单旋翼授粉无人机气动布局与气动特性研究

发布时间：2020-08-03 08:56

【摘要】：鲁东地区的西瓜生产主要以大棚种植为主。大棚西瓜的开花期多在四月份,由于此时天气较冷,且大棚内温度高、湿度大,蜜蜂难以生存。而目前采用的人工授粉方法劳动强度大,结合效果差。近几年,无人机己成功地应用于各个方面,本文针对无人机西瓜授粉的机型设计进行探索。本文针对无人机在大棚内工作环境和工作任务,提出了一种电动式单旋翼授粉无人机设计方案。首先,采用了涵道无人机模型作为基础机型,选定机身和零部件的材料,对其零件进行参数设计、结构设计和重量估算,确定了该无人机的总体气动布局。其次,利用三维软件建立无人机结构模型,对其气动布局进行深入分析和研究,并建立其动力学模型。在动量理论的基础上,研究了设计机型的涵道涡流理论和涵道拉力因子,进而推导了其悬停及水平前飞运动方程。最后,对其零部件和涵道进行了力学仿真及结构优化,应用3D打印制作了涵道及部件。进行电器件与零部件装配及调试实验,得到符合转速的电机、符合转动效率的舵机;设计其控制器并进行了控制器飞行调试实验,得到可驱动一电机和四舵机的控制器;装配电器件和3D打印零件得到初步试飞样机,并进行了飞行实验。实验表明:螺旋桨扭力抵消不完全,无人机在飞行过程中产生缓慢的自转,总体来说所设计的涵道无人机是可行的、可飞行的。本文采用涵道理论研制的西瓜授粉无人机具有升力高、稳定性好、工作效率高的特点,为其用于大棚西瓜授粉打下了基础。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;V221.3
【图文】：

示意图,人工授粉,示意图,蜂种

逦低（每朵雌花需要６只蜜蜂访问，才可保高于蜜蜂授粉逡逑证坐果良好）逡逑本文所研究的鲁东地区及国内大部分地区采用人工授粉。如图１．２所示人工授粉逡逑示意图，取自于山东省潍坊市大棚内。授粉人员将雄花摘下，将其花蕊对准雌花，进逡逑行花粉涂抹。此过程中需要把握好力度，力度不当容易授粉不成功。逡逑…ＪＬ」逡逑图１．２人工授粉示意图逡逑北京市顺义区、北京市大兴区［６］和宁波市［７］等地区采用蜜蜂授粉和进行蜜蜂授粉实逡逑验，作为授粉的蜂种主要有壁蜂、熊蜂、切叶蜂和中华蜜蜂等，不同的蜂种适用于不逡逑２逡逑

杀手,精灵,美国加州,法国

逦５０％用于药物喷洒逡逑国外民用消费级无人机主要以法国Ｐａｒｒｏｔ、北美３Ｄｒｏｂｏｔｉｃｓ、德国ＡｓｃＴｅｃ等公司逡逑的产品为主［２５］。如图１．３所示的３Ｄ邋Ｒｏｂｏｔｉｃｓ．美国加州“精灵”杀手和图１．４所示的Ｐａｒｒｏｔ逡逑（派诺特）。逡逑图１．３邋３Ｄ邋Ｒｏｂｏｔｉｃｓ．美国加州“精灵”杀手［２５】逦图丨．４邋Ｐａｒｒｏｔ邋（派诺特，法国Ｂｅｂｏｐ邋）邋［２５］逡逑其原理在于：对称螺旋桨同方向转动，相邻螺旋桨反方向转动，提供升力的同时，逡逑抵消反扭矩。各类产品中，由于四旋翼无人机具有更简单的操作性、易上手、安全性逡逑高，因而更容易被广大消费者接受。逡逑涵道式无人机在十九世纪五十年代开始发展，于八十年代兴起。其原理主要分为：逡逑一是采用共轴双旋翼螺旋桨，共轴双螺旋浆用来提供升力以及抵消反扭矩，导流板控逡逑制飞行姿态，如图１．５所示的家用消费型无人机；二是通过单螺旋桨提供升力，导流板逡逑控制姿态以及反扭矩

无人机

逑ｎｐＴｎ逡逑图１．５家用消费型无人机［２６］逦图１．６邋ｉＳＴＡＲ无人机及其风洞试验［２７］逡逑涵道的使用让单旋翼无人机产生更强的升降效果和悬停效果，其灵活性也很高。逡逑由于螺旋桨处于涵道内部，其安全性是所有无人机中最高的，因而普遍受到广大消费逡逑者的喜爱，尤其作为居家智能机器人来使用。逡逑１．２．３国内无人机研究现状逡逑在２０世纪７０年代，国内无人机在军事需求下得到了初步发展［２８】。在此基础上，逡逑国内民用无人机开始得到发展。其发展主要分为四个阶段：２０世纪８０年代研制出第一逡逑架民用无人机Ｄ￣４；邋９０年代出现第一批无人机民营企业；２１世纪初民用无人机得到快逡逑速发展；现阶段民用无人机开始走向消费市场［２９］。逡逑目前国内民用消费级无人机主要以ＤＪＩ邋（大疆）等民营企业为主［３＇其中ＤＪＩ邋（大逡逑疆）生产的无人机主要运用于航拍、快递、农作物喷洒药物等。如图１．７所示的一款大逡逑疆（ＭＧ－１）植保无人机［３１］，主要进行农作物喷洒药物和灌溉，该无人机采用八旋翼结逡逑构，具有高稳定、高安全性的特点。逡逑图１．７大疆（ＭＧ－１）植保无人机逡逑表１．５为国内植保无人机种类［２４，￣。此类的植保无人机机身尺寸较大，以便装载更逡逑多的农药

【参考文献】