孫玉龍 程曉珊

摘? 要：我國作為農(nóng)業(yè)大國擁有120萬km2基本農(nóng)田，每年需要大量的農(nóng)業(yè)植保作業(yè)，近幾年無人機(jī)發(fā)展火熱，已經(jīng)研制出用于植保的無人機(jī)，農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化趨勢下，植保無人機(jī)憑借其超強(qiáng)適應(yīng)能力、高效作業(yè)能力、節(jié)省勞動(dòng)力、節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域已有良好的發(fā)展，但植保無人機(jī)在搭載植保藥箱工作時(shí)，突然起飛停止或者轉(zhuǎn)彎的情況下，藥箱內(nèi)部藥液受慣性會(huì)發(fā)生重心偏移晃蕩現(xiàn)象，對(duì)無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性有很大的影響，針對(duì)植保無人機(jī)易受藥液晃動(dòng)造成不穩(wěn)定的問題，采用水平加垂直多重隔板的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，極大增加了藥液在藥箱中晃蕩的阻力，而且極易清洗，確保無人機(jī)在飛行中的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);藥箱;液體晃動(dòng)

中圖分類號(hào)：S229? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.11974/nyyjs.20181132068

引言

隨著中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，植保無人機(jī)的使用率也逐步提升，在推廣使用過程中植保無人機(jī)的安全性與穩(wěn)定性不足的問題逐漸凸顯，其中植保無人機(jī)藥箱內(nèi)液體的晃動(dòng)是導(dǎo)致植保無人機(jī)穩(wěn)定性不足的主要原因。目前在植保無人機(jī)領(lǐng)域研究集中在噴藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)[1]、噴藥后霧滴沉淀[2]、飛行穩(wěn)定性[3]及無線遙感技術(shù)[4]等方面，而植保無人機(jī)新型藥箱的防震蕩才剛剛引起人們注意。

通過參考航空航天領(lǐng)域?qū)σ后w晃動(dòng)的研究，并將其修改到植保無人機(jī)領(lǐng)域：在植保無人機(jī)加速起飛、突然停止、轉(zhuǎn)向的情況下會(huì)引起液體中心偏移導(dǎo)致整個(gè)植保無人機(jī)重心發(fā)生偏移。在加速度的作用下，植保無人機(jī)藥箱內(nèi)的液體會(huì)對(duì)側(cè)壁產(chǎn)生沖擊力。以上因素直接影響到了整個(gè)植保無人機(jī)的整體安全性與穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)一款能夠減緩藥液震蕩的植保無人機(jī)藥箱對(duì)提升植保無人機(jī)安全性與飛行穩(wěn)定性具有重要意義。

1? ? ?研究現(xiàn)狀

目前針對(duì)植保無人機(jī)防晃藥箱的研究還處在初步階段，在一種液體防晃運(yùn)輸罐車的開發(fā)研究中，通過添加隔板和防波板能夠極大降低運(yùn)輸罐車在行駛中突然啟動(dòng)與剎車給罐體帶來的沖擊，通過封閉的隔板將液罐車罐體內(nèi)部分隔開，將其隔成2個(gè)相互獨(dú)立的單室，能夠降低液體晃動(dòng)產(chǎn)生的各種影響;防波板是邊緣制成翻邊結(jié)構(gòu)用來承受液體沖擊的，防波板下部垂直中心線方向制作出一個(gè)有利于液體流動(dòng)的半圓形孔。此設(shè)計(jì)方式有效降低了罐車在運(yùn)輸液體時(shí)產(chǎn)生的晃蕩問題，因運(yùn)輸罐車在行駛過程中慣性方向主要在水平的前后方向，而植保無人機(jī)在飛行過程中的慣性方向前后左右都會(huì)出現(xiàn)，故此種液體防晃方式應(yīng)用到植保無人機(jī)藥箱中不能起到全面的防晃作用。

在相關(guān)的專利研究中，通過安裝帶有可轉(zhuǎn)動(dòng)十字型葉片的液體防晃貯箱，可以極大降低貯箱內(nèi)液體的晃動(dòng)對(duì)貯箱產(chǎn)生的晃動(dòng)力。但十字型葉片在鉸接使用的過程中會(huì)發(fā)生磨損問題，增加了維護(hù)的周期以及使用的壽命問題。針對(duì)現(xiàn)階段的研究情況，需要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，后期維護(hù)方便，且易清洗的植保無人機(jī)防晃藥箱。

2? ? ?防晃藥箱設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)階段對(duì)液體防晃以及無人機(jī)的的研究，整合研究的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)植保無人機(jī)藥箱進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化，箱體的內(nèi)部為存儲(chǔ)藥液的空腔，箱體的上部設(shè)置有注藥口，箱體的下端設(shè)置有倒錐形出藥口，箱體內(nèi)部設(shè)置有多層水平隔板，每個(gè)水平隔板上均勻開設(shè)有用于降低藥液垂直方向運(yùn)動(dòng)的阻尼小孔，水平隔板的一端交錯(cuò)開設(shè)便于上部的藥液快速進(jìn)入下部的進(jìn)液口，水平隔板下表面的進(jìn)液口兩側(cè)分別固定有大十字格柵和小十字格柵，相鄰兩水平隔板按照進(jìn)液口錯(cuò)開的形式布置，箱體的一端設(shè)置有水平隔板插。

通過在箱體中設(shè)置多層水平隔板，使箱體中的藥液在不同液位下，由于水平隔板的存在降低藥液垂直方向上的晃動(dòng)，由于水平隔板上阻尼小孔的存在，有效釋放掉濺起藥液上移的動(dòng)能，在植保無人機(jī)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了藥液在箱體中不發(fā)生或基本不發(fā)生較大的垂直方向上的移動(dòng)。通過在水平隔板的下方設(shè)置大小十字格柵，降低了無人機(jī)在水平運(yùn)動(dòng)時(shí)藥液的橫向移動(dòng)帶來的重心偏移，相鄰隔板采用進(jìn)液口交錯(cuò)設(shè)置，也有利于分解藥液晃動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。

3? ? ?總結(jié)

本發(fā)明的植保無人機(jī)藥箱，結(jié)構(gòu)簡單合理，通過水平隔板、十字格柵的阻擋作用以及阻尼小孔的吸能作用，可有效降低藥液在垂直方向和水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，確保了植保無人機(jī)的穩(wěn)定飛行，便于進(jìn)行高效噴灑藥液。

參考文獻(xiàn)

[1]張東彥，蘭玉彬，陳立平，等.中國農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)研究進(jìn)展與展望[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45（10）：53-59.

[2]王瀟楠，何雄奎，王昌陵，等.油動(dòng)單旋翼植保無人機(jī)霧滴飄移分布特性[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33（1）：117-123.

[3]張昆，張鐵民，廖貽泳，等.基于Labview的遙控?zé)o人機(jī)操控測試系統(tǒng)（英文）[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（S2）：11-16.

[4] 劉建剛，趙春江，楊貴軍，等.無人機(jī)遙感解析田間作物表型信息研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（24）：98-106.