农用多旋翼无人机作业能耗白盒模型构建与试验

为了减少因能量有限而导致无人机飞行时间有限的问题,研究农用无人机在飞行时的作业能耗是十分必要的。本研究以农用多旋翼无人机为研究对象,采用白盒建模的方法,依照动力系统各部件原理,构建了农用无人机的飞行总效率模型,再根据农用无人机的飞行特点,建立了一种针对农用无人机的作业能耗模型,并通过对农用无人机的速度、载荷和航程这3个动态参数分组试验得到的数据进行了验证。结果表明,模型具有较高的精度,最大平均误差约为6.582%,最大绝对误差中位数约为7.654%。最后对模型的各个参数进行分析,引入模型修正系数对模型进行修正,修正后的模型精度相比修正前的最大平均误差减少约3.092个百分点,误差中位数减少约3.612个百分点,修正后效果显著。本研究构建的理论模型可以用于农用无人机作业能耗的计算和预测,在规划无人机任务前就可以得到相应的作业能耗并进行优化,也可以适配不同控制器的其他旋翼机型,具有一定的应用价值。

增升增效倾转翼农用植保无人机的设计与仿真

【目的】为满足无人机田间作业既具有旋翼机灵活起降的功能又具备固定翼长航时的特征,设计了一种X字布局的旋翼、固定翼混合结构且具有倾转功能的新型农用植保无人机。【方法】根据农田喷施作业的负载动力要求对无人机的增升装置进行了翼型和参数的设计。利用SolidWorks软件搭建了植保无人机的机体结构,使用Fluent软件结合Spalart-Allmaras湍流模型,对植保无人机增升增速参数进行了气动仿真分析。【结果】仿真试验发现,升力系数与迎角和空速呈正相关,其中,迎角从4°至6°变化时的影响较为强烈;迎角对应5°~30°前倾角时,升力系数达到0.81。在5 m/s的空速下,迎角和前倾角的关系几乎呈线性分布,机头前倾即可增大升力系数,进而增加有效负载,使得整体植保无人机的作业效率得到提升。【结论】本文为设计倾转翼植保无人机提供了理论依据,也为植保无人机延长续航时间、提升作业效率打开了新思路。