六旋翼植保无人机下洗气流变化机理及喷头安装位置的研究

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:shenbincool
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使用无人机进行植保施药作业具有地形适应能力强、作业成本低、作业效率高且不会对施药人员健康造成危害等优点,近年来在我国迅速发展且有着广泛的应用。而六旋翼无人机由于结构简单,运行稳定且易于操控被广泛采用。但无人机由于具有特殊的旋翼结构,在空中悬停时会产生强大的下洗气流,会影响喷头喷出的药液雾滴在沉降过程中的运动轨迹,将引起药液雾滴的飘移或造成施药不均匀。针对以上问题,本文以喷头喷洒平面的流场分布作为研究重点,通过叶素-动量理论及片条理论对六旋翼无人机螺旋桨滑流的产生及变化机理进行了深入研究,得到了螺旋桨产生的滑流轴向诱导速度沿螺旋桨径向分布的计算模型,通过计算得出螺旋桨滑流流速沿径向非均匀分布的特性。在此基础上,利用CFD仿真软件模拟了六旋翼无人机的整体下洗气流场,并对流场中各喷头位置的喷洒平面进行了分析,得到了喷洒平面内的气流运动规律,初步确定螺旋桨正下方为喷头的合理安装位置,并根据滑流流速分布提出了喷头布置方案。设计一种六旋翼无人机喷洒模拟试验台,进行滑流流速分布测量试验,对理论计算结果及仿真结果进行了验证。并利用该试验台进行螺旋桨滑流下的喷雾试验,探究了喷头在螺旋桨下方不同位置进行喷洒时,气流对喷雾沉积效果的影响情况,结果得出在螺旋桨正下方安装喷头喷洒时,雾滴飘移最少,总沉积量最高,雾滴沉积分布受到气流的负面影响也最小,在此位置增加螺旋桨转速还有助于提高雾滴的沉积分布均匀性。结合室内喷洒试验结果及无人机下洗气流场模拟结果,根据无人机的飞行方式共提出7种不同的喷头分布方案,在室外进行了喷洒试验。最终通过试验结果得出,对于六旋翼植保无人机来说,当采用X型螺旋桨结构飞行时,在机体后侧螺旋桨下方安装2个喷头,且喷头上方螺旋桨为外旋时沉积效果最好,有效喷幅为2m,有效喷幅平均沉积密度为95个/cm~2;当采用I型螺旋桨结构飞行时,在机体后侧螺旋桨下方安装3个喷头时沉积效果最好,有效喷幅为2.75m,有效喷幅内的平均沉积密度为127.5个/cm~2。
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