单旋翼植保无人机主要喷雾性能试验研究
发布时间：2021-09-01 19:30
植保无人机进行作业可有效提高作业效率及可靠性,因其在作业过程中距离作物较高,导致实际作业时雾滴沉积受到无人机旋翼自身气流和外界风共同作用的影响,旋翼下方耦合风场对雾滴扰动较为复杂,严重影响雾滴的有效喷幅。因此,针对无人机施药时受风场影响导致作业幅宽不稳定的问题,确定最佳无人机喷洒结构布局,采用CFD方法将理论模拟与仿真分析结合,设计可用于室内进行雾滴采集的试验台,分析参数变化对无人机有效喷幅及沉积均匀性的影响,建立关于参数与有效喷幅之间的回归模型,确定适合LTH-100型单旋翼无人机作业的最优参数组合。以期为无人机下方风场的研究奠定基础,为单旋翼无人机喷头配置及作业航线规划提供帮助和指导。主要研究内容及结果如下:（1）分别进行X方向喷杆前、中、后位置和Y方向不同喷头间距试验,以雾滴沉积量、沉积均匀性、沉积密度为指标,确定最佳喷杆位置和喷头间距,为有效喷幅研究奠定基础;通过判断雾滴运动轨迹,对风场下雾滴水平位移进行计算得到有效喷幅的理论宽度,选择Solidworks软件建立单旋翼植保无人机物理模型,对旋翼下方风场进行仿真模拟,探究参数变化对风场及有效喷幅的影响规律,确定影响有效喷幅的主要...
【文章来源】：黑龙江八一农垦大学黑龙江省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
农作
单旋翼植保无人机主要喷雾性能试验研究4要想提高雾滴沉降效果，就要合理利用旋翼风场加速雾滴沉降的特性，分析风场变化规律，进一步研究雾滴在旋翼风场中的运动轨迹，为无人机有效喷幅的研究提供理论基矗图1-2单旋翼无人机旋翼流场Fig.1-2RotorflowfieldofsinglerotorUAV1972年，Caradonna等[23]采用势流方程计算了悬停状态下旋翼无升力桨叶的流动。80年代初，Caradonna等[24]用小扰动假设计算了适合薄翼型桨叶悬停状态下的有升力流常90年代后，Srinivasan等[25]通过求解N-S方程数值模拟了不同状态下模型旋翼的流场；20世纪90年代后有一些关于旋翼风场是如何产生的机理性研究[26]。1998年唐正飞等[27]、2007年于世美等[28]通过烟流成像、激光摄影等方法捕捉到流场中涡流轨迹形成和运动变化等流动细节，但此研究受试验条件限制难以实现各种状态下的实时测量，且试验周期长、成本高。Gessow和Johnson[29-32]等人，分别完成了直升机空气动力学和旋翼空气动力学的著作，这一成果为空气动力学的发展奠定了坚实基矗王立群等[33]基于Euler方程求解悬停流场数值模拟；江雄等[34]双时间方法和网格重叠技术结合求解N-S方程，计算并获得了悬停流常2006年，招启军等[35]利用全位势方程自由尾迹方法和N-S方程的混合法进行数值模拟旋翼流场的求解。2009年，杨小权等[36]无人机悬停状态下的流场进行模拟，模拟方法采用多重网格法。2010年，TanabeY等[37]使用嵌套网格进行了直升机机身/旋翼干扰流场的数值分析，该方法能较好地模拟桨叶附近的细节流动。随后，Raffel[38]等人第一次提出了一种新的方法来研究旋翼风场的流畅情况，这种方法便是通过试验测得旋翼下方风场即粒子图像测速法（PIV）。在这之后的很长一段时间，PIV成为了研究?
速和风向的影响，通过研究得到风向对雾滴漂移有很大影响，同时雾滴的沉积位置受喷头的喷射速度和飞行速度的影响。Giles[44,45]利用金属的路径追踪器量化了无人机喷洒后的雾液沉积分布。随后有学者[46,47]提出利用风场无线传感器网络测试了无人机作业时下方产生的风场，如WangP等人通过结合风速传感器网络改变四旋翼植保无人机的不同飞行状态来分析风场对雾滴沉积及雾滴在水稻冠层穿透性的影响，研究结果表明无人机旋翼下方风场对雾滴沉积与穿透性具有显著性影响，这一结果对无人机在田间作业参数的确定提供了新思路。图1-3粒子图像测试法Fig.1-3Particleimagetest在理论研究方面，目前所用到分析旋翼流场的方法主要有经典涡流理论、动量理论、现代涡流理论、叶素理论以及CFD理论等，但各种理论都有各自的优缺点及适用情况，如动量理论只考虑无人机旋翼转动时的旋转轴对风场的影响，没有考虑无人机旋翼旋转时旋翼本身的几何形态对风场的影响，因此并不完全符合无人机作业时旋翼的实际风场特性，且只是根据无人机下方整体风场的速度特性，描述旋翼轴的作用；叶素理论虽然从桨叶各部分受力情况进行分析并建立无人机的旋翼物理模型与运动特性关系，但无法准确确定各位置的诱导速度；经典涡流理论能得出各位置的诱导速度，但不能分析诱导速度随时间的变化，也不能计入桨叶之间的气动干扰和涡系形状的畸变，使计算得
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国植保无人机的行业发展概况和发展前景[J]. 兰玉彬,王国宾. 农业工程技术. 2018(09)
[2]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)
[3]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)
[4]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)
[5]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)
[6]精准农业航空技术现状及未来展望[J]. 兰玉彬. 农业工程技术. 2017(30)
[7]无人旋翼机航空施药有效喷幅确定方法比较[J]. 宋坚利,刘杨,刘亚佳,何雄奎,李永娜,王昌陵,王士林. 中国农业大学学报. 2017(10)
[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]大载荷植保无人直升机喷雾气液两相流动数值模拟[J]. 王军锋,徐文彬,闻建龙,王晓英,罗博韬. 农业机械学报. 2017(09)
[10]粳稻多旋翼植保无人机雾滴沉积垂直分布研究[J]. 许童羽,于丰华,曹英丽,杜文,马明洋. 农业机械学报. 2017(10)
博士论文
[1]单旋翼植保无人机旋翼流场下洗气流速度分布规律研究[D]. 刘鑫.黑龙江八一农垦大学 2019
[2]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[D]. 廉琦.黑龙江八一农垦大学 2019
[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
本文编号：3377556
【文章来源】：黑龙江八一农垦大学黑龙江省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
农作
单旋翼植保无人机主要喷雾性能试验研究4要想提高雾滴沉降效果，就要合理利用旋翼风场加速雾滴沉降的特性，分析风场变化规律，进一步研究雾滴在旋翼风场中的运动轨迹，为无人机有效喷幅的研究提供理论基矗图1-2单旋翼无人机旋翼流场Fig.1-2RotorflowfieldofsinglerotorUAV1972年，Caradonna等[23]采用势流方程计算了悬停状态下旋翼无升力桨叶的流动。80年代初，Caradonna等[24]用小扰动假设计算了适合薄翼型桨叶悬停状态下的有升力流常90年代后，Srinivasan等[25]通过求解N-S方程数值模拟了不同状态下模型旋翼的流场；20世纪90年代后有一些关于旋翼风场是如何产生的机理性研究[26]。1998年唐正飞等[27]、2007年于世美等[28]通过烟流成像、激光摄影等方法捕捉到流场中涡流轨迹形成和运动变化等流动细节，但此研究受试验条件限制难以实现各种状态下的实时测量，且试验周期长、成本高。Gessow和Johnson[29-32]等人，分别完成了直升机空气动力学和旋翼空气动力学的著作，这一成果为空气动力学的发展奠定了坚实基矗王立群等[33]基于Euler方程求解悬停流场数值模拟；江雄等[34]双时间方法和网格重叠技术结合求解N-S方程，计算并获得了悬停流常2006年，招启军等[35]利用全位势方程自由尾迹方法和N-S方程的混合法进行数值模拟旋翼流场的求解。2009年，杨小权等[36]无人机悬停状态下的流场进行模拟，模拟方法采用多重网格法。2010年，TanabeY等[37]使用嵌套网格进行了直升机机身/旋翼干扰流场的数值分析，该方法能较好地模拟桨叶附近的细节流动。随后，Raffel[38]等人第一次提出了一种新的方法来研究旋翼风场的流畅情况，这种方法便是通过试验测得旋翼下方风场即粒子图像测速法（PIV）。在这之后的很长一段时间，PIV成为了研究?
速和风向的影响，通过研究得到风向对雾滴漂移有很大影响，同时雾滴的沉积位置受喷头的喷射速度和飞行速度的影响。Giles[44,45]利用金属的路径追踪器量化了无人机喷洒后的雾液沉积分布。随后有学者[46,47]提出利用风场无线传感器网络测试了无人机作业时下方产生的风场，如WangP等人通过结合风速传感器网络改变四旋翼植保无人机的不同飞行状态来分析风场对雾滴沉积及雾滴在水稻冠层穿透性的影响，研究结果表明无人机旋翼下方风场对雾滴沉积与穿透性具有显著性影响，这一结果对无人机在田间作业参数的确定提供了新思路。图1-3粒子图像测试法Fig.1-3Particleimagetest在理论研究方面，目前所用到分析旋翼流场的方法主要有经典涡流理论、动量理论、现代涡流理论、叶素理论以及CFD理论等，但各种理论都有各自的优缺点及适用情况，如动量理论只考虑无人机旋翼转动时的旋转轴对风场的影响，没有考虑无人机旋翼旋转时旋翼本身的几何形态对风场的影响，因此并不完全符合无人机作业时旋翼的实际风场特性，且只是根据无人机下方整体风场的速度特性，描述旋翼轴的作用；叶素理论虽然从桨叶各部分受力情况进行分析并建立无人机的旋翼物理模型与运动特性关系，但无法准确确定各位置的诱导速度；经典涡流理论能得出各位置的诱导速度，但不能分析诱导速度随时间的变化，也不能计入桨叶之间的气动干扰和涡系形状的畸变，使计算得
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国植保无人机的行业发展概况和发展前景[J]. 兰玉彬,王国宾. 农业工程技术. 2018(09)
[2]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)
[3]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)
[4]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)
[5]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)
[6]精准农业航空技术现状及未来展望[J]. 兰玉彬. 农业工程技术. 2017(30)
[7]无人旋翼机航空施药有效喷幅确定方法比较[J]. 宋坚利,刘杨,刘亚佳,何雄奎,李永娜,王昌陵,王士林. 中国农业大学学报. 2017(10)
[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]大载荷植保无人直升机喷雾气液两相流动数值模拟[J]. 王军锋,徐文彬,闻建龙,王晓英,罗博韬. 农业机械学报. 2017(09)
[10]粳稻多旋翼植保无人机雾滴沉积垂直分布研究[J]. 许童羽,于丰华,曹英丽,杜文,马明洋. 农业机械学报. 2017(10)
博士论文
[1]单旋翼植保无人机旋翼流场下洗气流速度分布规律研究[D]. 刘鑫.黑龙江八一农垦大学 2019
[2]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[D]. 廉琦.黑龙江八一农垦大学 2019
[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
本文编号：3377556
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