農(nóng)用無人旋翼機(jī)最優(yōu)作業(yè)參數(shù)測試裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及一種農(nóng)用無人旋翼機(jī)最優(yōu)作業(yè)參數(shù)測試裝置及測試方法，其用于在農(nóng)林業(yè)無人旋翼機(jī)航空噴霧中測試不同作業(yè)參數(shù)條件下噴霧作業(yè)效果，屬于農(nóng)用航空植保機(jī)械裝備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
:
[0002]利用無人旋翼機(jī)進(jìn)行航空植物保護(hù)作業(yè)是植保技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。航空噴灑農(nóng)藥可廣泛地應(yīng)用于林業(yè)、大田糧食作物的病蟲草害防治，特別是能有效及時(shí)地防治大面積爆發(fā)性有害生物災(zāi)害；且旋翼機(jī)具有作業(yè)高度低、霧滴飄移少、可在空中懸停、無需專用起降機(jī)場、旋翼產(chǎn)生的向下氣流有助于增加霧滴對作物的穿透性、防治效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以遠(yuǎn)距離遙控操作，使噴灑作業(yè)人員避免暴露于農(nóng)藥中的危險(xiǎn)，提高噴灑作業(yè)安全性。研宄資料表明，航空植保作業(yè)效率是地面植保作業(yè)的3-10倍，同時(shí)，相對于有人航空噴霧，無人旋翼機(jī)噴霧具有高安全性和低成本的顯著優(yōu)點(diǎn)，特別適合在山地、丘陵等崎嶇地形作業(yè)。特別地，隨著中國低空開放，航空噴霧將會得到快速發(fā)展。
[0003]在航空施藥過程中，旋翼機(jī)的噴霧性能在很大程度上取決于旋翼風(fēng)場、飛行姿態(tài)控制系統(tǒng)和農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)。對于旋翼風(fēng)場，現(xiàn)在在測試旋翼風(fēng)場時(shí)，一部分是用流場軟件模擬旋翼風(fēng)場，與真實(shí)狀態(tài)差異較大，難以確定修正指標(biāo)；另一部分是用小型風(fēng)速計(jì)布點(diǎn)測試風(fēng)場范圍和大小，再加以擬合，但布點(diǎn)的密度是有限的，所形成的風(fēng)場狀態(tài)是有限擬合的，不連續(xù)的，與真實(shí)旋翼風(fēng)場差異明顯。而采用煙霧發(fā)生器，由于煙霧粒子與空氣粒子在密度等物理特性上的極大相似性和本身的可見性，可直觀觀察旋翼風(fēng)場分布，在煙劑中加入示蹤粒子，利用其對特定波長激光束的衍射特性，結(jié)合專業(yè)設(shè)備，可以對旋翼風(fēng)場進(jìn)行可視化研宄，對其風(fēng)場分布范圍和風(fēng)速矢量分布特性進(jìn)行準(zhǔn)確的測試。具體應(yīng)用時(shí)，煙霧從旋翼上方噴入，經(jīng)過旋翼下洗風(fēng)場將煙霧卷吸往下吹出，激光束切入時(shí)，粒子圖像測速系統(tǒng)拍攝含有特定示蹤粒子的煙霧微粒激光衍射圖像，進(jìn)行圖像處理可獲取風(fēng)場實(shí)際分布數(shù)據(jù)和粒子速度矢量場。在實(shí)際飛行作業(yè)時(shí)，由于氣候、環(huán)境的實(shí)時(shí)變化及飛機(jī)自身振動的特性，無法定量研宄其作業(yè)參數(shù)變化尤其是飛機(jī)自身姿態(tài)參數(shù)的變化對噴霧效果的影響，更無法明確影響噴霧效果的重要因素及影響因子而旋翼風(fēng)場區(qū)域大小和風(fēng)場空氣粒子速度矢量分布對噴霧場的影響，由于其主要依靠流體軟件模擬和風(fēng)速傳感器單點(diǎn)和陣列式測量后的有限數(shù)據(jù)分析，屬于不可見分析，其真實(shí)性和準(zhǔn)確性大受影響。因此，目前的旋翼機(jī)施藥，更多的是依靠操作經(jīng)驗(yàn)和地面沉積實(shí)驗(yàn)，主要研宄高度變化對沉積效果的影響，而對飛機(jī)姿態(tài)(橫滾角、仰俯角和偏航角)和施藥效果的關(guān)系、旋翼風(fēng)場對霧滴速度矢量影響、飛機(jī)姿態(tài)和農(nóng)藥噴灑參數(shù)(輸藥流量、輸藥壓力、作業(yè)高度、噴頭種類、噴頭相對于機(jī)體中心的空間位置)對施藥效果的綜合影響都沒有定量精確的研宄。因此，開展離地一定高度的地面航空噴霧試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室和室外可控條件下結(jié)合可視化的檢測技術(shù)，真實(shí)地測試旋翼機(jī)在可控定量的不同作業(yè)參數(shù)條件下的施藥效果，風(fēng)場的范圍和速度矢量分布，確定規(guī)律和最優(yōu)參數(shù)組合，可以為高效率的航空植保機(jī)械提供技術(shù)支持。
[0004]因此，農(nóng)用無人旋翼機(jī)最優(yōu)作業(yè)參數(shù)測試裝置的性能及測試方法的優(yōu)劣直接關(guān)系到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和置信度，是保證航空施藥作業(yè)性能和效率的基礎(chǔ)，也是獲取優(yōu)化農(nóng)用無人旋翼機(jī)設(shè)計(jì)依據(jù)的技術(shù)支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0005]本發(fā)明提供一種能夠測試農(nóng)用無人旋翼機(jī)在不同作業(yè)參數(shù)組合條件下農(nóng)藥噴灑作業(yè)性能的農(nóng)用無人旋翼機(jī)最優(yōu)作業(yè)參數(shù)測試裝置及測試方法。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種農(nóng)用無人旋翼機(jī)最優(yōu)作業(yè)參數(shù)測試裝置，其包括飛行姿態(tài)控制臺、安置在飛行姿態(tài)控制臺上的旋翼機(jī)、作業(yè)高度升降臺、農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)、設(shè)有煙霧噴管口的煙霧發(fā)生器、懸掛裝置、激光器、同步器、CXD相機(jī)、計(jì)算機(jī)及激光粒度儀，所述煙霧發(fā)生器通過懸掛裝置安置在旋翼機(jī)中心位置處上部，所述煙霧發(fā)生器的煙霧噴管口垂直于中心位置向下，所述同步器分別與激光器、CXD相機(jī)相連以控制激光器、CXD相機(jī)同步工作，所述CCD相機(jī)與計(jì)算機(jī)相連，所述激光粒度儀與計(jì)算機(jī)相連，所述作業(yè)高度升降臺包括電動缸、高度升降臺及懸臂，所述高度升降臺的頂部連接于懸臂的一末端，所述懸臂的另一末端的上端與飛行姿態(tài)控制臺相連，下端連接有一支撐桿，所述農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)包括長度可調(diào)的噴桿、設(shè)置在噴桿上的噴頭、噴管及藥箱，所述噴頭通過噴管與藥箱相連，在所述旋翼機(jī)或者飛行姿態(tài)控制臺上設(shè)置有滑塊，所述噴桿通過球鉸與滑塊相連。
[0007]進(jìn)一步地，所述飛行姿態(tài)控制臺上固定有固定臺，所述固定臺的下部與飛行姿態(tài)控制臺相固定連接，所述旋翼機(jī)安置在固定臺上。
[0008]進(jìn)一步地，所述飛行姿態(tài)控制臺包括底盤、X軸轉(zhuǎn)臺、y軸轉(zhuǎn)臺及z軸轉(zhuǎn)臺，在底盤上設(shè)置驅(qū)動I軸轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的I軸蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，在I軸轉(zhuǎn)臺上設(shè)置驅(qū)動X軸轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的X軸蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，在z軸轉(zhuǎn)臺上設(shè)置驅(qū)動z軸轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的z軸蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步地，所述農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)還包括有連接于噴管上的第一變徑三通接頭。
[0010]進(jìn)一步地，所述作業(yè)高度升降臺的調(diào)節(jié)范圍為0.6m?5m。
[0011]進(jìn)一步地，所述旋翼機(jī)包括單旋翼飛機(jī)和多旋翼飛機(jī)。
[0012]進(jìn)一步地，所述噴頭的類型為扇形或者錐形。
[0013]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種農(nóng)用無人旋翼機(jī)最優(yōu)作業(yè)參數(shù)測試裝置的測試方法，其包括如下步驟:
[0014]第一步、將旋翼機(jī)安裝在能夠帶動旋翼機(jī)繞X軸、y軸和z軸轉(zhuǎn)動的飛行姿態(tài)控制臺上；
[0015]第二步、將作業(yè)高度升降臺和支撐桿調(diào)節(jié)到所需作業(yè)高度，安裝懸臂，懸臂的一末端與作業(yè)高度升降臺螺栓固定，另一末端與飛行姿態(tài)控制臺及支撐桿固定；
[0016]第三步、農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)安裝:把噴頭設(shè)置在噴桿上，藥箱中的模擬農(nóng)藥通過噴管到達(dá)噴頭，噴桿通過球鉸與滑塊相連，滑塊滑動設(shè)置在旋翼機(jī)或者飛行姿態(tài)控制臺上；
[0017]第四步、安裝風(fēng)速流場測試系統(tǒng)和霧滴流場測試系統(tǒng):將煙霧發(fā)生器通過懸掛裝置安置于旋翼機(jī)中心上方位置，煙霧發(fā)生器的煙霧噴管口垂直于中心位置向下，在煙霧發(fā)生器的煙劑藥箱中加入示蹤粒子，把同步器分別與激光器、CCD相機(jī)相連，把CCD相機(jī)與計(jì)算機(jī)相連；
[0018]第五步、安裝霧滴粒徑測量系統(tǒng):把激光粒度儀與計(jì)算機(jī)相連；
[0019]第六步、布置噴霧沉降測試系統(tǒng):按照噴灑有效覆蓋面積布置地面靶標(biāo)作物，按照一定的間距和高度布置試紙測點(diǎn)；
[0020]第七步、將風(fēng)速流場測試系統(tǒng)、霧滴流場測試系統(tǒng)和霧滴粒徑測量系統(tǒng)按照功能設(shè)計(jì)和使用要求安置于正確檢測位置，打開同步器，CCD相機(jī)和計(jì)算機(jī)，保證風(fēng)速流場測試激光束與煙霧場徑向面相切；打開激光器和計(jì)算機(jī)，保證所用激光粒度儀發(fā)射的激光與噴頭軸線面垂直相交，并對系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)前的軟硬件調(diào)試、背景測試和參數(shù)校準(zhǔn)；
[0021]第八步、按照設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案，調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，啟動作業(yè)高度升降臺、飛行姿態(tài)控制臺和農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)，調(diào)整作業(yè)高度，靜態(tài)或動態(tài)連續(xù)改變農(nóng)用旋翼機(jī)飛行作業(yè)參數(shù)，包括飛機(jī)姿態(tài)參數(shù)、農(nóng)藥噴灑參數(shù)、旋翼機(jī)類型進(jìn)行測試，使農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)在無旋翼機(jī)風(fēng)場條件下完成噴灑作