農(nóng)用無人旋翼機(jī)設(shè)計(jì)及霧滴分布試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著近些年來航空事業(yè)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)航空已成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要組成部分，現(xiàn)有的農(nóng)用航空飛行器主要是固定翼及直升機(jī)兩種，這兩種機(jī)型為航空領(lǐng)域中的主流機(jī)型，固定翼的特點(diǎn)是高速、效率較高，直升機(jī)的特點(diǎn)是可懸停、飛行速度低、能耗高，這兩種機(jī)型各有特點(diǎn)。然而，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，以上兩種飛行器也各有缺點(diǎn)，固定翼的跑道要求高，浪費(fèi)農(nóng)業(yè)土地資源，并且其速度高、噴施漂移大，噴施效果不好;直升機(jī)能耗大、維護(hù)成本高、效率低。在認(rèn)識(shí)到這兩種機(jī)型的缺點(diǎn)后，本文采用了旋

2、翼機(jī)這一機(jī)型進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高、可低速飛行、起飛距離短，其飛行特點(diǎn)適用于農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域。并且，本文將其設(shè)計(jì)為無人旋翼機(jī)，以此來減少農(nóng)藥噴施對(duì)人體的傷害，并依據(jù)其動(dòng)力學(xué)模型建立試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)霧滴分布情況進(jìn)行研究，主要內(nèi)容如下:
　　首先，依據(jù)旋翼機(jī)動(dòng)力學(xué)特性，針對(duì)直升機(jī)及旋翼機(jī)這兩種相似模型進(jìn)行對(duì)比分析，確定旋翼機(jī)基本設(shè)計(jì)參數(shù)。分析該旋翼機(jī)航向穩(wěn)定性、縱向穩(wěn)定性、橫向穩(wěn)定性，依據(jù)分析結(jié)果對(duì)旋翼機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3、分析旋翼機(jī)重要的主旋翼槳轂系統(tǒng)的揮舞特性及擺振特性，進(jìn)行槳轂設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)要求及穩(wěn)定性分析結(jié)果確定動(dòng)力系統(tǒng)位置及電機(jī)參數(shù)、起落架模型等。為方便旋翼機(jī)在農(nóng)田中工作，設(shè)計(jì)可折疊式噴施藥桿機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后按照具體參數(shù)進(jìn)行建模，并將模型導(dǎo)入到ANSYS CFX模塊中進(jìn)行機(jī)體流場分析在CFX模塊中設(shè)定流場條件，驗(yàn)證流體效果，得到仿真結(jié)果及驗(yàn)證流體不平衡值。
　　其次，針對(duì)噴施關(guān)鍵部件的安裝位置及霧滴漂移情況進(jìn)行分析，本文設(shè)計(jì)了三因素

4、三水平的中心組合試驗(yàn)，對(duì)噴頭的安裝位置進(jìn)行優(yōu)化研究，通過設(shè)計(jì)噴頭與主旋翼高度差、噴頭與主旋翼X軸位置、噴頭與主旋翼Y軸位置三個(gè)因素并進(jìn)行水平選擇，同時(shí)設(shè)計(jì)一組24×24的矩陣進(jìn)行樣品采集，得到噴施漂移量和有效噴幅內(nèi)質(zhì)量兩組數(shù)據(jù)，先將數(shù)據(jù)整合到matlab設(shè)計(jì)的GUI界面中進(jìn)行展示，獲得霧滴分布范圍圖表，以此掌握分布規(guī)律。
　　最后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Design expert中進(jìn)行分析，通過相應(yīng)曲面法得到最優(yōu)解。得到各因素相對(duì)漂移量的影響

5、程度依次為:噴頭與主旋翼高度差＞噴頭與主旋翼X軸位置＞噴頭與主旋翼Y軸位置;各因素對(duì)有效噴幅內(nèi)質(zhì)量的影響程度依次為:噴頭與主旋翼高度差＞噴頭與主旋翼X軸位置＞噴頭與主旋翼Y軸位置。通過試驗(yàn)結(jié)果對(duì)噴頭位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定了噴頭的位置的最佳安裝位置。總結(jié)了該氣動(dòng)模型下霧滴分布規(guī)律。
　　本文通過設(shè)計(jì)農(nóng)用無人旋翼機(jī)的結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行流體分析，結(jié)合solidworks、matlab、designexpert等軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，得到噴頭安裝