风速对植保无人机的影响有多大?

2020-05-15 fnzz

    根据无人机作业时在水稻冠层的风场分布的情况,深耕多年的植保无人机服务商都会有这些结论:


    1:由于平行于飞行方向(即平行于水稻种植行方向)的风速>垂直于飞行方向(即垂直于水稻种植行方向)的风速>垂直于地面方向的风速因此,在直升机辅助水稻授粉作业或是喷洒农药时,平行于飞行方向的风力(即:沿着直升机前进方向的飞机尾风)最大,有利于更远地传播水稻花粉以及农药的喷洒面。垂直于地面方向的风速值较小,这使得直升机辅助授粉(喷药)作业时垂直于地面方向的风力较小,不会对水稻茎秆造成损伤,避免了倒伏而影响花粉的传播或喷药的效果。


    2:随着飞行高度不断降低,风场宽度亦有所增加。


    3:直升机逆自然风方向飞行作业到达水稻冠层的风力较小,很难形成能满足水稻制种授粉或喷洒农药要求的风场宽度,而顺风方向作业时的风场宽度能得到保证。因此,采用直升机辅助水稻制种授粉或喷药作业时,宜避免逆自然风方向飞行作业。


    多旋翼植保机


    多旋翼植保机相比直升机植保机除了具有作业高度低、可垂直起降、无需专用起降机场、操作灵活轻便、环境适应性强等突出优点外,还具有机械结构更简单、易折叠拆卸、飞行更平稳、模块化程度高等特点。


    多旋翼无人机翼展结构布局都为圆形、对称结构设计,由多个对称式布局的电机给相应的小旋翼提供动力,所有旋翼在飞控系统的集中控制下,通过协调各个旋翼之间的不同转速和旋转方向,共同给机身提供向上的升力、控制机身的运动方向并保持机身平衡。


    因此,该类机型在水稻冠层形成的风场,是所有单个旋翼的气流叠加在一起共同形成的。与单旋翼无人直升机相比,其风场更为复杂。影响风场参数风速、风向、有效风力覆盖宽度等的主要因素包括轴距、旋翼直径、旋翼数量、航向与自然风的夹角、飞行高度、飞行速度以及飞机与负载质量等。


    在多轴多旋翼电动无人直升机作业过程中,希望有大的峰值风速和宽的有效风场宽度,同时又希望尽量节省能源,减少更换电池的时间,降低作业成本。采用综合评分法结合有效风场宽度和电池压降对某机型作业参数进一步进行分析评价。


    综合考虑各因素,对峰值风速、有效风场宽度及电池电量消耗的影响,优选出某型无人机的最佳作业水平为:飞行速度1.30m/s,飞机与负载质量18.85kg,飞行高度2.40m。这也从根本上解释为什么目前的多旋翼植保机的载重不是越大越好,为什么各植保厂商在宣传产品时很少强调载重,这里的水好深,新进的植保商注定是要交学费的。


    试验分析结果表明多旋翼无人机在水稻冠层形成的平行于飞行方向的风场宽度明显大于垂直于飞行方向的风场宽度。平行于飞行方向的风场只有1个风速峰值中心,主要由推动飞行器前进的尾风气流构成,有别于单旋翼无人直升机,多旋翼无机垂直于飞行方向风场存在2个风速峰值中心,主要是由于飞行器多个旋翼的侧向气流叠加形成,相互之间存在干扰,从而也影响了垂直于飞行方向风场的有效宽度。


    在实际应用中,对于可能实现GPS自主导航飞行的机型,应根据作业的便利程度尽量利用平行于飞行方向的风力,这更有益于辅助授粉或喷药作业,而对于未采用GPS自主导航飞行的机型,为便于飞控手对飞机位置的判断与姿态操控而必须利用垂直于飞行方向风力,应充分考虑垂直于飞行方向风场宽度较窄的实际情况。


    影响多旋翼无人机在水稻冠层所形成风场的峰值风速主要受飞机的飞行速度、飞机与负载质量、飞行高度影响。


    综合实验情况,不难发现,在作业效率以及经济效益面前,这两种类型的植保无人机都必须要有合理的操作,否则都不会达到很好的植保效果,多旋翼由于风场比单旋翼,更是在一个方向上有两个风速峰值,这使得中间的部分很有可能喷洒效果没有两边好,这个有待进一步验证。


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