CN103754367A - 一种大载荷农业喷施小型无人飞行器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大载荷农业喷施小型无人飞行器及其应用，包括驱动电机、螺旋桨横梁、机身、蓄电池和控制系统、螺旋桨转向装置、高压容器、起落架、螺旋桨、喷头和高压阀，在飞行时利用喷施对象的反作用力辅助螺旋桨产生升力，增大了无人飞行器的有效载荷，提高了工作效率，而且可增加续航时间，便于飞行姿态调整，提高了小型无人飞行器用于大面积农田喷施的可行性。

Description

一种大载荷农业喷施小型无人飞行器及其应用

技术领域

本发明涉及农业领域，特别涉及一种大载荷农业喷施小型无人飞行器及其应用。

背景技术

随着农业现代化的发展，对农用飞行器的需求越来越大，如大面积农田的农药和叶面肥的喷施、高空农田信息采集、山地丘陵地区果园运送和其它农业空中作业等。农业用小型无人飞行器具有成本低，使用安全，便于推广等特点，但载荷较小是该类飞行器的主要缺点，特别是进行大面积农田的喷施作业时，由于以液体为主的喷施对象重量很大，成为束缚小型无人飞行器在农业大田喷施作业的主要原因之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提出一种大载荷农业喷施小型无人飞行器及其应用，可实现大幅增加小型无人飞行器喷施作业的有效载荷。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种大载荷农业喷施小型无人飞行器，包括机身3和喷头9；机身3的内部是高压密封舱，机身3的顶部顺序连接有蓄电池和控制系统4、螺旋桨转向装置5和高压容器6，机身3的下部安装有一个或以上的喷头9；螺旋桨横梁2穿过螺旋桨转向装置5，并与螺旋桨转向装置5内部电机驱动的转向装置相连接，螺旋桨横梁2可沿轴向方向转动0～90度；螺旋桨横梁2的两端固定有2个驱动电机1，驱动电机1的转子输出轴上安装有螺旋桨8，在飞行器静止、垂直起飞或降落时螺旋桨8旋转平面呈水平方向，在飞行器巡航时螺旋桨8旋转平面呈90度竖直姿态以提供水平推力；高压容器6与机身3通过高压阀10联通；起落架7固定在机身3外侧下方；蓄电池和控制系统4为驱动电机1提供动力和控制信号，同时控制螺旋桨转向装置5的转动角度、高压阀10和喷头9的开闭。

机身3两侧还可以有固定翼。

喷头9还可以安装在机身3的后部。

上述大载荷农业喷施小型无人飞行器的应用，包括下述过程：

（1）准备：机身3的内部预先装满喷施的农药或其他液体，高压容器6的内部预先充满高压气体，作为喷施和反推动力；

（2）起飞：飞行器起飞时依靠2个螺旋桨8水平转动，产生向下的推力，此时驱动电机1满负荷工作；

（3）喷施：飞行器飞到一定高度时，由地面遥控或自动控制信号命令，蓄电池和控制系统4开启高压阀10和喷头9，机身3内部的液体由高压容器6内部的高压气体推压，从喷头9中高速喷出，由于液体密度大，可产生较大的反推力来提供升力；同时，螺旋桨转向装置5工作，使螺旋桨横梁2转动90度，螺旋桨8随之转动，螺旋桨8的推力方向由垂直向下逐渐变为水平，提供飞行器前进所需的推力，此时驱动电机1低功率运行，通过2个驱动电机1差速控制，实现飞行器前进轨迹控制，完成喷施作业；

（4）降落：随着机身3内部液体减少，逐步关闭喷头9的数量，减小的反作用力由逐步恢复初始角度的螺旋桨8提供，在液体全部喷施完毕后，关闭所有的喷头和高压阀10，此时螺旋桨8已处于水平姿态，其推力垂直向下，完成降落；

（5）静止：静止时由起落架7支撑飞行器于地面。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明的原理与结构不同于目前的农用飞行器，利用喷施对象的反作用力辅助螺旋桨产生升力，增大了无人飞行器的有效载荷，提高了工作效率。

2、本发明与同功率的飞行器相比，可增加续航时间，便于飞行姿态调整，提高了小型无人飞行器用于大面积农田喷施的可行性。

附图说明

图1为本发明飞行器的俯视图示意图。

图2为本发明飞行器前进飞行时的侧视示意图。

其中，1、驱动电机；2、螺旋桨横梁；3、机身；4、蓄电池和控制系统；5、螺旋桨转向装置；6、高压容器；7、起落架；8、螺旋桨；9、喷头；10、高压阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1和图2所示，一种大载荷农业喷施小型无人飞行器，包括机身3和喷头9；机身3的内部是高压密封舱，机身3的顶部顺序连接有蓄电池和控制系统4、螺旋桨转向装置5和高压容器6，机身3的下部安装有一个或以上的喷头9；螺旋桨横梁2穿过螺旋桨转向装置5，并与螺旋桨转向装置5内部电机驱动的转向装置相连接，螺旋桨横梁2可沿轴向方向转动0～90度；螺旋桨横梁2的两端固定有2个驱动电机1，驱动电机1的转子输出轴上安装有螺旋桨8，在飞行器静止、垂直起飞或降落时螺旋桨8旋转平面呈水平方向以提供升力，在飞行器达到一定高度进行巡航时螺旋桨8旋转平面呈90度竖直姿态以提供水平推力，并利用差速控制实现飞行器前进和轨迹控制；高压容器6与机身3通过高压阀10联通；4个起落架7固定在机身3外侧下方；蓄电池和控制系统4为驱动电机1提供动力和控制信号，同时控制螺旋桨转向装置5的转动角度、高压阀10和喷头9的开闭。

上述大载荷农业喷施小型无人飞行器在起飞前，螺旋桨8处于水平姿态，机身3的内部预先装满喷施的农药，高压容器6的内部预先充满高压气体以作为喷施和反推动力，蓄电池和控制系统4处于充满电的状态。起飞时，飞行器依靠2个螺旋桨8水平转动，产生垂直向下的推力，此时驱动电机1满负荷工作。飞行器飞到一定高度时，由地面遥控或自动控制信号命令，蓄电池和控制系统4开启高压阀10和喷头9，机身3内部的液体由高压容器6内部的高压气体推压，从喷头9中高速喷出，由于液体密度大，可产生较大的反推力来提供升力；同时，螺旋桨转向装置5工作，使螺旋桨横梁2转动90度，螺旋桨8随之转动，螺旋桨8的推力方向由垂直向下逐渐变为水平，提供飞行器前进所需的推力，此时驱动电机1低功率运行，只提供飞行器前进方向推力，通过2个驱动电机1对机身3两侧的螺旋桨8进行差速控制，实现飞行器前进轨迹控制，此时飞行器处于低能耗飞行状态，同时完成喷施作业。随着机身3内部液体不断减少，逐步关闭喷头9的数量，同时逐步恢复螺旋桨8的角度，喷头9减小的反作用力由逐步恢复初始角度的螺旋桨8提供，在液体全部喷施完毕后，关闭所有的喷头和高压阀10，此时螺旋桨8已处于水平姿态，其推力垂直向下，完成降落。

实施例2

原理如实施例1，可在机身3两侧合适位置增加安装固定翼，在飞行器水平飞行时产生辅助升力来弥补喷头9反推力的不足。

实施例3

原理如实施例1，可将机身3下方的喷头9分布在不同位置和角度，增加飞行器平衡，也可安装若干喷头9在机身3的后部，产生向前的推力，螺旋桨8不需转动角度，只降低运行功耗，由喷头9产生的水平推力完成行进轨迹控制。该方案简化了控制设计，降低了原成本。

Claims (4)

1.一种大载荷农业喷施小型无人飞行器，其特征在于：包括机身和喷头；机身的内部是高压密封舱，机身的顶部顺序连接有蓄电池和控制系统、螺旋桨转向装置和高压容器，机身的下部安装有一个或以上的喷头；螺旋桨横梁穿过螺旋桨转向装置，并与螺旋桨转向装置内部电机驱动的转向装置相连接，螺旋桨横梁可沿轴向方向转动0～90度；螺旋桨横梁的两端固定有2个驱动电机，驱动电机的转子输出轴上安装有螺旋桨，在飞行器静止、垂直起飞或降落时螺旋桨旋转平面呈水平方向，在飞行器巡航时螺旋桨旋转平面呈90度竖直姿态以提供水平推力；高压容器与机身通过高压阀联通；起落架固定于机身外侧下方；蓄电池和控制系统为驱动电机提供动力和控制信号，同时控制螺旋桨转向装置的转动角度、高压阀和喷头的开闭。

2.根据权利要求1所述的大载荷农业喷施小型无人飞行器，其特征在于：机身的两侧安装有固定翼。

3.根据权利要求1所述的大载荷农业喷施小型无人飞行器，其特征在于：机身的后部安装有一个或以上的喷头。

4.一种权利要求1～3任一项所述大载荷农业喷施小型无人飞行器的应用，其特征在于包括下述过程：

（1）准备：机身的内部预先装满喷施的农药或其他液体，高压容器的内部预先充满高压气体，作为喷施和反推动力；

（2）起飞：飞行器起飞时依靠2个螺旋桨水平转动，产生向下的推力，此时驱动电机满负荷工作；

（3）喷施：飞行器飞到一定高度时，由地面遥控或自动控制信号命令，蓄电池和控制系统开启高压阀和喷头，机身内部的液体由高压容器内部的高压气体推压，从喷头中高速喷出，由于液体密度大，可产生较大的反推力来提供升力；同时，螺旋桨转向装置工作，使螺旋桨横梁转动90度，螺旋桨随之转动，螺旋桨的推力方向由垂直向下逐渐变为水平，提供飞行器前进所需的推力，此时驱动电机低功率运行，通过2个驱动电机差速控制，实现飞行器前进轨迹控制，完成喷施作业；

（4）降落：随着机身内部液体减少，逐步关闭喷头的数量，减小的反作用力由逐步恢复初始角度的螺旋桨提供，在液体全部喷施完毕后，关闭所有的喷头和高压阀，此时螺旋桨已处于水平姿态，其推力垂直向下，完成降落；

（5）静止：静止时由起落架支撑飞行器于地面。

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