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無人機噴灑農藥時一直在做高速飛行運動,并存在急速轉彎旋轉的情況,引起藥箱內農藥晃動,因慣性給無人機帶來巨大的反作用力,使無人機能源消耗加大,飛行不穩定。通過試驗,設計一種防震蕩藥箱解決這一問題。
1.藥箱內部設計
通過藥液晃動測試和藥量變化晃動測試,分別試驗藥箱分層能否抵消或減少藥液晃動產生的反作用力,不同層數藥箱不同藥量情況下晃動帶來的反作用力大小。
(1)藥液晃動測試試驗方法
取2個容量為10kg藥箱,藥箱1不做任何處置;藥箱2將頂蓋切開,加入帶孔隔層后粘合頂蓋。將兩藥箱分別裝上無人機進行10m/秒運動急停,讀取無人機飛控參數獲取反作用力數據,測試藥液晃動帶來的反作用力大小。試驗結果 在滿載時,裝載兩種藥箱的無人機均不晃動。載藥量低于10kg時,藥箱1晃動產生的反作用力超出飛行安全值,藥箱2晃動產生的反作用力在飛行控制系統安全范圍值內。
(2)藥量變化晃動測試試驗方法
取2個容量為10kg藥箱,將頂蓋切開,加入帶孔隔層后粘合頂蓋,其中藥箱1加入2層隔層,藥箱2加入4層隔層。將兩藥箱分別裝上無人機進行10m/秒運動急停,讀取無人機飛控參數獲取反作用力數據,測試反作用力大小。試驗結果 在滿載時,搭載藥箱1和藥箱2的無人機晃動幅度基本相同;載藥量低于10kg時,藥箱1晃動大于藥箱2。
(3)結論
結合無人機噴灑流量的速率,通過藥箱分層,能有效防止因反作用力帶來的無人機晃動,加入4層隔層的藥箱防震蕩效果更好。
2.無人機起飛重量與飛行時間、安全電壓比值
試驗1 采用10kg標準負載飛行平臺,配6S-22.2V-16000毫安電池2片,裝載普通材質藥箱(自重2kg),滿載(10kg)后進行藥液噴灑,噴灑完畢測量單片電池電壓。試驗結果 打開無人機低電壓返航功能,藥液噴灑完畢用時8分鐘,單片電池電壓3.85V;關閉無人機低電壓返航功能,藥液噴灑完畢用時8分鐘,單片電池電壓3.42V。
試驗2 采用10KG標準負載飛行平臺,配6S-22.2V-16000毫安電池2片,裝載普通塑料或PE材質藥箱(自重2kg),裝載8kg藥液后進行噴灑作業,噴灑完畢測量單片電池電壓。試驗結果 打開無人機低電壓返航功能,藥液噴灑完畢用時6.5分鐘,單片電池電壓3.92V;關閉無人機低電壓返航功能,藥液噴灑完畢用時6.5分鐘,單片電池電壓3.72V。
結論
實驗1電池處于嚴重過放狀態,結果導致電池使用壽命極大縮短,植保無人機鋰電池市場價格為1000元/塊,電池使用成本約為2元/畝;實驗2電池電壓處于安全值,但加藥頻繁,降低了電池使用成本的同時卻降低了作業效率。因此,藥箱自重如控制在500g內,在載藥量不變的情況下作業成本約1元/畝,增效效果明顯。
3.建議
由于藥箱是密封容器,在傳統材料與生產工藝條件下無法做到內部隔層。碳纖維材料是目前最合適作為本設計制作材料之一,經測試,10kg藥箱加分層(四層)結構件總重不超過480g,在設計要求范圍內。
作者:劉欣怡