CN106314797B - 异桨多轴飞行器结构及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异桨多轴飞行器结构及作业方法，其中包括两种类型的螺旋桨，所对应的动力转速也有两种类型。其具体原理是，位于喷头上的对称两个动力为高速动力，其搭配的螺旋桨为较大螺距较小尺寸的小螺旋桨。其他轴的动力和螺旋桨为低速动力和小螺距大尺寸的大螺旋桨。其优点是，高速动力所搭配小螺旋桨，与低速动力搭配大螺旋桨，在相同的情况下，高速动力转速更快，所产生的气流速度也明显快于低速动力所产生的气流速度。同时螺旋桨尺寸缩小后拉开了与其他螺旋桨的间距，减少相互之间的扰流，更利于雾滴向下运动，这样位于高速动力下方喷头所喷出的雾滴在高速的气流带动下向下吹去，从而获得更好的穿透力。

Description

异桨多轴飞行器结构及作业方法

技术领域

本技术涉及飞行器动力配置技术领域，涉及一种异桨多轴飞行器结构，尤其涉及多旋翼植保无人飞行器机构及作业方法。

背景技术

多轴飞行器，即多旋翼无人机，设有多个螺旋桨，通过多个动力机构控制多个螺旋桨来实现飞行，广泛用于航拍、监测、搜救、资源勘查、农业等各个领域，具有体积小、重量轻、费用低、操作灵活和安全性高等特点。

目前所有的多旋翼飞行器所使用的螺旋桨，同一机器上，高度、结构几乎都是完全一致的，因此，各个螺旋桨之间所产生的向下气流速度几乎相当。对于植保类，用于对农作物进行喷洒的的无人机，由于是将水雾喷洒到作物上去，在喷洒过程中水雾很轻，会随着螺旋桨所产生的气流移动。根据螺旋桨片条理论又称为涡流理论，由于螺旋桨在旋转的过程中周边会形成一个涡流，其相邻的螺旋桨为相反方向旋转，所产生的涡流也是相反的，这样就会产生扰流问题，部分水雾会被上卷到飞行器上方，不利于向下穿透。

现有技术的植保无人机的喷头通常都安装在螺旋桨下方，如授权公告号为CN204527638U，专利名称为《共轴反桨式多轴植保无人机》的专利，其喷头安装在机臂上，整体位于螺旋桨的下方，这样，飞机在飞行的过程中，螺旋桨旋转，由于螺旋桨的大小一样，相邻的螺旋桨为相反方向旋转，产生的反向涡流会干扰喷头向下喷洒液体下落的方向，不利于向下穿透。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供了一种异桨多轴植飞行器及作业方法，在进行植保作业时，能够减少螺旋桨相互之间的扰流，更利于雾滴向下运动。

为实现上述目的，本发明提供一种异桨多轴飞行器结构，包括机架、机臂、动力机构、螺旋桨和喷头，所述机臂均匀对称地固定在机架上，机臂的一端与机架连接，另一端上设置有动力机构，动力机构上设置有螺旋桨，所述螺旋桨固定在动力机构上，所述机臂设置有四个以上，并两两对称，其中两个对称的机臂上的螺旋桨为小直径和大螺距的小螺旋桨，其余机臂上的螺旋桨为大直径小螺距的大螺旋桨，所述喷头有两个，分别安装在所述小螺旋桨的中心正下方，所述机架上设置有飞行控制器，所述飞行控制器与动力机构电连接并控制各个动力机构的电压的大小，所述小螺旋桨连接的动力机构为高速动力，大螺旋桨连接的动力机构为低速动力；

所述高速动力的转速值为低速动力的转速值的1.5-3倍；

所述喷头安装于小螺旋桨的中心正下方，其间距为30cm以内；

所述机架上还设置有药箱，所述药箱与各个喷头连接，所述药箱上设置有液位检测装置，所述液位检测装置与飞行控制器电连接；

所述喷头上还设置有喷水调节器，所述喷水调节器与飞行控制器电连接，由飞行控制器控制和调节喷头的喷水模式和水量的大小。

本发明还公开一种异桨多轴飞行器结构的作业方法，包括以下步骤：

在四轴以上的无人机的机臂上安装螺旋桨，其中喷头所在机臂上分别安装有小直径大螺距的小螺旋桨，其余位置的机臂安装大直径和小螺距的大螺旋桨；

将控制小螺旋桨的动力机构替换成高速动力的动力机构，大螺旋桨的动力机构为相对较低转速的低速动力；

设置飞行控制器的参数并保存参数；

所述高速动力的转速值为低速动力的转速值的1.5-3倍；

所述喷头安装于小螺旋桨的中心正下方，其间距为30cm以内，以减小螺旋桨的涡流对喷头喷出的水流方向的影响；

在机架上的药箱上设置有液位检测装置，无人机执行户外植保作业时，液位检测装置自动监测液位的高度，当液位的高度达到设定好的警戒值时，液位检测装置发送检测信息给飞行控制器，飞行控制器将相关信息进行分析与处理；

所述喷头上还设置有喷水调节器，喷水调节器与飞行控制器电连接，飞行控制器根据无人机飞行的高度、速度和植物所需的水量控制喷水调节器喷水的模式和水量的大小。

本发明的一种异桨多轴飞行器结构及作业方法，包括两种类型的螺旋桨，所对应的动力转速也有两种类型，其具体原理是，位于喷头上的对称两个动力机构为高速动力的动力机构，其搭配的螺旋桨尺寸为较小螺距较大的螺旋桨，其他轴的动力机构和螺旋桨为低速动力和小螺距的大尺寸螺旋桨，其优点是，高速动力所搭配的小尺寸大螺距螺旋桨，与低速动力搭配小螺距大尺寸螺旋桨，在相同推力的情况下，高速动力的动力转速更快，所产生的气流速度也明显快于低速动力的动力所产生的气流速度，同时螺旋桨尺寸缩小后拉开了与其他螺旋桨的间距，减少相互之间的扰流，更利于雾滴向下运动。这样位于高速动力下方喷头所喷出的雾滴在高速的气流带动下向下吹去，从而获得更好的穿透力。

附图说明

图1为本发明实施例的异桨多轴飞行器的立体结构示意图；

图2为本发明实施例的异桨多轴飞行器的俯视结构示意图。

主要元件说明：

1、机架 2、机臂

3、动力机构 4、喷头

5、小螺旋桨 6、大螺旋桨

7、药箱。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供公开了一种异桨多轴飞行器结构及作业方法，需要提出的是，本发明下列实施例中所描述的动力机构为无刷电机，无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品，电机的KV值即电机的空载转速，意思为输出电压增加1伏特，无刷电机空转转速增加的转速值。从这个定义来看，我们能知道，无刷电机电压的输入与电机空转转速是遵循严格的线性比例关系的。电机的KV值越高，提供出来的扭力就越小，KV值的大小与桨的大小也有着密切的关系。但本发明不局限于使用无刷电机作为动力结构，还可以使用燃油动力机构或者其他类型的动力机构，只要动力机构能够驱动飞行器并达到设定的参数即可，其工作原理与无刷电机的类似，故不再赘述。

本发明公开了一种异桨多轴植保无人机，包括机架1、机臂2、动力机构3、螺旋桨和喷头4，机臂2均匀对称地固定在机架1上，机臂2的一端与机架1连接，另一端上设置有动力机构3，动力机构3上设置有螺旋桨，螺旋桨固定在动力机构3上，螺旋桨设置有四个以上，并两两对称，其中两个对称的螺旋桨为小直径大螺距的小螺旋桨5，其余的为大直径小螺距的大螺旋桨6，小螺旋桨5的尺寸较大螺旋桨6的尺寸小，喷头4有两个，分别安装在小螺旋桨5的下方，机架1上设置有飞行控制器(图未示)，飞行控制器与动力机构3电连接并控制各个动力机构3的大小，与小螺旋桨5连接的动力机构3的KV值较大螺旋桨6上的动力机构3的KV值大，一般情况下，高速动力的转速值为低速动力的转速值的1.5-3倍，以保证对螺旋桨产生气流对喷头喷出水方向控制的可控性，在本实施例中，优先考虑使用2倍低速动力转速的高速动力机构。

其具体原理是，位于喷头4上的对称两个动力机构3为高速动力的电机，即KV值较大，其搭配的螺旋桨为较大螺距较小尺寸的小螺旋桨，其他机臂2的动力机构3为小螺距的大尺寸的大螺旋桨，搭配低速动力，其优点是，高KV值所搭配的小螺旋桨，与低速动力搭配大螺旋桨，在电压值相同的情况下，高KV值动力机构3的动力转速更快，所产生的气流速度也明显快于低KV值动力机构3的动力所产生的气流速度，同时螺旋桨尺寸缩小后拉开了与其他螺旋桨的间距，减少相互之间的扰流，更利于雾滴向下运动。这样位于高速动力下方喷头4所喷出的雾滴在高速的气流带动下向下吹去，从而获得更好的穿透力。

具体地，当无人机上升时，每个螺旋桨获得的推力是一样，根据推力的公示：T＝Ctρn2D4，其中，Ct—拉力系数，ρ—空气密度，n—螺旋桨转速，D—螺旋桨直径，可知，螺旋桨转速与螺旋桨直径，即螺旋桨的长有关，即N1/N2＝D2/D1,且关系为反比的关系。

基于以上原理，以八轴无人机为例，螺旋桨设置有八个，在本实施例中，其中两个对称的小螺旋桨5采用桨叶长度为20英寸，螺距为12.0英寸的2012桨，其余六个大螺旋桨6采用桨叶长度为30英寸，螺距为8.0英寸的3080桨，现有技术的机臂2上均采用3080桨，其每个大螺旋桨6与大螺旋桨6之间的距离L2为84mm，小螺旋桨5与大螺旋桨6之间的距离为L1为212mm,距离L1大于距离L2，以减少两边大的螺旋桨与小螺旋桨5转动时产生的气流对喷头4喷出的水的影响。

飞行控制器控制每相邻的两个螺旋桨的旋转方向相反，喷头4安装于小螺旋桨5的中心正下方，一般设置在小螺旋桨5底部的下方30cm以内，本实施例中，将喷头4安装在小螺旋桨5底部下方的20cm处，当无人机飞行时，螺旋桨产生的气流能够更好地往下吹向喷头4，使喷头4喷出的水雾获得更好的穿透力。

在本实施例中，喷头4喷出水是因为连接有药箱7，而本实施例的药箱7设置在机架1上，药箱7与各个喷头4连接，药箱7上设置有液位检测装置(图未示)，液位检测装置与飞行控制器电连接，液位检测装置通电后自动实时检测药箱7内液体的高度，当液体的高度达到事先预定好的警戒值时，液位检测装置发送信息给飞行控制器，并由飞行控制器进行信息处理，飞行控制器与远程客户端无线通讯，通过远程客户端(图未示)可以控制无人机飞往指定的地方加水。

在本实施例中，喷头4上还设置有喷水调节器，喷水调节器与飞行控制器电连接，由飞行控制器控制和调节喷头4的喷水模式和水量的大小，远程客户端可以通过监控飞行控制器的相关信息，从而控制喷头4的喷水模式或者水量的大小，其中喷头4的喷水模式包括水滴模式、雾状模式、水流模式等等，其具体的结构通过喷头4的具体结构来实行。

在本实施例中，本发明公开的异桨多轴植保无人机作业方法，包括以下步骤：

在四个以上的无人机的机臂2上安装螺旋桨，其中喷头4所在机臂2上分别安装有直径和螺距都较小的小螺旋桨5，其余位置的机臂2安装大螺旋桨6；

将控制小螺旋桨5的动力机构替换成高KV值的高速动力，大螺旋桨6使用相对较低KV值的低速动力；

设置飞行控制器的参数，设置动力机构3的电压值，飞行控制器的参数，包括飞行预定飞行的高度，飞行的行程，指定加水的地点，喷头4的盘水模式，喷水水量，动力机构3的电压值等，设置后后，无人机在飞行过程中自动执行相关指令，并将自身的相关参数通过飞行控制器回传给远程客户端，飞机自身的相关参数，包括检测到的液位信息，飞机的定位，飞行的高度，电池的电量值，当前的风速等相关信息。

在本实施例中，将螺旋桨设置有八个，其中两个对称的小螺旋桨5采用2012桨的，其余六个大螺旋桨6采用3080桨的，小螺旋桨5与大螺旋桨6之间的间距为212mm，大螺旋桨6与大螺旋桨6之间的间距为84mm。但是不局限于这一种类型，还可以根据植保的面积与需求，设置6个轴、12个轴、16个轴或者32个轴等，只要是4个轴以上的，都可以采用本发明的结构，在其中两个对称轴上设置较小的螺旋桨，且在该螺旋桨下设置喷头4，且将喷头4上方的动力机构3KV值提高两倍，这样既不会影响升力也不会增加额外的功率，只需要更换两组动力与其配套的螺旋桨，其他几乎不受任何影响。这样该高速动力所搭配的小螺旋桨5动力所产生的气流速度，明显快于其他低速动力所产生的气流速度。同时螺旋桨缩小后会拉开与周边两个螺旋桨的间距，减少相互之间的扰流，更利于雾滴向下运动。位于高速动力下方喷头4所喷出的雾滴，在高速的气流带动下向下运动，从而获得更好的穿透力。

本发明的优势在于：

1)操作简单，改装较小，只需要在现有技术的植保无人机上位于喷头位置的动力机构换成大KV值的动力机构，并将动力机构上方的螺旋桨换成小尺寸的螺旋桨即可，其他不做任何改变，改装量小，却让喷头喷出的水获得更好地穿透力，提高了喷洒的效率；

2)成本低，无需对整个无人机进行替换，只需要改变一下动力机构和对应的螺旋桨，使改装成本大大降低，减小了使用成本，对于要进行植保的企业来说，使用起来更为经济效益。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种异桨多轴飞行器结构，其特征在于，包括机架、机臂、动力机构、螺旋桨和喷头，所述机臂均匀对称地固定在机架上，机臂的一端与机架连接，另一端上设置有动力机构，动力机构上设置有螺旋桨，所述螺旋桨固定在动力机构上，所述机臂设置有四个以上，并两两对称，其中两个对称的机臂上的螺旋桨为小直径和大螺距的小螺旋桨，其余机臂上的螺旋桨为大直径小螺距的大螺旋桨，所述喷头有两个，分别安装在所述小螺旋桨的中心正下方，所述机架上设置有飞行控制器，所述飞行控制器与动力机构电连接并控制各个动力机构的电压的大小，所述小螺旋桨连接的动力机构为高速动力，大螺旋桨连接的动力机构为低速动力；

所述高速动力的转速值为低速动力的转速值的1.5-3倍；

所述喷头安装于小螺旋桨的中心正下方，其间距为30cm以内；

所述机架上还设置有药箱，所述药箱与各个喷头连接，所述药箱上设置有液位检测装置，所述液位检测装置与飞行控制器电连接；

所述喷头上还设置有喷水调节器，所述喷水调节器与飞行控制器电连接，由飞行控制器控制和调节喷头的喷水模式和水量的大小。

2.一种异桨多轴飞行器结构的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

在四轴以上的无人机的机臂上安装螺旋桨，其中喷头所在机臂上分别安装有小直径大螺距的小螺旋桨，其余位置的机臂安装大直径和小螺距的大螺旋桨；

将控制小螺旋桨的动力机构替换成高速动力的动力机构，大螺旋桨的动力机构为相对较低转速的低速动力；

设置飞行控制器的参数并保存参数；

所述高速动力的转速值为低速动力的转速值的1.5-3倍；

所述喷头安装于小螺旋桨的中心正下方，其间距为30cm以内，以减小螺旋桨的涡流对喷头喷出的水流方向的影响；

在机架上的药箱上设置有液位检测装置，无人机执行户外植保作业时，液位检测装置自动监测液位的高度，当液位的高度达到设定好的警戒值时，液位检测装置发送检测信息给飞行控制器，飞行控制器将相关信息进行分析与处理；

所述喷头上还设置有喷水调节器，喷水调节器与飞行控制器电连接，飞行控制器根据无人机飞行的高度、速度和植物所需的水量控制喷水调节器喷水的模式和水量的大小。