CN103910061A - 一种气助式大幅宽植保无人直升机及其作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气助式大幅宽植保无人直升机及其作业方法，包括安装在无人直升机上的气助风筒装置、支撑架、蓄电池、电动隔膜泵、药箱和分布有喷头的可折叠喷杆。所述的可折叠喷杆分为中间主喷杆和两侧的第一幅喷杆和第二幅喷杆。无人机形成的下洗气流通过锥形管道结构加速，高速气流流过竖直扁柱型风管，再进入水平扁锥型风管；高速气流在喷杆幅宽上形成风速向下均匀分布的风幕，风幕对喷头雾化的雾滴起到加速、夹带和二次雾化作用。本发明通过增加喷杆的工作幅宽，在无人直升机载药液量不变的情况下，提高施药速率，缩短作业时间，提高施药效率，降低无人直升机的功率消耗。

Description

一种气助式大幅宽植保无人直升机及其作业方法

技术领域

本发明涉及农用航空植保领域，尤其涉及一种农林业植保的气助式大幅宽施药无人植保机及其作业方法，以提高施药效率，增加雾滴防漂性能和均匀沉积性能。

背景技术

植保遥控无人直升机主要是针对大面积森林或农田的粮食或经济作物进行施药作业，具有高速旋转旋翼产生的高速下洗气流能对喷头喷射出的雾滴实现二次雾化，提高对雾滴的夹带能力，以提高药液的穿透性，对病虫草害防治效果良好等诸多优点，并且可以远距离遥控操作，使遥操作人员避免了暴露于农药雾滴中，提高了施药安全性。遥控无人直升机己成为农林业植保的趋势。

无人直升机施药时，需稳定在距离作物3-5米的高空上平稳低速飞行并喷洒农药，其施药装置主要是在机身偏下方布置的具有一定幅宽的喷杆上安装有雾化喷头。在其实际作业时，无人直升机的旋翼长度决定了旋翼高速旋转产生的下洗气流的作用范围，当喷药幅宽超过旋翼长度时，下洗气流不仅对雾滴的二次雾化和夹带作用消失，此时的雾滴容易受自然气流的影响出现飘失现象，而且下洗气流形成的气流场容易产生负压区将气流场外部的雾滴吸入。因此植保无人直升机的作业幅宽受到了限制，从而限制了其作业效率。

发明内容

针对现有植保直升机受工作幅宽小，施药效率低的问题，本发明提供了一种能实现大幅宽施药作业的气助式植保无人直升机及其作业方法，提高作业效率和施药效果。

本发明的一种气助式大幅宽植保无人直升机所采用的技术方案：包括安装在无人直升机上的气助风筒装置、支撑架、蓄电池、电动隔膜泵、药箱和分布有喷头的可折叠喷杆。所述的可折叠喷杆分为中间主喷杆和两侧的第一幅喷杆和第二幅喷杆。所述的支撑架安装在无人直升机的起落架上，蓄电池、电动隔膜泵、药箱与中间主喷杆固定在支撑架上；药箱通过药液软管依次与电动隔膜泵和可折叠喷杆的各喷头连接。蓄电池为电动隔膜泵提供电源。所述的无人直升机还包括遥控装置，可通过控制通道控制电动隔膜泵的开关。

所述的气助风筒装置包括集流支撑架和集风导流风筒。无人直升机两侧各设有一个集流支撑架和一个集风导流风筒；所述集流支撑架的一端固定于无人直升机的同侧机身的上部，另一端固定在中间主喷杆之上；所述的集风导流风筒由依次连接的集流腔、气流连接部、竖直扁柱型风管、气流过渡部和水平扁锥型风管构成；每侧集风导流风筒的集流腔固定在与其对应一侧的集流支撑架上；所述的气流连接部、竖直扁柱型风管、气流过渡部和水平扁锥型风管依次由内向外水平固定于对应一侧的可折叠喷杆上；所述的竖直扁柱型风管和水平扁锥型风管的下部均匀分布有出风口且出风口分别对应位于所述的每个喷头的正上方。

所述的集流腔呈圆锥台形状，大开口位于上方，且大开口位于旋翼正下方并与旋翼垂直距离30cm﹣100cm，集流腔用于收集旋翼高速旋转产生的部分高速下洗气流。所述的竖直扁柱型风管的横断面采用椭圆形状，横断面的椭圆长轴与地面垂直布置，减小迎风面积，以降低对下洗气流的阻挡，竖直扁柱型风管内部等距离横断面布置有椭圆短轴方向拉紧的绳索，使其充满气流时能保持竖直扁柱外形。所述的水平扁锥型风管的横断面采用椭圆形状，横断面的椭圆长轴与地面水平布置，水平扁锥型风管内部等距离横断面布置有椭圆短轴方向拉紧的绳索，使其充满气流时能保持水平扁锥外形，以减小无人直升机在平飞时的风阻，水平扁锥型风管尾部逐渐变细，以利于出风口的风速均匀。所述的可折叠喷杆分为五段，每侧第一喷杆向机尾方向90度折叠后布置在机身方向，第二喷杆可180度向机尾方向折叠后仍布置在机身方向。

所述的集流腔收集无人直升机旋翼形成的部分下洗气流并通过其锥形管道结构加速，形成的高速气流经气流连接部流过竖直扁柱型风管，再经过气流过渡部进入水平扁锥型风管；集风导流风筒内的高速气流从出风口吹出，在喷杆幅宽上形成风速向下均匀分布的风幕，风幕对喷头雾化的雾滴起到加速、夹带和二次雾化作用。

本发明的一种气助式大幅宽植保无人直升机的作业方法，包括如下步骤：

1﹚将植保无人直升机运输至作业区后，手动展开折叠喷杆至直线型并锁紧，此时固定在喷杆上的集风导流风筒处于完全收缩状态；

2）启动植保无人直升机，高速转动的旋翼产生的高速下洗气流经集流腔收集后，在集风导流风筒内冲入高速气流，使集风导流风筒膨胀，并在其下方形成风幕，遥控植保无人直升机至工作区域，稳定在合适的工作高度后，遥控启动电动隔膜泵，开始施药工作，遥控植保无人直升机遍历整个喷雾区域；

3）待田间施药作业完成后，遥控关闭电动隔膜泵，并将植保无人直升机遥控落地，关闭植保无人直升机引擎，集风导流风筒收缩，手动将喷杆折叠并锁紧。

本发明一种气助式大幅宽植保无人直升机的有益效果是：

1）通过集风导流风筒形成的均匀向下的风幕，使得无人直升机大幅宽喷杆成为可能，增加喷杆的工作幅宽，在无人直升机载药液量不变的情况下，提高施药速率，缩短作业时间，提高施药效率，降低无人直升机的功率消耗。

2）均匀向下的大幅宽风幕能提高对雾滴加速、二次雾化和夹带能力，减少农药在空中的飘移损失量。

3）通过集风导流风筒对旋转旋翼在机身周围产生的高速下洗气流的收集，实现能量的再利用，达到环保节能的效果。

附图说明

图1为本发明工作状态时的机械结构安装示意图正视图。

图2为本发明工作状态时的机械结构安装示意图侧视图。

图3为本发明工作状态时的机械结构安装示意图仰视图。

图4为本发明工作状态时的集流腔图。

图5为本发明非工作状态时的机械结构安装示意图。

图中:1、无人直升机2、支撑架3、蓄电池4、电动隔膜泵5、药箱、6、中间主喷杆7、集流支撑架8、集流腔9、气流连接部10、竖直扁柱型风管11、气流过渡部12、水平扁锥型风管13、桁架14、喷头15、旋翼16、药液软管17、出风口18、起落架19、第一幅喷杆20、第二幅喷杆

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

图1、2、3为导流气助式大幅宽植保无人直升机机械结构三视图。

所述的支撑架（2）固定到无人直升机（1）的起落架（18）上，蓄电池（3）、电动隔膜泵（4）、药箱（5）与中间主喷杆（6）固定在支撑架（2）上；药箱（5）通过药液软管（16）依次连接至电动隔膜泵（4）、中间主喷杆（6）、第一幅喷杆（19）、第二幅喷杆（20），最后经各喷杆到达各个喷头（14）。蓄电池（3）接入电动隔膜泵（4）。所述的无人直升机（1）还包括遥控装置，可通过控制通道控制电动隔膜泵（4）的开关。

所述的气助风筒装置包括集流支撑架（7）和集风导流风筒。无人直升机（1）两侧各设有一个集流支撑架（7）和一个集风导流风筒；所述的集流支撑架（7）的一端固定于无人直升机（1）的两侧机身的上部，另一端固定在中间主喷杆之上。所述的集风导流风筒的集流腔（8）固定在所在侧的集流支撑架（7）上。所述的各侧集风导流风筒的其他部分水平固定于所在侧喷杆上。

本实施例中，工作状态下展开的喷杆幅宽为12m，非工作状态时喷杆可折叠，此时幅宽为4m。其中支撑架（2）、可折叠喷杆、集流支撑架（7）、桁架（13）、起落架（18）拟采用碳纤维或轻质合金材料。

图4为集风导流风筒。所述的集风导流风筒由依次连接的集流腔（8）、气流连接部（9）、竖直扁柱型风管（10）、气流过渡部（11）和水平扁锥型风管（12）构成。所述的集风导流风筒将无人直升机（1）旋翼形成的部分下洗气流经集流腔（8）收集并通过锥形管道加速，形成的高速气流经气流连接部（9）流过竖直扁柱型风管（10），再经过气流过渡部（11）进入水平扁锥型风管（12），在竖直扁柱型风管（11）和水平扁锥型风管（12）的下部均匀分布有出风口（17），故集风导流风筒内的高速气流从出风口（17）吹出，在喷杆幅宽上形成风速向下均匀分布的风幕，风幕对喷头雾化的雾滴起到加速、夹带和二次雾化作用。所述的集风导流风筒由轻质涤纶、聚脂纤维或麦拉等人造材料织成。所述的集流腔（8）呈圆锥台形状，大开口位于上方，且大开口位于旋翼正下方并与旋翼垂直距离30cm﹣100cm，集流腔用于收集旋翼高速旋转产生的部分高速下洗气流。所述的竖直扁柱型风管（10）的横断面采用椭圆形状，横断面的椭圆长轴与地面垂直布置，减小迎风面积，以降低对下洗气流的阻挡，竖直扁柱型风管（10）内部等距离横断面布置有椭圆短轴方向拉紧的绳索，使其充满气流时能保持竖直扁柱外形。所述的水平扁锥型风管（12）的横断面采用椭圆形状，横断面的椭圆长轴与地面水平布置，水平扁锥型风管（12）内部等距离横断面布置有椭圆短轴方向拉紧的绳索，使其充满气流时能保持水平扁锥外形，以减小无人直升机（1）在平飞时的风阻，水平扁锥型风管（12）尾部逐渐变细，以利于出风口的风速均匀。

图5为气助式大幅宽植保无人直升机非工作状态时的喷杆折叠状态，所述的可折叠喷杆分为五段，则单侧第一喷杆（19）向机身方向90度折叠后布置在机身方向，第二喷杆（20）可180度折叠后仍布置在机身方向，这样可以减少机体的横向尺寸，便于运输。优选的，所述集风导流风筒的出风口（17）布置在喷头（14）的正上方。

本发明的一种气助式大幅宽植保无人直升机的作业方法，包括如下步骤：

1﹚将植保无人直升机（1）运输至作业区后，手动展开可折叠喷杆至直线型并锁紧，此时固定在喷杆上的集风导流风筒处于完全收缩状态；

2）启动植保无人直升机（1），高速转动的旋翼（15）产生的高速下洗气流经集流腔（8）收集后，在集风导流风筒内冲入高速气流，使集风导流风筒膨胀，并在其下方形成风幕，遥控植保无（1）人直升机至工作区域，稳定在合适的工作高度后，遥控启动电动隔膜泵（4），开始施药工作，遥控植保无人直升机（1）遍历整个喷雾区域。

3）待田间施药作业完成后，遥控关闭电动隔膜泵（4），并将植保无人直升机（1）遥控落地，关闭植保无人直升机引擎，集风导流风筒收缩，手动将喷杆折叠并锁紧。

Claims (2)

1.一种气助式大幅宽植保无人直升机，其特征在于包括安装在无人直升机上的气助风筒装置、支撑架、蓄电池、电动隔膜泵、药箱和分布有喷头的可折叠喷杆；

所述的可折叠喷杆分为中间主喷杆和两侧的第一幅喷杆和第二幅喷杆；所述的支撑架安装在无人直升机的起落架上，蓄电池、电动隔膜泵、药箱与中间主喷杆固定在支撑架上；药箱通过药液软管依次与电动隔膜泵和可折叠喷杆的各喷头连接；蓄电池为电动隔膜泵提供电源；所述的无人直升机还包括遥控装置，通过控制通道控制电动隔膜泵的开关；

所述的气助风筒装置包括集流支撑架和集风导流风筒；无人直升机两侧各设有一个集流支撑架和一个集风导流风筒；所述集流支撑架的一端固定于无人直升机的同侧机身的上部，另一端固定在中间主喷杆之上；所述的集风导流风筒由依次连接的集流腔、气流连接部、竖直扁柱型风管、气流过渡部和水平扁锥型风管构成；每侧集风导流风筒的集流腔固定在与其对应一侧的集流支撑架上；所述的气流连接部、竖直扁柱型风管、气流过渡部和水平扁锥型风管依次由内向外水平固定于对应一侧的可折叠喷杆上；所述的竖直扁柱型风管和水平扁锥型风管的下部均匀分布有出风口且出风口分别对应位于所述的每个喷头的正上方；

所述的集流腔呈圆锥台形状，大开口位于上方，且大开口位于旋翼正下方并与旋翼垂直距离30cm﹣100cm，集流腔用于收集旋翼高速旋转产生的部分高速下洗气流；所述的竖直扁柱型风管的横断面和水平扁锥型风管均采用椭圆形状，竖直扁柱型风管横断面的椭圆长轴与地面垂直布置，水平扁锥型风管横断面的椭圆长轴与地面水平布置，水平扁锥型风管尾部逐渐变细；所述竖直扁柱型风管和水平扁锥型风管内部等距离横断面布置有椭圆短轴方向拉紧的绳索；所述的可折叠喷杆分为五段，每侧第一喷杆向机尾方向90度折叠后布置在机身一侧，第二喷杆可180度向机尾方向折叠后仍布置在机身一侧。

2.根据权利要求1所述一种气助式大幅宽植保无人直升机的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

1﹚将植保无人直升机运输至作业区后，手动展开折叠喷杆至直线型并锁紧，此时固定在喷杆上的集风导流风筒处于完全收缩状态；

2）启动植保无人直升机，高速转动的旋翼产生的高速下洗气流经集流腔收集后，在集风导流风筒内冲入高速气流，使集风导流风筒膨胀，并在其下方形成风幕，遥控植保无人直升机至工作区域，稳定在合适的工作高度后，遥控启动电动隔膜泵，开始施药工作，遥控植保无人直升机遍历整个喷雾区域；

3）待田间施药作业完成后，遥控关闭电动隔膜泵，并将植保无人直升机遥控落地，关闭植保无人直升机引擎，集风导流风筒收缩，手动将喷杆折叠并锁紧。