单旋翼植保无人机旋翼流场下洗气流速度分布规律研究
发布时间：2021-09-17 16:26
植保无人机进行喷雾作业时,雾滴从形成到沉降至靶标的过程中受气流影响,流场中既有相对稳定、有利于雾滴沉降、可提高施药效果的空间区段,也有流线不稳定、易造成雾滴沉积不均和飘移的湍流区域。准确描述旋翼下洗流场,明确无人机旋翼流场不同高度的速度矢量分布,高精度模拟流场细节,是准确分析雾滴在旋翼下洗流场中沉降规律的前提。本研究基于CFD方法数值计算旋翼流场的细节,旨在重点从理论上研究旋翼流场的流场特征,以LTH-100型单旋翼无人机为研究对象,数值模拟无人机在悬停状态下的流场特征,利用风速分布试验实际验证数值模型的准确性。对不同侧风条件下无人机悬停和前飞状态下旋翼流场进行模拟计算,分析环境气流对旋翼流场的影响,研究旋翼流场不同高度下风速分布规律,建立流场空间与气流速度之间的关系模型,为进一步理论分析雾滴在旋翼流场中的沉积规律提供理论支撑。主要体现在以下几个方面:（1）以叶素理论对旋翼进行了受力分析,建立了旋翼运动参数与旋翼的拉力、扭矩等动力学参数间的关系方程。并基于CFD原理对旋翼流场数值求解方法进行理论分析,明确数值计算旋翼流场的方法,初步确定了本次模拟研究的相关环节所采用的相关理论方法及通用...
【文章来源】：黑龙江八一农垦大学黑龙江省
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植保喷施作业
个思想指导下，改进施药技术，优化精准施药方法成为农业植保发展的必然趋势。农药喷施技术是作物病虫草害预防和控制的重要组成部分。根据国家统计局统计数据显示，在全国范围内农业病虫草害种类高达 1700 余种，其中危害程度十分严重的约有 100 多种，农作物遭受有害生物严重侵袭的发生面积约为 70-80 亿亩/年。根据联合国粮农组织（FAO）关于农作物自然损失率 30%为标准测算，如果不采取有效的预防控制措施，农作物每年因病害和虫害将会给我国粮食产量造成损失将高达 3000 亿斤，油料作物 1.36 亿斤，棉花 190多万吨，水果、蔬菜上亿吨，潜在经济损失将达到 5000 亿元以上。农作物病虫草害的防控伴随在作物生长的各个阶段，防控的质量会直接影响粮食的产量与品质，植保施药技术研究主要以提高农药利用率、减少农药使用量、避免或减轻农药在非靶标区的飘移、改善农业生态环境为根本目标[1]。相比于地面植保机械，无人机植保不仅具有作业效率高、节约水资源、不受地理条件限制等优势，且无人机飞行产生的气流有助于提高农药雾滴在作物叶片的穿透性，增加作物叶片背面着药机率[2]；其应对突发病害、爆发性虫害的能力强，且因其作业不受作物长势的限制，可有效解决作物中后期地面机械难以施药作业等问题。
图 2-1 桨叶叶素示意图 图 2-2 桨叶叶素坐标Fig. 2-1 Diagram of blade leaf pigment Fig. 2-2 Blade Leaf coordinates如图 2-3 是旋翼俯视图桨叶以角速度 Ω 逆时针旋转，桨叶半径 R，即可得到桨尖速度为 ΩR，记为 VT。在半径 r 处取一桨叶微元，其弦长为 C，宽度为 dr。此桨叶微元受力如图 2-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]单旋翼植保无人机翼尖涡流对雾滴飘移的影响[J]. 文晟,韩杰,兰玉彬,尹选春,卢玉华. 农业机械学报. 2018(08)
[2]基于小型无人机风场的水稻花粉分布规律[J]. 李继宇,兰玉彬,王建伟,陈盛德,姚伟祥,黄聪,刘琪,梁秋萍. 中国农业文摘-农业工程. 2018(02)
[3]多旋翼植保无人机悬停下洗气流对雾滴运动规律的影响[J]. 杨风波,薛新宇,蔡晨,周晴晴. 农业工程学报. 2018(02)
[4]植保无人机飞行参数对施药雾滴沉积分布特性的影响[J]. 王昌陵,宋坚利,何雄奎,王志翀,王士林,蒙艳华. 农业工程学报. 2017(23)
[5]AS350B3e直升机航空喷施雾滴飘移分布特性[J]. 姚伟祥,兰玉彬,王娟,文晟,王国宾,陈盛德. 农业工程学报. 2017(22)
[6]植保无人机旋翼下洗气流对喷幅的影响研究[J]. 杨知伦,葛鲁振,祁力钧,程一帆,吴亚垒. 农业机械学报. 2018(01)
[7]大载荷植保无人直升机近地飞行流场模拟[J]. 徐文彬,王军锋,闻建龙,王晓英. 江苏大学学报(自然科学版). 2017(06)
[8]小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响[J]. 陈盛德,兰玉彬,周志艳,廖娟,朱秋阳. 华南农业大学学报. 2017(05)
[9]农药喷施过程中雾滴沉积分布与脱靶飘移研究[J]. 张慧春,郑加强,周宏平,DORR G J. 农业机械学报. 2017(08)
[10]油动单旋翼植保无人机雾滴飘移分布特性[J]. 王潇楠,何雄奎,王昌陵,王志翀,李龙龙,王士林,Jane·Bonds,Andreas·Herbst,王志国. 农业工程学报. 2017(01)
博士论文
[1]航空施药技术应用及对水稻品质影响研究[D]. 薛新宇.南京农业大学 2013
[2]旋翼柔性多体系统气动弹性研究[D]. 虞志浩.南京航空航天大学 2012
[3]旋翼流场数值模拟方法研究[D]. 肖中云.中国空气动力研究与发展中心 2007
硕士论文
[1]基于地面LiDAR的水稻生物量高精度反演[D]. 王红丽.新疆大学 2017
[2]基于全本征方程的无铰式旋翼气动弹性分析方法[D]. 王博.南京航空航天大学 2015
[3]植保用喷头的参数化设计[D]. 黄发光.西北农林科技大学 2014
[4]先进几何外形复合材料旋翼桨叶弹性剪裁方法研究[D]. 殷启波.南京航空航天大学 2014
[5]直升机旋翼/机身/尾面气动干扰特性的CFD分析[D]. 谢冠一.南京航空航天大学 2012
[6]旋翼振动载荷计算与分析[D]. 孙韬.南京航空航天大学 2010
[7]直升机旋翼翼型的气动设计方法研究[D]. 尚克明.南京航空航天大学 2009
[8]直升机旋翼桨—涡干扰气动噪声的研究[D]. 彭延辉.南京航空航天大学 2004
本文编号：3399094
【文章来源】：黑龙江八一农垦大学黑龙江省
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植保喷施作业
个思想指导下，改进施药技术，优化精准施药方法成为农业植保发展的必然趋势。农药喷施技术是作物病虫草害预防和控制的重要组成部分。根据国家统计局统计数据显示，在全国范围内农业病虫草害种类高达 1700 余种，其中危害程度十分严重的约有 100 多种，农作物遭受有害生物严重侵袭的发生面积约为 70-80 亿亩/年。根据联合国粮农组织（FAO）关于农作物自然损失率 30%为标准测算，如果不采取有效的预防控制措施，农作物每年因病害和虫害将会给我国粮食产量造成损失将高达 3000 亿斤，油料作物 1.36 亿斤，棉花 190多万吨，水果、蔬菜上亿吨，潜在经济损失将达到 5000 亿元以上。农作物病虫草害的防控伴随在作物生长的各个阶段，防控的质量会直接影响粮食的产量与品质，植保施药技术研究主要以提高农药利用率、减少农药使用量、避免或减轻农药在非靶标区的飘移、改善农业生态环境为根本目标[1]。相比于地面植保机械，无人机植保不仅具有作业效率高、节约水资源、不受地理条件限制等优势，且无人机飞行产生的气流有助于提高农药雾滴在作物叶片的穿透性，增加作物叶片背面着药机率[2]；其应对突发病害、爆发性虫害的能力强，且因其作业不受作物长势的限制，可有效解决作物中后期地面机械难以施药作业等问题。
图 2-1 桨叶叶素示意图 图 2-2 桨叶叶素坐标Fig. 2-1 Diagram of blade leaf pigment Fig. 2-2 Blade Leaf coordinates如图 2-3 是旋翼俯视图桨叶以角速度 Ω 逆时针旋转，桨叶半径 R，即可得到桨尖速度为 ΩR，记为 VT。在半径 r 处取一桨叶微元，其弦长为 C，宽度为 dr。此桨叶微元受力如图 2-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]单旋翼植保无人机翼尖涡流对雾滴飘移的影响[J]. 文晟,韩杰,兰玉彬,尹选春,卢玉华. 农业机械学报. 2018(08)
[2]基于小型无人机风场的水稻花粉分布规律[J]. 李继宇,兰玉彬,王建伟,陈盛德,姚伟祥,黄聪,刘琪,梁秋萍. 中国农业文摘-农业工程. 2018(02)
[3]多旋翼植保无人机悬停下洗气流对雾滴运动规律的影响[J]. 杨风波,薛新宇,蔡晨,周晴晴. 农业工程学报. 2018(02)
[4]植保无人机飞行参数对施药雾滴沉积分布特性的影响[J]. 王昌陵,宋坚利,何雄奎,王志翀,王士林,蒙艳华. 农业工程学报. 2017(23)
[5]AS350B3e直升机航空喷施雾滴飘移分布特性[J]. 姚伟祥,兰玉彬,王娟,文晟,王国宾,陈盛德. 农业工程学报. 2017(22)
[6]植保无人机旋翼下洗气流对喷幅的影响研究[J]. 杨知伦,葛鲁振,祁力钧,程一帆,吴亚垒. 农业机械学报. 2018(01)
[7]大载荷植保无人直升机近地飞行流场模拟[J]. 徐文彬,王军锋,闻建龙,王晓英. 江苏大学学报(自然科学版). 2017(06)
[8]小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响[J]. 陈盛德,兰玉彬,周志艳,廖娟,朱秋阳. 华南农业大学学报. 2017(05)
[9]农药喷施过程中雾滴沉积分布与脱靶飘移研究[J]. 张慧春,郑加强,周宏平,DORR G J. 农业机械学报. 2017(08)
[10]油动单旋翼植保无人机雾滴飘移分布特性[J]. 王潇楠,何雄奎,王昌陵,王志翀,李龙龙,王士林,Jane·Bonds,Andreas·Herbst,王志国. 农业工程学报. 2017(01)
博士论文
[1]航空施药技术应用及对水稻品质影响研究[D]. 薛新宇.南京农业大学 2013
[2]旋翼柔性多体系统气动弹性研究[D]. 虞志浩.南京航空航天大学 2012
[3]旋翼流场数值模拟方法研究[D]. 肖中云.中国空气动力研究与发展中心 2007
硕士论文
[1]基于地面LiDAR的水稻生物量高精度反演[D]. 王红丽.新疆大学 2017
[2]基于全本征方程的无铰式旋翼气动弹性分析方法[D]. 王博.南京航空航天大学 2015
[3]植保用喷头的参数化设计[D]. 黄发光.西北农林科技大学 2014
[4]先进几何外形复合材料旋翼桨叶弹性剪裁方法研究[D]. 殷启波.南京航空航天大学 2014
[5]直升机旋翼/机身/尾面气动干扰特性的CFD分析[D]. 谢冠一.南京航空航天大学 2012
[6]旋翼振动载荷计算与分析[D]. 孙韬.南京航空航天大学 2010
[7]直升机旋翼翼型的气动设计方法研究[D]. 尚克明.南京航空航天大学 2009
[8]直升机旋翼桨—涡干扰气动噪声的研究[D]. 彭延辉.南京航空航天大学 2004
本文编号：3399094
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