李繼宇，周志艷，胡煉，等

農(nóng)業(yè)工程

單旋翼電動(dòng)無(wú)人直升機(jī)輔助授粉作業(yè)參數(shù)優(yōu)選

李繼宇，周志艷，胡煉，等

目的：不同類型的農(nóng)用無(wú)人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)不同，旋翼所產(chǎn)生氣流到達(dá)作物冠層后形成的風(fēng)場(chǎng)也有較大的差異，對(duì)應(yīng)的風(fēng)速、風(fēng)向和風(fēng)場(chǎng)寬度等參數(shù)對(duì)雜交水稻花粉的運(yùn)送直接影響到授粉的效果（母本結(jié)實(shí)率）、作業(yè)效率及經(jīng)濟(jì)效益。因此，需要針對(duì)不同的機(jī)型參數(shù)（翼展、軸距、旋翼個(gè)數(shù)及布局、飛機(jī)及負(fù)載質(zhì)量等），決策出較佳（效率較高、作業(yè)成本較低）的飛行作業(yè)參數(shù)（包括飛行高度、飛行速度、作業(yè)航向、有效負(fù)載等），同時(shí)又能較好地滿足輔助授粉生產(chǎn)的需要（保證母本結(jié)實(shí)率）。該文采用正交試驗(yàn)，對(duì)單軸單旋翼電動(dòng)無(wú)人直升機(jī)用于水稻制種輔助授粉的田間作業(yè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選。方法：采用單軸單旋翼電動(dòng)無(wú)人直升機(jī)的代表機(jī)型用于測(cè)試試驗(yàn)研究，根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)了3因素3水平的正交試驗(yàn)（其中因素A為飛機(jī)及負(fù)載質(zhì)量：A1（12.05 kg）、A2（13.05 kg）、A3（14.05 kg），因素B為飛行相對(duì)高度：B1（1.59 m）、B2（1.93 m）、B3（2.41 m），因素C為飛行速度：C1（1.56 m/s）、C2（3.05 m/s）、C3（4.53 m/s）），考察平行于飛行方向（X向）、垂直于飛行方向（Y向）、垂直地面（Z向）3個(gè)方向上的峰值風(fēng)速（X、Y向越大越好，Z向越小越好）、Y向風(fēng)場(chǎng)寬度（越寬越好）、動(dòng)力電池的壓降（放電越慢越好）3個(gè)指標(biāo)。試驗(yàn)場(chǎng)地位于海南省三亞市樂(lè)東縣黃流鎮(zhèn)隆平種業(yè)公司雜交水稻繁育基地，水稻正處于始穗期，試驗(yàn)時(shí)平均株高約為50 cm。數(shù)據(jù)采集設(shè)備為風(fēng)場(chǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)，包括按線陣方式布置的10個(gè)風(fēng)速傳感器無(wú)線測(cè)量節(jié)點(diǎn)（WWSS），可同步采集水稻冠層風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)及飛行器的位姿數(shù)據(jù)；考察風(fēng)場(chǎng)寬度的適宜風(fēng)速定義為花粉懸浮的參考速度，即：風(fēng)場(chǎng)寬度是指以飛機(jī)航線與WWSS線陣交點(diǎn)為原點(diǎn)，峰值風(fēng)速＞1 m/s的WWSS 節(jié)點(diǎn)所覆蓋的寬度。對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行異常樣本剔除和自然風(fēng)干擾處理后，進(jìn)行正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析和基于綜合評(píng)分法的田間作業(yè)參數(shù)評(píng)價(jià)和優(yōu)選。結(jié)果：不考察因素間的交互作用，每個(gè)飛行條件按照去向與回向重復(fù)2次，按照數(shù)據(jù)預(yù)處理規(guī)則處理后共獲得試驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)18個(gè)。峰值風(fēng)速試驗(yàn)結(jié)果：X向最大值對(duì)應(yīng)6號(hào)8.2 m/s，X向最小值對(duì)應(yīng)3號(hào)和4號(hào)均為2.4 m/s，Y向最大值對(duì)應(yīng)6號(hào)和8號(hào)7.5 m/s，Y向最小值對(duì)應(yīng)3號(hào)2.2 m/s；峰值風(fēng)速的極差分析結(jié)果顯示，飛機(jī)及負(fù)載質(zhì)量較優(yōu)水平均為A3（14.05 kg），速度較優(yōu)水平均為C1（1.56 m/s），而高度的較優(yōu)水平對(duì)于X向風(fēng)速是B2（1.93 m），對(duì)于Y向較優(yōu)值為B1（1.59 m），影響3向風(fēng)速峰值的主次因素排序?yàn)镃（飛行速度）、A（飛機(jī)及負(fù)載質(zhì)量）、B（飛行高度）。Y向風(fēng)場(chǎng)寬度（峰值風(fēng)速＞1 m/s時(shí)WWSS所覆蓋的寬度）試驗(yàn)結(jié)果：最大值對(duì)應(yīng)8號(hào)8.1 m，最小值為4號(hào)4.9 m；Y向風(fēng)場(chǎng)寬度極差分析結(jié)果顯示，各因素較優(yōu)水平為A1（12.05 kg）、B2（1.93 m）、C1（1.56 m/s），影響Y向風(fēng)場(chǎng)寬度的主次因素排序?yàn)镃、A、B，此結(jié)果與峰值風(fēng)速極差分析結(jié)果保持一致。為進(jìn)一步從極差分析結(jié)果中優(yōu)選出較佳的作業(yè)參數(shù)，采用綜合評(píng)分法結(jié)合電池壓降對(duì)該機(jī)型作業(yè)參數(shù)進(jìn)一步分析評(píng)價(jià)，通過(guò)式Pi=(X×L×0.4+Yi×L×0.4+(1/Zi)×L×0.2)×0.5+Di×L×0.5（P：綜合評(píng)分值，i：試驗(yàn)號(hào)，L：當(dāng)次試驗(yàn)電壓降，Xi：X向峰值風(fēng)速值，Yi：Y向峰值風(fēng)速值，Zi：Z向峰值風(fēng)速值，Di：Y向風(fēng)場(chǎng)寬度值）計(jì)算出綜合評(píng)分分?jǐn)?shù)最高值為8號(hào)試驗(yàn)，分?jǐn)?shù)值為12.82，最低值為3號(hào)試驗(yàn)，分?jǐn)?shù)值為6.04。結(jié)論：SCAU-2型單軸單旋翼電動(dòng)無(wú)人機(jī)在峰值風(fēng)速＞1 m/s時(shí)對(duì)應(yīng)的水稻冠層有效風(fēng)場(chǎng)最寬可達(dá)8.1 m，最窄為4.9 m，該機(jī)型在所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)條件下基本能滿足傳播花粉的需求；該機(jī)型在水稻冠層所形成風(fēng)場(chǎng)的峰值風(fēng)速主要受飛機(jī)的飛行速度、飛機(jī)及負(fù)載質(zhì)量、飛行高度影響，且隨著飛行速度的降低、飛機(jī)及負(fù)載質(zhì)量的增加、飛行高度的降低，其峰值風(fēng)速有逐步增大的趨勢(shì)。結(jié)合有效風(fēng)場(chǎng)寬度及電池電量消耗程度來(lái)考量，3種主要因素的主次排序及其較優(yōu)水平依次為飛行速度1.56 m/s、飛機(jī)及負(fù)載質(zhì)量14.05 kg和飛行高度1.93 m。該結(jié)果可為其他單軸單旋翼電動(dòng)無(wú)人直升機(jī)用于水稻制種輔助授粉的田間作業(yè)參數(shù)設(shè)置提供參考，而且也可為制定基于農(nóng)用無(wú)人直升機(jī)的水稻制種輔助授粉作業(yè)技術(shù)規(guī)范提供依據(jù)。

來(lái)源出版物：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2014, 30(10)： 43025

入選年份：2014

編輯：張寧寧