随着风电市场的逐渐成熟，大型风力发电机组相继出现，叶片长度也由原来的30~40m增加至60~70m。风电机组的生命周期是20年，叶片长度的增长和叶片重量的增加给叶片的运行维护带来了挑战。现在传统的叶片巡检手段是望远镜观察和绳索垂降人工巡检。传统的叶片巡检有以下缺点：(1)巡检效率低，工人劳动强度大;(2)高空作业，巡检成本高;(3)巡检时间长，停机发电量损失大。
无人机(UnmannedAerialVehicle，UAV)或称无人飞机系统(UnmannedAir原craftSystem，UAS)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机技术是世界范围内热门的研究领域，近年来随着复合材料、动力系统、传感器、尤其是飞行控制等技术的飞速发展，无人机性能不断提高，无人机正逐步代替有人机开展部分空中侦查、监控、通信、勘测等任务。
图1 RQ-170野哨兵冶无人机
1.无人机分类及特点
1.1无人机分类
无人机按照飞行原理和结构进行分类，可以大致分为固定翼无人机和旋翼无人机两大类。固定翼无人机通过固定式的机翼产生升力，外形与传统的固定翼载人飞机类似，如图1所示。旋翼无人机通过旋转的
桨叶提供升力，通过桨叶旋转面的倾斜产生水平运动。这类无人机具有垂直起降能力，提高了起降场地的适应性，如图2，图3，图4所示。
图2 AIRKEY无人直升机
图3 大疆inspire-1
图4 RQ-16涵道式无人机
1.2无人机特点对比
相比于旋翼无人机复杂的机械结构，固定翼无人机的任务载荷更高，飞行时间更长。旋翼无人机由于可以悬停和低速飞行，因此近距离、低速运动或者长时间保持同一视角的观测任务需要使用旋翼无人机完成。各类无人机的特点对比如表1。
2.多旋翼无人机
多旋翼无人机由于具备悬停和低速飞行能力，并且以其操控简易，维修方便，经济性好的特点，本文主要以多旋翼无人机作为研究重点。
多旋翼无人机主要由动力系统、主体结构、控制系统、辅助设备组成，具体如图5所示。
图5 多旋翼无人机的组成
在多旋翼无人机的研究方面，关键技术为：1、数学模型的建立;2、能源供给系统;3、飞行控制算法;4、自主导航智能飞行。针对工业化应用领域，多旋翼无人机应该主要考虑的是：1、安全性;2、稳定性;3、维护及扩展性;4、工作效率;、负载。
表 各类无人机的特点
3.无人机风电叶片巡检
随着无人机技术的发展，无人机开始在国内应用到包括农业、电力石油、检灾、林业、气象、国土资源、警用、海洋水利、测绘、城市规划等多个行业，特别是农林植保和电力巡线两个领域，无人机应用进入了快速发展期。
2001年开始国网公司开始应用直升机进行电力巡线。2012年国家能源局颁布了《DLT288-2012架空输电线路直升机巡视技术导则》。2013年3月，国家电网公司出台《国家电网公司输电线路直升机、无人机和人工协同巡检模式试点工作方案》，明确要求在2015年建立直升机、无人机和人工巡检相互协同的新型巡检模式。2014年6月，中国电力企业联合会标准化中心对外发布名为《架空输电线路无人机巡检作业技术导则》的电力行业标准草案，公开征求意见。
3.1叶片故障种类
风力发电叶片一般安装于偏远的地区，运行环境恶劣，如较大的风沙侵袭，-30益至50益的循环温差，以及强紫外光的老化等，在运行过程中
现场叶片的主要故障种类如下：雷击损伤院虽然叶片有防雷系统，但根据国内外统计每年遭遇雷击的叶片有10%左右。雷击将导致叶片损伤，严重时直接造成叶片的报废，不可恢复。
叶片结冰院在南方湿度较大的地区，冬季容易结冰，比如云贵冬季的时候冰冻现象非常频繁，冰冻之后整体机组载荷会急速上升。
前缘腐蚀院 前缘腐蚀一般发生在沿海的风电机组。前缘腐蚀不仅使机组的效率急剧降低，同时会造成叶片的振动和载荷增加。
整体结构失效院整体结构失效的表现形式为叶片折断。原因大部分是由于叶片主梁的制造工艺缺陷造成，也有雷击和设计原因造成的。
叶尖排水孔堵塞院叶片受污染后，叶尖排水孔会堵塞影响叶片排水，而且会造成叶片的噪音。
边缘开裂
涂层脱落
螺栓断裂掉落院叶根螺栓断裂导致叶片掉落损毁。
3.2叶片故障巡检方式
针对风电机组叶片的故障形式，现在现场叶片故障巡检方式主要为目测检查，形式上主要分为高倍望远镜检查、高空绕行下降目测检查(“蜘蛛人”)、叶片维修平台检查。
目测检查是对叶片表面故障最直接、有效的检测方法。对于非表面故障，目测检测并不能提供太多帮助。对于较小对表面损伤，用高倍望远镜检查不容易发现故障。蜘蛛人和叶片维修平台检查是比较彻底的表面检查，缺点是检测时间长、费用高、效率低，不适合进行日常巡检。
应用无人机对风电机组叶片进行检测已经在国外开展起来。德国的Inspec原Tools及Height等多家公司都开发了相应的无人机检测系统，都是基于现在流行的多旋翼飞行器所研发的无人机检测平台。
3.3无人机叶片巡检特点
分布式巡检。
风力发电是一种分布式发电，机组在风电场呈离散分布，无人机对风电机组叶片监测不需要连续进行，所以对无人机的单次续航时间要求不高。
立体式观测
对叶片的观测涉及到迎风面、背风面、叶片前缘、叶片后缘，由于叶片薄厚不均，而且叶片表面为曲面，在观测时需进行立体式观测，由此对无人机的操控有一定要求，观测时间将增长。
注重成像清晰度
对叶片的观测主要是对表面质量进行观察分析，尤其是进行砂眼排查和横向裂纹观察，对无人机的成像要求较高。无人机的成像主要由其云台稳定性、成像设的摄影摄像能力要求较高。如果要进行高清晰度的观测，对天气的可见度要好，风速越低越好。
3.4现场应用
有鉴于风电叶片检测的特点，本文选择了多旋翼无人机为试验对象。多旋翼无人机为垂直起落无人机，支持悬停，操作简单，维护成本低，检测费用低。本文选择了大疆筋斗云S1000系列和零度High原One系列进行了现场巡检测试。
3.4.1大疆筋斗云S1000筋斗云S1000是一款八旋翼无人机，大疆无人机中的专业级航拍飞行平台，此次检测搭配了佳能的5DIII相机。
本次测试时间为2015年4月1日，地点在山东滨海风电场，检测机型为联合动力UP1500机组，被检测机组为二期33#机组，现场温度6毅，风速9~11m/s，能见度一般，检测一支叶片平均时间为5min，起飞重量约9kg，飞行最高高度125m，无人机的续航时间为15min。
图6 大疆筋斗云S1000
试验表明，筋斗云S1000的稳定好，在9m/s的大风中影像的成像效果清晰，由于加载的是佳能5DIII，起飞重量较重，影响了续航时间。此次测试相机加载的是定焦距镜头无法进行光学变焦，如采用长焦距变焦镜头会更有利于叶片的细节检测。
3.4.2零度智控HighOne
HighOne是一款大型四旋翼无人机，在安全性方面，既有双余度飞行控制系统，又有安全降落伞。此次测试中，搭载了松下的GH3相机和定焦镜头。
图7 S1000实际观察效果
图8 零度智控HighOne
图1 RQ-170野哨兵冶无人机
本次测试时间为2015年4月9日，地点在北京未来科技城，检测机型为联合动力UP1500机组，现场温度15毅，风速3m/s，能见度良，检测一支叶片平均时间为5min，起飞重量约6kg，飞行最高高度125m，无人机的续航时间为20min。
图9 HighOne实际观察效果
试验表明，零度HighOne的稳定好，影像的成像效果较为清晰，由于加载的是松下的GH3，相比佳能5D3成像质量上稍有差距，机组的续航时间要优于S1000。
通过试验证明了多旋翼无人机在风电叶片故障巡检中能够完成目测检查分析的任务，即便在风速为10m/s无人机仍然保持了相当的稳定性。综上所述，无人机应用到风电叶片巡检中能够弥补使用高倍望远镜观测所达不到的精细化程度，基本能够达到蜘蛛人的效果。不过如果叶片表面污染严重或者灰尘堆积则会影响检测结果。无人机应用到叶片巡检当中能够极大增加叶片目视检测的效率，减小停机损失。
旋翼无人机由于具备悬停和低速飞行能力，适合进行风电机叶片巡检。多旋翼无人机以其操控简易，维修方便，经济性好，适合作为风电叶片巡检的主力工具。
原标题：无人机风电叶片巡检平台选型及应用
