多旋翼植保無人機(jī)升效的設(shè)計步驟

1、多旋翼植保無人機(jī)升效的設(shè)計步驟植保無人機(jī)的主要任務(wù)是裝載農(nóng)藥進(jìn)行噴灑作業(yè)，農(nóng)藥載重量是提高航空植保作業(yè)效率至關(guān)重要的因素。從技術(shù)上講，植保無人機(jī)的農(nóng)藥載重量取決于其動力分系統(tǒng)的設(shè)計，而無人機(jī)的升效是動力分系統(tǒng)設(shè)計時最為重要的技術(shù)指標(biāo)。無人機(jī)的升效定義為總升力與總功率的比值。與之相區(qū)別，單軸（單個旋翼）的升力與功率的比值稱為槳效。作為多旋翼無人機(jī)而言，無人機(jī)升效是多個單軸槳效的合成。設(shè)計步驟如下：一、設(shè)計槳效。第一步，確定單軸升力。單軸升力 損耗補(bǔ)償系數(shù)最大起飛重量旋翼個數(shù)。損耗補(bǔ)償系數(shù)是為彌補(bǔ)多軸合成升力的損失設(shè)定的，是一個經(jīng)驗值，需要通過大量的試驗數(shù)據(jù)綜合歸納得出。第二步，設(shè)計螺旋槳形狀。根

2、據(jù)單軸升力、多旋翼結(jié)構(gòu)尺寸等因素，設(shè)計螺旋槳的參數(shù)，主要包括：螺旋槳葉數(shù)、螺旋槳直徑、螺旋槳螺距、螺旋槳材質(zhì)等。多旋翼是定螺距槳型，設(shè)計相對簡單一些。從設(shè)計槳效角度，槳型設(shè)計要充分考慮與驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速相匹配。第三步，設(shè)計驅(qū)動電機(jī)。根據(jù)槳型氣動力參數(shù)，設(shè)計驅(qū)動電機(jī)的各項參數(shù)，主要包括：電機(jī)額定功率、電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、電機(jī)最大轉(zhuǎn)速、電機(jī)額定扭矩、電機(jī)最大扭矩、電機(jī)功重比等。多旋翼是以各個螺旋槳轉(zhuǎn)速來控制升力的，因此重點圍繞轉(zhuǎn)速來設(shè)計驅(qū)動電機(jī)各項指標(biāo)，對提高槳效是非常重要的。第四步，檢驗槳效。將設(shè)計好的螺旋槳和驅(qū)動電機(jī)組合成實驗樣機(jī)，就可以在檢驗臺上進(jìn)行槳效的試驗工作了。檢驗臺要求較簡單，只要能容易固定

3、實驗樣機(jī)，并檢測出實時升力，以及同時的供電電流等參數(shù)即可。不斷加大電機(jī)的轉(zhuǎn)速，升力和電流都會上升，記錄升力和電流的關(guān)系曲線，將可換算成實驗樣機(jī)的升力和槳效關(guān)系曲線。檢驗升力和槳效關(guān)系曲線，可清楚得出實驗樣機(jī)在給定設(shè)計升力范圍內(nèi)的槳效關(guān)系。重復(fù)第二步到第四步，反復(fù)調(diào)整槳型、電機(jī)各參數(shù)的設(shè)計，檢驗各種實驗樣機(jī)的升力和槳效關(guān)系曲線，從而選擇出最優(yōu)化的槳效設(shè)計實驗樣機(jī)，并將其升力和槳效關(guān)系曲線作為下一步設(shè)計的技術(shù)參數(shù)依據(jù)。二、設(shè)計飛控。多旋翼無人機(jī)是一種欠驅(qū)動系統(tǒng)，無人機(jī)實時狀態(tài)的6個自由度，完全依靠多個旋翼產(chǎn)生的升力來進(jìn)行調(diào)整控制。因此，多旋翼無人機(jī)的升效取決于多個旋翼單軸槳效的合成效率，同時受到無

4、人機(jī)飛行狀態(tài)的極大影響。多旋翼的飛行狀態(tài)控制對提高無人機(jī)升效具有十分重要的作用。多旋翼植保無人機(jī)作業(yè)飛行要求相對比較簡單，一般要求等高、直線、勻速飛行，起降需要緩速平穩(wěn)，抗風(fēng)能力在五級以下。根據(jù)植保作業(yè)的特點，有效設(shè)計飛控，可較好地提高無人機(jī)的升效。為提高升效設(shè)計飛控分為兩個層面：飛控算法層面和飛控應(yīng)用層面。飛控算法層面：這部分過于專業(yè)，也非常復(fù)雜，涉及飛控的核心算法，一般的飛控廠家沒有能力在此層面上設(shè)計研發(fā)，在此不加贅述。但設(shè)計原則應(yīng)該是明確的，就是要依據(jù)槳效參數(shù)，結(jié)合植保作業(yè)特點，限定制約“過激”的飛行狀態(tài)，使能量有效用于簡單的植保作業(yè)飛行動作上。飛控應(yīng)用層面：可為植保無人機(jī)飛行設(shè)置一些限

5、定條件。在無人機(jī)起降階段，限定起降速度和加速度；在植保作業(yè)階段，限定最大速度，限定加減速時的最大加速度。這些限定也同樣是為了限定制約“過激”的飛行狀態(tài)，提高植保作業(yè)的升效。三、設(shè)計效果預(yù)期。無人機(jī)升效的提高，節(jié)能效果明顯。我們對最大起飛重量35KG，有效載藥10KG的多旋翼植保機(jī)進(jìn)行過測試，平均升效只有3.5KG/KW。究其原因，主要是使用的全是航模電機(jī)和航模飛控，不是為植保無人機(jī)專門設(shè)計，槳效本身就不高，飛控對槳效的合成效率也不高。經(jīng)過設(shè)計試驗，我們將平均升效提高到7KG/KW以上，升效提高了一倍，最直接的效果就是完成同樣的植保作業(yè)，電池節(jié)省了一半容量。目前，電池是植保作業(yè)成本的制約因素，減少了電池成本，使無人機(jī)植保更加貼近實際應(yīng)用。無人機(jī)升效的提高，減少了機(jī)體內(nèi)電磁干擾。升效提高，節(jié)省了電能消耗，電池供電的電流相對有較大的減小，從而使在狹窄機(jī)體內(nèi)通過大電流的導(dǎo)線輻射出的電磁干擾下降，這對提高飛控系統(tǒng)的穩(wěn)定性十分有利。無人機(jī)升效的提高，增加了植保無人機(jī)操控的穩(wěn)定性。