風速對植保無人機的影響有多大?

                                2020-05-15 fnzz

                                    根據無人機作業時在水稻冠層的風場分布的情況,深耕多年的植保無人機服務商都會有這些結論:


                                    1:由于平行于飛行方向(即平行于水稻種植行方向)的風速>垂直于飛行方向(即垂直于水稻種植行方向)的風速>垂直于地面方向的風速因此,在直升機輔助水稻授粉作業或是噴灑農藥時,平行于飛行方向的風力(即:沿著直升機前進方向的飛機尾風)最大,有利于更遠地傳播水稻花粉以及農藥的噴灑面。垂直于地面方向的風速值較小,這使得直升機輔助授粉(噴藥)作業時垂直于地面方向的風力較小,不會對水稻莖稈造成損傷,避免了倒伏而影響花粉的傳播或噴藥的效果。


                                    2:隨著飛行高度不斷降低,風場寬度亦有所增加。


                                    3:直升機逆自然風方向飛行作業到達水稻冠層的風力較小,很難形成能滿足水稻制種授粉或噴灑農藥要求的風場寬度,而順風方向作業時的風場寬度能得到保證。因此,采用直升機輔助水稻制種授粉或噴藥作業時,宜避免逆自然風方向飛行作業。


                                    多旋翼植保機


                                    多旋翼植保機相比直升機植保機除了具有作業高度低、可垂直起降、無需專用起降機場、操作靈活輕便、環境適應性強等突出優點外,還具有機械結構更簡單、易折疊拆卸、飛行更平穩、模塊化程度高等特點。


                                    多旋翼無人機翼展結構布局都為圓形、對稱結構設計,由多個對稱式布局的電機給相應的小旋翼提供動力,所有旋翼在飛控系統的集中控制下,通過協調各個旋翼之間的不同轉速和旋轉方向,共同給機身提供向上的升力、控制機身的運動方向并保持機身平衡。


                                    因此,該類機型在水稻冠層形成的風場,是所有單個旋翼的氣流疊加在一起共同形成的。與單旋翼無人直升機相比,其風場更為復雜。影響風場參數風速、風向、有效風力覆蓋寬度等的主要因素包括軸距、旋翼直徑、旋翼數量、航向與自然風的夾角、飛行高度、飛行速度以及飛機與負載質量等。


                                    在多軸多旋翼電動無人直升機作業過程中,希望有大的峰值風速和寬的有效風場寬度,同時又希望盡量節省能源,減少更換電池的時間,降低作業成本。采用綜合評分法結合有效風場寬度和電池壓降對某機型作業參數進一步進行分析評價。


                                    綜合考慮各因素,對峰值風速、有效風場寬度及電池電量消耗的影響,優選出某型無人機的最佳作業水平為:飛行速度1.30m/s,飛機與負載質量18.85kg,飛行高度2.40m。這也從根本上解釋為什么目前的多旋翼植保機的載重不是越大越好,為什么各植保廠商在宣傳產品時很少強調載重,這里的水好深,新進的植保商注定是要交學費的。


                                    試驗分析結果表明多旋翼無人機在水稻冠層形成的平行于飛行方向的風場寬度明顯大于垂直于飛行方向的風場寬度。平行于飛行方向的風場只有1個風速峰值中心,主要由推動飛行器前進的尾風氣流構成,有別于單旋翼無人直升機,多旋翼無機垂直于飛行方向風場存在2個風速峰值中心,主要是由于飛行器多個旋翼的側向氣流疊加形成,相互之間存在干擾,從而也影響了垂直于飛行方向風場的有效寬度。


                                    在實際應用中,對于可能實現GPS自主導航飛行的機型,應根據作業的便利程度盡量利用平行于飛行方向的風力,這更有益于輔助授粉或噴藥作業,而對于未采用GPS自主導航飛行的機型,為便于飛控手對飛機位置的判斷與姿態操控而必須利用垂直于飛行方向風力,應充分考慮垂直于飛行方向風場寬度較窄的實際情況。


                                    影響多旋翼無人機在水稻冠層所形成風場的峰值風速主要受飛機的飛行速度、飛機與負載質量、飛行高度影響。


                                    綜合實驗情況,不難發現,在作業效率以及經濟效益面前,這兩種類型的植保無人機都必須要有合理的操作,否則都不會達到很好的植保效果,多旋翼由于風場比單旋翼,更是在一個方向上有兩個風速峰值,這使得中間的部分很有可能噴灑效果沒有兩邊好,這個有待進一步驗證。


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