CN104568006B - 农用无人旋翼机最优作业参数测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种农用无人旋翼机最优作业参数测试装置及测试方法，其中无人旋翼机最优作业参数测试装置包括旋翼机、飞行姿态控制台、作业高度升降台、农药喷洒系统、风速流场测试系统及喷雾性能测试系统，其喷雾性能测试系统包括雾滴流场测试系统、雾滴粒径测量系统和喷雾沉降测试系统。本发明能够全面、系统、综合、量化地提供不同飞机结构(单旋翼、多旋翼)、农药喷洒参数(输药流量、输药压力、作业高度、喷头相对于机体中心的位置)、环境影响(风速、风向、温度、湿度)、飞机姿态参数(横滚角、仰俯角和偏航角)对雾滴和风速流场均匀性、雾滴粒径分布等施药效果和施药效率的影响，测试旋翼机农用喷洒作业的喷雾性能，研究最佳施药组合参数。

Description

农用无人旋翼机最优作业参数测试装置及测试方法

技术领域：

本发明涉及一种农用无人旋翼机最优作业参数测试装置及测试方法，其用于在农林业无人旋翼机航空喷雾中测试不同作业参数条件下喷雾作业效果，属于农用航空植保机械装备技术领域。

背景技术：

利用无人旋翼机进行航空植物保护作业是植保技术的主要发展方向之一。航空喷洒农药可广泛地应用于林业、大田粮食作物的病虫草害防治，特别是能有效及时地防治大面积爆发性有害生物灾害；且旋翼机具有作业高度低、雾滴飘移少、可在空中悬停、无需专用起降机场、旋翼产生的向下气流有助于增加雾滴对作物的穿透性、防治效率高等诸多优点，可以远距离遥控操作，使喷洒作业人员避免暴露于农药中的危险，提高喷洒作业安全性。研究资料表明，航空植保作业效率是地面植保作业的3-10倍，同时，相对于有人航空喷雾，无人旋翼机喷雾具有高安全性和低成本的显著优点，特别适合在山地、丘陵等崎岖地形作业。特别地，随着中国低空开放，航空喷雾将会得到快速发展。

在航空施药过程中，旋翼机的喷雾性能在很大程度上取决于旋翼风场、飞行姿态控制系统和农药喷洒系统。对于旋翼风场，现在在测试旋翼风场时，一部分是用流场软件模拟旋翼风场，与真实状态差异较大，难以确定修正指标；另一部分是用小型风速计布点测试风场范围和大小，再加以拟合，但布点的密度是有限的，所形成的风场状态是有限拟合的，不连续的，与真实旋翼风场差异明显。而采用烟雾发生器，由于烟雾粒子与空气粒子在密度等物理特性上的极大相似性和本身的可见性，可直观观察旋翼风场分布，在烟剂中加入示踪粒子，利用其对特定波长激光束的衍射特性，结合专业设备，可以对旋翼风场进行可视化研究，对其风场分布范围和风速矢量分布特性进行准确的测试。具体应用时，烟雾从旋翼上方喷入，经过旋翼下洗风场将烟雾卷吸往下吹出，激光束切入时，粒子图像测速系统拍摄含有特定示踪粒子的烟雾微粒激光衍射图像，进行图像处理可获取风场实际分布数据和粒子速度矢量场。在实际飞行作业时，由于气候、环境的实时变化及飞机自身振动的特性，无法定量研究其作业参数变化尤其是飞机自身姿态参数的变化对喷雾效果的影响，更无法明确影响喷雾效果的重要因素及影响因子而旋翼风场区域大小和风场空气粒子速度矢量分布对喷雾场的影响，由于其主要依靠流体软件模拟和风速传感器单点和阵列式测量后的有限数据分析，属于不可见分析，其真实性和准确性大受影响。因此，目前的旋翼机施药，更多的是依靠操作经验和地面沉积实验，主要研究高度变化对沉积效果的影响，而对飞机姿态(横滚角、仰俯角和偏航角)和施药效果的关系、旋翼风场对雾滴速度矢量影响、飞机姿态和农药喷洒参数(输药流量、输药压力、作业高度、喷头种类、喷头相对于机体中心的空间位置)对施药效果的综合影响都没有定量精确的研究。因此，开展离地一定高度的地面航空喷雾试验，在实验室和室外可控条件下结合可视化的检测技术，真实地测试旋翼机在可控定量的不同作业参数条件下的施药效果，风场的范围和速度矢量分布，确定规律和最优参数组合，可以为高效率的航空植保机械提供技术支持。

因此，农用无人旋翼机最优作业参数测试装置的性能及测试方法的优劣直接关系到试验数据的可靠性和置信度，是保证航空施药作业性能和效率的基础，也是获取优化农用无人旋翼机设计依据的技术支撑。

发明内容：

本发明提供一种能够测试农用无人旋翼机在不同作业参数组合条件下农药喷洒作业性能的农用无人旋翼机最优作业参数测试装置及测试方法。

本发明采用如下技术方案：一种农用无人旋翼机最优作业参数测试装置，其包括飞行姿态控制台、安置在飞行姿态控制台上的旋翼机、作业高度升降台、农药喷洒系统、设有烟雾喷管口的烟雾发生器、悬挂装置、激光器、同步器、CCD相机、计算机及激光粒度仪，所述烟雾发生器通过悬挂装置安置在旋翼机中心位置处上部，所述烟雾发生器的烟雾喷管口垂直于中心位置向下，所述同步器分别与激光器、CCD相机相连以控制激光器、CCD相机同步工作，所述CCD相机与计算机相连，所述激光粒度仪与计算机相连，所述作业高度升降台包括电动缸、高度升降台及悬臂，所述高度升降台的顶部连接于悬臂的一末端，所述悬臂的另一末端的上端与飞行姿态控制台相连，下端连接有一支撑杆，所述农药喷洒系统包括长度可调的喷杆、设置在喷杆上的喷头、喷管及药箱，所述喷头通过喷管与药箱相连，在所述旋翼机或者飞行姿态控制台上设置有滑块，所述喷杆通过球铰与滑块相连。

进一步地，所述飞行姿态控制台上固定有固定台，所述固定台的下部与飞行姿态控制台相固定连接，所述旋翼机安置在固定台上。

进一步地，所述飞行姿态控制台包括底盘、x轴转台、y轴转台及z轴转台，在底盘上设置驱动y轴转台转动的y轴蜗轮蜗杆机构，在y轴转台上设置驱动x轴转台转动的x轴蜗轮蜗杆机构，在z轴转台上设置驱动z轴转台转动的z轴蜗轮蜗杆机构。

进一步地，所述农药喷洒系统还包括有连接于喷管上的第一变径三通接头。

进一步地，所述作业高度升降台的调节范围为0.6m～5m。

进一步地，所述旋翼机包括单旋翼飞机和多旋翼飞机。

进一步地，所述喷头的类型为扇形或者锥形。

本发明采用如下技术方案：一种农用无人旋翼机最优作业参数测试装置的测试方法，其包括如下步骤：

第一步、将旋翼机安装在能够带动旋翼机绕x轴、y轴和z轴转动的飞行姿态控制台上；

第二步、将作业高度升降台和支撑杆调节到所需作业高度，安装悬臂，悬臂的一末端与作业高度升降台螺栓固定，另一末端与飞行姿态控制台及支撑杆固定；

第三步、农药喷洒系统安装：把喷头设置在喷杆上，药箱中的模拟农药通过喷管到达喷头，喷杆通过球铰与滑块相连，滑块滑动设置在旋翼机或者飞行姿态控制台上；

第四步、安装风速流场测试系统和雾滴流场测试系统：将烟雾发生器通过悬挂装置安置于旋翼机中心上方位置，烟雾发生器的烟雾喷管口垂直于中心位置向下，在烟雾发生器的烟剂药箱中加入示踪粒子，把同步器分别与激光器、CCD相机相连，把CCD相机与计算机相连；

第五步、安装雾滴粒径测量系统：把激光粒度仪与计算机相连；

第六步、布置喷雾沉降测试系统：按照喷洒有效覆盖面积布置地面靶标作物，按照一定的间距和高度布置试纸测点；

第七步、将风速流场测试系统、雾滴流场测试系统和雾滴粒径测量系统按照功能设计和使用要求安置于正确检测位置，打开同步器，CCD相机和计算机，保证风速流场测试激光束与烟雾场径向面相切；打开激光器和计算机，保证所用激光粒度仪发射的激光与喷头轴线面垂直相交，并对系统进行试验前的软硬件调试、背景测试和参数校准；

第八步、按照设计的试验方案，调整各项参数，启动作业高度升降台、飞行姿态控制台和农药喷洒系统，调整作业高度，静态或动态连续改变农用旋翼机飞行作业参数，包括飞机姿态参数、农药喷洒参数、旋翼机类型进行测试，使农药喷洒系统在无旋翼机风场条件下完成喷洒作业；利用雾滴流场测试系统和雾滴粒径测量系统分别测试无旋翼机风场影响下的雾滴流场、雾滴粒径场；利用喷雾沉降测试系统对地面布置的靶标作物的农药沉积效果、飘移、穿透进行测试；

第九步、启动农用无人旋翼机，手动或者遥控启动烟雾发生器，利用风速流场测试系统完成旋翼机风场分布范围和风场粒子速度矢量分布测试；启动农用无人旋翼机，使农药喷洒系统在控制参数下的旋翼机形成的风场中完成喷洒作业，利用雾滴流场测试系统完成旋翼机风场下雾滴流场粒子速度矢量场和分布状态测量；利用雾滴粒径测量系统完成旋翼机风场下喷雾雾滴的粒径检测；利用喷雾沉降测试系统完成旋翼机风场下地面布置的目标作物的农药沉积效果、飘移、穿透性测试；

第十步、完成测试后，对无旋翼和有旋翼两种状态下获得的数据和采集的图像进行分析和对比，计算不同环境条件和作业参数下的施药效果和施药效率，得出最优作业参数组合。

进一步地，所述飞机姿态参数包括旋翼机绕x轴转动的横滚角、绕y轴转动的仰俯角和绕z轴转动的偏航角，所述农药喷洒参数包括喷头类型、喷头数量、喷管输药流量、喷管输药压力、旋翼机作业高度、喷头相对于旋翼机中心的空间位置，所述旋翼机类型包括单旋翼、多旋翼。

本发明具有如下有益效果：本发明农用无人旋翼机最优作业参数测试装置能够全面、系统、综合、量化地提供不同飞机结构(单旋翼、多旋翼)、农药喷洒参数(输药流量、输药压力、作业高度、喷头相对于机体中心的位置)、环境影响(风速、风向、温度、湿度)、飞机姿态参数(横滚角、仰俯角和偏航角)对雾滴和风速流场均匀性、雾滴粒径分布等施药效果和施药效率的影响，测试旋翼机农用喷洒作业的喷雾性能，研究最佳施药组合参数。

附图说明：

图1为本发明农用无人旋翼机最优作业参数测试装置示意图。

图2为飞行姿态控制台示意图。

其中：

1-旋翼机；2-喷头；3-CCD相机；4-同步器；5-激光器；6-支撑杆；7-计算机；8-激光粒度仪；9-药箱；10-直流稳压电源；11-直流泵；12-电动缸；13-高度升降台；14-悬臂；15-第一变径三通接头；16-喷杆；17-固定台；18-飞行姿态控制台；19-烟雾发生器；20-悬挂装置；21-x轴转台，22-z轴转台，23-y轴转台。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步描述。

请参照图1和图2所示，本发明农用无人旋翼机最优作业参数测试装置包括旋翼机1、飞行姿态控制台18、作业高度升降台、农药喷洒系统、风速流场测试系统及喷雾性能测试系统，其中喷雾性能测试系统包括雾滴流场测试系统、雾滴粒径测量系统和喷雾沉降测试系统。在飞行姿态控制台18上固定有固定台17，其中固定台17的下部与飞行姿态控制台18相固定连接，旋翼机1安置在固定台17上。

飞行姿态控制台18的结构包括底盘、x轴转台、y轴转台及z轴转台，在底盘上设置驱动y轴转台转动的y轴蜗轮蜗杆机构，y轴蜗轮蜗杆机构中，蜗杆与y轴驱动电机相连，与蜗杆配合的蜗轮轴上设置y轴转台，y轴驱动电机动作，蜗杆转动，蜗轮即转动，y轴转台随蜗轮轴绕y轴转动，实现旋翼机的仰俯动作。在y轴转台上设置驱动x轴转台转动的x轴蜗轮蜗杆机构，在z轴转台上设置驱动z轴转台转动的z轴蜗轮蜗杆机构，x轴转台设置在x轴蜗轮蜗杆机构中的蜗杆轴上。z轴转台设置在z轴蜗轮蜗杆机构中的蜗杆轴上。x轴蜗轮蜗杆机构、z轴蜗轮蜗杆机构与上述的y轴蜗轮蜗杆机构类似，不再描述。x轴驱动电机动作，实现旋翼机的横滚，z轴驱动电机动作，实现旋翼机的偏航。由于旋翼机1安置在飞行姿态控制台18顶部，因此飞行姿态控制台18能够带动旋翼机1绕x轴、y轴和z轴转动，以实现旋翼机的横滚、仰俯和偏航姿态的精确变化。

作业高度升降台包括电动缸12及高度升降台13，电动缸12及高度升降台13的结合可实现作业高度在0.6～5m范围内调节，在高度升降台13的顶部螺栓连接有一悬臂14，悬臂14的另一端的上端与飞行姿态控制台18相连，下端连接有一支撑杆6，通过支撑杆6支撑着悬臂14的另一端。支撑杆6能够上下升降，且支撑杆6与高度升降台通过悬臂14相连且保持高度一致。作业高度升降台能够精确调整旋翼机有效作业高度，其支撑杆6和悬臂14设计在保证定量调整、安全操作的前提下，最大限度地减少了支撑结构的体积和形状对旋翼机风场的影响。

农药喷洒系统包括长度可调的喷杆16、设置在喷杆16上的喷头2、喷管及药箱9，其中喷头2通过喷管与药箱9中的模拟农药相连，在旋翼机1或者飞行姿态控制台18上设置有滑块(未图示)，喷杆16通过球铰与滑块相连以实现喷杆16相对于旋翼机1或者飞行姿态控制台18的中心位置可上下前后移动以及喷杆16在xy平面内的顺时针或逆时针转动。本发明农药喷洒系统中共包括有两根喷杆16，在每根喷杆16上分别安装有一喷头2，在每个喷头2上分别连接有一根喷管，该两根喷管均连接到一个第一变径三通接头15的两个接头上，在第一变径三通接头15上的另一个接头上连接有一根喷管，该喷管连接到直流泵11上的第二变径三通接头的一个接头上，在第二变径三通接头11的另两个接头上分别连接有一根喷管，该两根喷管分别连接到两个药箱9上。通过直流稳压电源10为直流泵11提供动力。

农药喷洒系统的喷杆16通过球铰与滑块相连，通过球铰的转动，喷杆(和喷头)能够相对于旋翼机1或者飞行姿态控制台18上下或者水平转动；通过滑块的移动，喷杆(和喷头)能够相对于旋翼机1或者飞行姿态控制台18的中心改变距离，这样就实现了喷头相对于旋翼机1或者飞行姿态控制台18空间位置的改变，旋翼机姿态变化参数与喷头位置变化参数相结合，能够形成不同的作业参数组合。

风速流场测试系统包括设有烟雾喷管口的烟雾发生器19、悬挂装置20、激光器5、同步器4、CCD相机3和计算机7；烟雾发生器19通过悬挂装置20安置在旋翼机1中心位置处上部，烟雾发生器19的烟雾喷管口垂直于中心位置向下，手动或者遥控开关调整喷烟量，产生的烟雾流场用于旋翼机风速流场可视化测试；同步器4分别与激光器5、CCD相机3相连，以控制激光器5、CCD相机3同步工作；CCD相机3与计算机7相连，以把拍摄的旋翼风场影响下的烟雾场照片传输给计算机7。风速流场测试系统利用烟雾粒子与空气粒子在密度等物理特性上的极大相似性和本身的可见性，安装并启动烟雾发生器19后，通过激光器5、CCD相机3同步工作，在激光器5发射激光的同时，CCD相机3拍摄烟雾场示踪粒子激光衍射照片，进行图像处理可获取旋翼机风场实际分布数据和风场粒子速度矢量场。

雾滴流场测试系统用于可视化测试不同作业参数条件下旋翼机的雾滴流场粒子速度矢量场和分布状态，包括激光器5、同步器4、CCD相机3和计算机7；同步器分别与激光器5、CCD相机3相连，以控制激光器5、CCD相机3同步工作；CCD相机3与计算机7相连，以把拍摄的雾滴流场照片传输给计算机7。雾滴流场测试系统，通过激光器5、CCD相机3同步工作，在激光器5发射激光的同时，CCD相机3拍摄雾滴流场激光衍射照片，进行图像处理可获取无旋翼机风场和有旋翼机风场下雾滴流场空间分布特性和雾滴粒子速度矢量场。

雾滴粒径测量系统用于不同作业参数条件下喷雾雾滴的粒径检测，包括相连的激光粒度仪8和计算机7。雾滴粒径测量系统，通过激光粒度仪8和计算机7同步工作，分别测试无旋翼机风场和有旋翼机风场下的雾滴粒径值。

喷雾沉降测试系统用于检测作物喷雾效果，包括地面靶标作物、试纸测点、测点距离与高度标尺，其在地面按照一定距离，放置喷洒对象作物(地面靶标作物)，在作物的不同高度和树冠位置固定水敏试纸，在地面上标注作物距离，在作物主干方向标注高度，当喷洒的雾滴到达时，会使水敏试纸变色并形成色斑，可以用于测试雾滴大小、密度，粗略估计喷洒作业有效范围。喷雾沉降测试系统，分别测试无旋翼机风场和有旋翼机风场时对地面靶标作物的农药沉积效果、漂移指标和穿透效果。

本发明农用无人旋翼机最优作业参数测试装置，飞行姿态控制台可精确控制旋翼机在±20°范围内绕x轴和y轴转动，在360°范围内绕z轴转动。

本发明农用无人旋翼机最优作业参数测试装置中风速流场测试系统的烟雾发生器安置在旋翼机中心位置处上部，烟雾喷管口垂直于中心位置向下，喷烟量可调，加入示踪粒子后，激光器发射的激光面从径向穿透烟雾场，通过拍摄的激光衍射图像可直接观察风场边界，进行进一步图像分析可获取风速流场范围和矢量速度场分布。

本发明农用无人旋翼机最优作业参数测试装置中飞行姿态控制台设置在一个能够升降的支撑杆上，该支撑杆与高度升降台通过悬臂相连且保持高度一致，以实现旋翼机有效作业高度的调节和有力支撑。

本发明农用无人旋翼机最优作业参数测试装置，由于农用无人旋翼机航空喷雾常用扇形雾和锥形雾喷头，取其飞行过程中，喷洒面宽，防治面积大的优点，通过其喷头轴线的平面为其喷雾中心面，其雾滴场具有典型性。测试时喷头方向向下，激光器发射的激光面与喷头轴线共面，即激光面穿过喷头轴线所在平面。

本发明农用无人旋翼机最优作业参数测试装置的测试方法能够在不同的作业参数下对无人旋翼机喷雾作业性能进行测试，其操作方便，测试快速、重复性好。其具体包括如下步骤：

第一步、将旋翼机1安装在能够带动旋翼机1绕x轴、y轴和z轴转动的飞行姿态控制台18上；

第二步、将作业高度升降台和支撑杆6调节到所需作业高度，安装悬臂14，悬臂14的一端与作业高度升降台螺栓固定，另一端与飞行姿态控制台18及支撑杆6固定；

第三步、农药喷洒系统安装：把喷头2设置在喷杆16上，药箱9中的模拟农药通过喷管到达喷头，喷杆16通过球铰与滑块相连，滑块滑动设置在旋翼机1或者飞行姿态控制台18上；

第四步、安装风速流场测试系统和雾滴流场测试系统：将烟雾发生器19通过悬挂装置20安置于旋翼机1中心上方位置，烟雾发生器19的烟雾喷管口垂直于中心位置向下，在烟雾发生器19的烟剂药箱中加入示踪粒子，把同步器4分别与激光器5、CCD相机3相连，把CCD相机3与计算机7相连；

第五步、安装雾滴粒径测量系统：把激光粒度仪8与计算机7相连；

第六步、布置喷雾沉降测试系统，按照喷洒有效覆盖面积布置地面靶标作物，按照一定的间距和高度布置试纸测点；

第七步、将风速流场测试系统、雾滴流场测试系统和雾滴粒径测量系统按照功能设计和使用要求安置于正确检测位置，打开同步器4，CCD相机3和计算机7，保证风速流场测试激光束与烟雾场径向面相切；打开激光器5和计算机7，保证所用激光粒度仪8发射的激光与喷头轴线面垂直相交，并对系统进行试验前的软硬件调试、背景测试和参数校准；

第八步、按照设计的试验方案，调整各项参数，启动作业高度升降台、飞行姿态控制台和农药喷洒系统，调整作业高度，静态或动态连续改变农用旋翼机飞行作业参数，包括飞机姿态参数、农药喷洒参数、旋翼机类型进行测试，其中飞机姿态参数包括旋翼机绕x轴转动的横滚角、绕y轴转动的仰俯角和绕z轴转动的偏航角，农药喷洒参数包括喷头类型(扇形、锥形等)、喷头数量、喷管输药流量、喷管输药压力、旋翼机作业高度、喷头相对于旋翼机中心的空间位置，旋翼机类型包括单旋翼、多旋翼；使农药喷洒系统在无旋翼机风场条件下完成喷洒作业；利用雾滴流场测试系统和雾滴粒径测量系统分别测试无旋翼机风场影响下的雾滴流场、雾滴粒径场；利用喷雾沉降测试系统对地面布置的靶标作物的农药沉积效果、飘移、穿透进行测试；

第九步、启动农用无人旋翼机，手动或者遥控启动烟雾发生器，利用风速流场测试系统完成旋翼机风场分布范围和风场粒子速度矢量分布测试；启动农用无人旋翼机，使农药喷洒系统在控制参数下的旋翼机形成的风场中完成喷洒作业，利用雾滴流场测试系统完成旋翼机风场下雾滴流场粒子速度矢量场和分布状态测量；利用雾滴粒径测量系统完成旋翼机风场下喷雾雾滴的粒径检测；利用喷雾沉降测试系统完成旋翼机风场下地面布置的目标作物的农药沉积效果、飘移、穿透性测试；步骤八和步骤九中旋翼机一直装在上面，其中步骤八是在旋翼机主桨没开情况下的操作，步骤九是在旋翼机主桨开动后的操作，目的：1、通过同样作业参数设置下，测试主桨没开动和开动后的喷洒效果，比较旋翼机进行喷洒作业的优劣并找到旋翼风场对于喷洒作业的影响规律；2、烟雾发生器是用于旋翼风场的可视化观测，要在有旋翼风场的条件下才起作用。

第十步、完成测试后，对无旋翼和有旋翼两种状态下获得的数据和采集的图像进行分析和对比，计算不同环境条件和作业参数下的施药效果和施药效率，得出最优作业参数组合，为安全、科学、高效的航空植保机械提供技术支持。

本发明农用无人旋翼机最优作业参数测试装置的测试方法采用正交试验的设计方法，对包括作业高度、飞机姿态参数和农药喷洒参数，进行正交对比试验，获取试验数据和照片；利用烟雾场可视化分析旋翼机风场矢量分布及其对喷雾流场雾滴速度矢量分布、雾滴粒径分布的影响；分别测试农用无人旋翼机有无旋翼风场状态下的喷洒作业效果，比较和分析试验结果，得到农用无人旋翼机最优作业参数组合。

本发明中飞行姿态控制台可实现旋翼机多自由度飞行姿态的控制，采用电机远程控制旋翼机在±20°范围内以圆弧形式平滑绕x轴和y轴转动、在360°范围内绕z轴转动，以复现旋翼机的横滚、仰俯和偏航运动，实现空中飞行姿态连续变化。作业高度升降台采用高度升降台和电动缸调节相结合的方式，实现旋翼机所处高度的调节。农药喷洒统的两个喷杆固定在旋翼机两侧，以支撑喷管和喷头，每侧喷杆上安置有一个或者多个喷头。风速流场测试系统用于直观测试不同作业参数条件下的风速流场，其中烟雾发生器的喷烟量可调，烟剂中加入示踪粒子以实现风场的可视化测试。雾滴流场测试系统用于直观测试不同作业参数条件下的雾滴流场，雾滴粒径测量系统用于测量雾滴粒径，喷雾沉降测试系统用于检测作物喷雾效果。

本发明的农用无人旋翼机最优作业参数测试装置的测试方法，采用正交试验的方法，在多作业参数条件下，包括飞机结构(单旋翼、多旋翼)、施药技术参数(喷头种类、数量、输药流量、输药压力)、环境影响(风速、风向、温度、湿度)、操作控制(飞行角度、飞行高度、仰俯姿态、偏航姿态)，测试旋翼机农用喷洒作业的喷雾性能，研究最佳施药组合参数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种农用无人旋翼机最优作业参数测试装置，包括飞行姿态控制台(18)、安置在飞行姿态控制台(18)上的旋翼机(1)、作业高度升降台、农药喷洒系统、设有烟雾喷管口的烟雾发生器(19)、悬挂装置(20)、激光器(5)、同步器(4)、CCD相机(3)、计算机(7)及激光粒度仪(8)，所述烟雾发生器(19)通过悬挂装置(20)安置在旋翼机(1)中心位置处上部，所述烟雾发生器(19)的烟雾喷管口垂直于中心位置向下，所述同步器(4)分别与激光器(5)、CCD相机(3)相连以控制激光器(5)、CCD相机(3)同步工作，所述CCD相机(3)与计算机(7)相连，其特征在于：所述激光粒度仪(8)与计算机(7)相连，所述作业高度升降台包括电动缸(12)、高度升降台(13)及悬臂(14)，所述高度升降台(13)的顶部连接于悬臂(14)的一末端，所述悬臂(14)的另一末端的上端与飞行姿态控制台(18)相连，下端连接有一支撑杆(6)，所述农药喷洒系统包括长度可调的喷杆(16)、设置在喷杆(16)上的喷头(2)、喷管及药箱(9)，所述喷头(2)通过喷管与药箱(9)相连，在所述旋翼机(1)或者飞行姿态控制台(18)上设置有滑块，所述喷杆(16)通过球铰与滑块相连。

2.如权利要求1所述的农用无人旋翼机最优作业参数测试装置，其特征在于：所述飞行姿态控制台(18)上固定有固定台(17)，所述固定台(17)的下部与飞行姿态控制台(18)相固定连接，所述旋翼机(1)安置在固定台(17)上。

3.如权利要求1所述的农用无人旋翼机最优作业参数测试装置，其特征在于：所述飞行姿态控制台(18)包括底盘、x轴转台(21)、y轴转台(23)及z轴转台(22)，在底盘上设置驱动y轴转台转动的y轴蜗轮蜗杆机构，在y轴转台上设置驱动x轴转台转动的x轴蜗轮蜗杆机构，在z轴转台上设置驱动z轴转台转动的z轴蜗轮蜗杆机构。

4.如权利要求1所述的农用无人旋翼机最优作业参数测试装置，其特征在于：所述农药喷洒系统还包括有连接于喷管上的第一变径三通接头(15)。

5.如权利要求1所述的农用无人旋翼机最优作业参数测试装置，其特征在于：所述作业高度升降台的调节范围为0.6m～5m。

6.如权利要求1所述的农用无人旋翼机最优作业参数测试装置，其特征在于：所述旋翼机包括单旋翼飞机和多旋翼飞机。

7.如权利要求1所述的农用无人旋翼机最优作业参数测试装置，其特征在于：所述喷头(2)的类型为扇形或者锥形。

8.一种农用无人旋翼机最优作业参数测试装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤

第一步、将旋翼机(1)安装在能够带动旋翼机(1)绕x轴、y轴和z轴转动的飞行姿态控制台(18)上；

第二步、将作业高度升降台和支撑杆(6)调节到所需作业高度，安装悬臂(14)，悬臂(14)的一末端与作业高度升降台螺栓固定，另一末端与飞行姿态控制台(18)及支撑杆(6)固定；

第三步、农药喷洒系统安装：把喷头(2)设置在喷杆(16)上，药箱(9)中的模拟农药通过喷管到达喷头，喷杆(16)通过球铰与滑块相连，滑块滑动设置在旋翼机(1)或者飞行姿态控制台(18)上；

第四步、安装风速流场测试系统和雾滴流场测试系统：将烟雾发生器(19)通过悬挂装置(20)安置于旋翼机(1)中心上方位置，烟雾发生器(19)的烟雾喷管口垂直于中心位置向下，在烟雾发生器(19)的烟剂药箱中加入示踪粒子，把同步器(4)分别与激光器(5)、CCD相机(3)相连，把CCD相机(3)与计算机(7)相连；

第五步、安装雾滴粒径测量系统：把激光粒度仪(8)与计算机(7)相连；

第六步、布置喷雾沉降测试系统：按照喷洒有效覆盖面积布置地面靶标作物，按照一定的间距和高度布置试纸测点；

第七步、将风速流场测试系统、雾滴流场测试系统和雾滴粒径测量系统按照功能设计和使用要求安置于正确检测位置，打开同步器(4)，CCD相机(3)和计算机(7)，保证风速流场测试激光束与烟雾场径向面相切；打开激光器(5)和计算机(7)，保证所用激光粒度仪(8)发射的激光与喷头轴线面垂直相交，并对系统进行试验前的软硬件调试、背景测试和参数校准；

第八步、按照设计的试验方案，调整各项参数，启动作业高度升降台、飞行姿态控制台和农药喷洒系统，调整作业高度，静态或动态连续改变农用旋翼机飞行作业参数，包括飞机姿态参数、农药喷洒参数、旋翼机类型进行测试，使农药喷洒系统在无旋翼机风场条件下完成喷洒作业；利用雾滴流场测试系统和雾滴粒径测量系统分别测试无旋翼机风场影响下的雾滴流场、雾滴粒径场；利用喷雾沉降测试系统对地面布置的靶标作物的农药沉积效果、飘移、穿透进行测试；

第九步、启动农用无人旋翼机，手动或者遥控启动烟雾发生器，利用风速流场测试系统完成旋翼机风场分布范围和风场粒子速度矢量分布测试；启动农用无人旋翼机，使农药喷洒系统在控制参数下的旋翼机形成的风场中完成喷洒作业，利用雾滴流场测试系统完成旋翼机风场下雾滴流场粒子速度矢量场和分布状态测量；利用雾滴粒径测量系统完成旋翼机风场下喷雾雾滴的粒径检测；利用喷雾沉降测试系统完成旋翼机风场下地面布置的目标作物的农药沉积效果、飘移、穿透性测试；

第十步、完成测试后，对无旋翼和有旋翼两种状态下获得的数据和采集的图像进行分析和对比，计算不同环境条件和作业参数下的施药效果和施药效率，得出最优作业参数组合。

9.如权利要求8所述的农用无人旋翼机最优作业参数测试装置的测试方法，其特征在于：所述飞机姿态参数包括旋翼机绕x轴转动的横滚角、绕y轴转动的仰俯角和绕z轴转动的偏航角，所述农药喷洒参数包括喷头类型、喷头数量、喷管输药流量、喷管输药压力、旋翼机作业高度、喷头相对于旋翼机中心的空间位置，所述旋翼机类型包括单旋翼、多旋翼。