控制杂树杂草长势。该装置通过人员操作控制器，控制电机档位行程，可以控制投放的药量。再加上小底开口的不同与电机连接的塑料薄片的不同，可以投放多种类型固体药剂[1]。
2无人机高空撒药的背景分析
随着电网的日益扩大，巡线的工作量也日益加大，100km的巡线工作需要20个巡线人员工作一天才能完成。因此传统的巡线方式已经满足不了现代电力系统的广泛需求。传统巡线方式面临的困难有：劳动强度大、工作条件艰苦，而且劳动效率低，遇到电网紧急故障和异常气候条件下，线路维护人员巡线更加困难[2]。
巡检输电线路的目的主要是为了掌握线路的运行状况和沿线的环境情况，及时发现威胁或影响线路安全运行的隐患，为线路检修提供依据，输电线路常绵延数百甚至上千公里，跨越高山峻岭，且沿线地形复杂，常规的地面巡线不仅工作强度大、效率低，并且巡视的效果受到多方面的制约，不能完全满足安全可靠运行的要求。
作为固体颗粒药剂投放终端的无人飞行器必须具备险情预警、自我检修的功能，以适应复杂飞行环境。机身结构应高度一体化，具备防水、防雷、抗风、抗摔、抗磁的性能。无人机自身重量是影响其续航能力和尺寸的主要因素，同时其动力系统在整机重量中占了很大比例。在机身材料的选择上，在保证强度、刚度稳定性的前提下，应优先选择重量轻的材料。在飞行器重量相同时，其尺寸与速度、能耗成反比，因此在进行飞行器设计时应进行系统的最优化设计，确保飞行稳定的同时，应考虑机身的受到的空气阻力作用和能耗之间的关系。
3无人机高空撒药装置设计的原理
3.1机械部分
原理说明：1）项目人员将药箱设计为倒圆锥型，大底朝上，小底朝下，粉剂以及颗粒型药剂可以通过重力的作用往下沉。药箱大底有开口放置药剂。药箱小底设计成可以更换的圆形、方形硬塑料片，塑料片上设置开口。2）通过电机连接一根贯穿药箱轴线的支杆，支杆末端连接有一个可以薄硬塑料片，塑料薄片基本与小底贴合。3）当塑料片挡住小底开口时，可以阻止粉剂以及颗粒型药剂往下投放。通过小底开口的不同与电机连接的塑料薄片的不同，可以投撒粉剂以及颗粒型药剂，或者其他形状药剂。4）设定电机档位（关—小—大），可以控制投放的药量。5）在一些定点投放药剂的地方，可以在小口加装一根引导管，控制药的流动方向。
图1无人机高空撒药装置的原理图
3.2控制部分
飞行器的自身成本较高，应用于商业领域，在设计时必须考虑到其使用率。四旋翼飞行器的多采用充电电池供电，但是电池充电过程需要很长的时间，这是影响飞行器使用率的主要因素。快速充电技术和无线充电技术已处于实际应用阶段，将这两项技术应用飞行器，随着技术的发展成熟，飞行器的使用率会得到提高。飞行器需要具备全面的环境感知能力和学习适应能力，以完成在复杂条件下的自主导航任务。通信、协调、目标识别、分配与应急处理是建立自主飞行系统的关键。为保证无人机通信系统稳定安全，应建立其专有通信网，采用数字加密信号进行通信。同时，飞行器应具有至少2种通信方式，在专有通信网发生故障时，可以紧急调用民用4G通信网络来确保飞行器的安全运行。在飞行器的工作区域建立由监测基站组成的监测网，由调度中心统一进行数据处理，再把飞行指令传送到飞行器，使各个飞行器的飞行路线互不干扰。飞行器应装置“黑匣子”，收集飞行数据。调度中心定期对飞行数据分析处理，建立云数据库。飞行器在遇到紧急情况时，把现场数据传回调度中心，通过和云数据库数据比对分析，做出最佳应急反应。通过这种循环学习的模式，飞行器会随着飞行时间的增长和飞行环境的增多而变得更加智能。四旋翼飞行器高灵活度、控制简单、起降要求低、维护成本低的优点，能安全、高效、迅速地投放固体颗粒药剂。
4无人机高空撒药装置设计的创新点
（1）全国首创第一家用无人机作为固体颗粒除草剂撒放载体的装置。（2）结合单片机与大力行程电机的优点，制作成以遥控器控制单片机进而控制电机把控投放速度以及投放量。
5无人机高空撒药装置的推广应用
目前各地均有大批操作多旋翼无人机的飞手，并且熟悉无人机操作，该装置研发完成后以无人机为载体控制投放位置，有良好的技术环境。该项目主要在于投放装置，只要稍微改动装置的挂载方式便可应用于无人机上。
结论
目前，四旋翼飞行器民用领域主要应用于航拍和地面测量。随着新材料、电池和导航技术的发展，四旋翼飞行器在民用领域将有着更广阔的应用。飞行器和飞行系统本身具有很大的拓展空间，其潜在的社会和经济价值巨大。例如，可以建立城市无人机安保系统，安保飞行器和固体颗粒药剂飞行器共用通信和导航系统，政府和多家企业合资建设基础设施，这样的整合能缓解在前期基础设施建设上的资金压力。现有技术完全能支持该系统的建立。以“大疆”为代表的民用无人机企业在技术上已经处于全球领先地位，同时我国在军用无人机制造上也有技术沉淀，这为无人机固体颗粒药剂系统建设创造了客观条件。民用四旋翼飞行器主要运用于输电线路领域，面向对象窄，经济附加值不高，这限制了其市场需求。无人机广泛应用输电线路领域，能促进国家的高新技术的发展，创造就业岗位，从而推动国家经济建设。
参考文献
[1]张强，祝小平，周洲，王伟.高空长航时飞翼布局无人机静气动弹性研究[J].飞行力学，2016，01：40-45.
[2]梁振欣，田程建，王召广.低压转子分出功率对高空长航时无人机发动机的影响[J].航空动力学报，2016，05：1219-1225.
作者简介
杨钦,男,1990,专科,助工。
廖伟宁,男,1975,本科,助工。
叶杨熙,男,1990,本科,助工。
李卓鹏,男,1992,本科,助工。