CN106768793B - 一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房。该风房包括房体和风机固定装置、滑轨、风机组成的工作单元；房体的房顶为半圆柱面形的封闭式结构空间，房体地面到半圆柱面房顶的圆心垂直距离不小于无人机正常作业的最大飞行高度，房体的宽度不小于无人机正常作业有效喷幅的4倍，房体的长度不小于飞行员的平均作业目测距离。满足了无人机自由飞行的要求，能模拟无人机室外作业的风环境，测定包括风向角、风速等影响无人机工作时的因素。与传统的风洞试验相比，实现了由固定无人机的模式转向自由飞行的模式。对农业植保无人机在作物喷洒农药、植物授粉、撒播、农田信息遥感等领域的发展，具有显著的科学意义。

Description

一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房

技术领域

本发明涉及检测无人机作业性能的技术，具体是指一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房。

背景技术

最近几年，农业植保无人机在作物喷洒农药、植物授粉、撒播、农田信息遥感等领域迅猛发展，国内植保无人机呈现出百花齐放的发展趋势，无人机的种类繁多：油动单旋翼、电动单旋翼、电动多旋翼和油动多旋翼。农田喷洒农药逐步从人工过渡到了无人机作业，虽然无人机作业得到了大力推广，但在实际作业中飞机作业不稳定，存在大量重喷、漏喷、药物飘移等问题，甚至还存在坠机的危险。例如植保无人机的作业效果受室外多风环境的影响，在风力较小的情况下会产生微弱的飘移，在大风力的条件下，雾滴飘移严重甚至威胁到无人机的正常飞行，因此检测无人机作业性能的技术成为本领域的迫切需要。

目前，国内外对植保无人机室外飞行作业性能检测通常采用田间测试和风洞研究。田间测试虽然可以在最为真实的条件下进行，但是由于气象因素的不稳定性和不可控性，田间试验结果很难重复，使得确定某一因素对试验结果的影响和对该因素的作用进行量化变得非常困难。国内很多学者采用室内风洞试验研究雾滴飘移量、不同种类喷头的喷施效果并取得了一定的进展，但是风洞试验所需成本高，因此设计一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房具有显著的科学意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房。该风房满足无人机自由飞行的高度、宽度和长度，模拟无人机室外作业的风环境，并且提供包括风向角、风速等参数条件的测定。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房，其特征在于：包括房体和风机固定装置、滑轨、风机组成的工作单元；其中：

所述提供无人机飞行及滑轨安装的空间的房体的房顶为半圆柱面形，房体地面到半圆柱面房顶的圆心垂直距离不小于无人机正常作业的最大飞行高度，房体的宽度不小于无人机正常作业有效喷幅的4倍，房体的长度不小于飞行员的平均作业目测距离；

所述工作单元，工作单元为若干个，它们是沿风房半圆柱面形房顶的圆心线方向等距离安装，每个工作单元包括：弧形滑轨、地面滑轨、侧壁滑轨，吹风风机固定装置和吹风风机，吸风风机固定装置和吸风风机；

所述吸风风机安装在吸风风机固定装置上，吹风风机安装在吹风风机固定装置上，吸风风机固定装置和吹风风机固定装置分别在其相应的滑轨上滑动。

所述风机固定装置包括结构和功能相同的吸风风机固定装置和吹风风机固定装置；它具体包括V型滑轨、齿条、平面滑轨、侧板、圆柱形滚轮、4根支撑柱、电机、皮带、V型滚轮、底座、传动齿轮；

四根支撑柱与底座通过孔轴相连接，同时四根支撑柱也与左右两块侧板通过孔轴的配合相连接，形成框架结构；

平面滑轨与圆柱形滚轮配合，V型滑轨与V型滚轮相配合，齿条与传动齿轮相配合。

优选地，所述圆柱形滚轮为三个，它们分别通过孔轴配合安装在其中一块侧板上，其中两个分布在平面滑轨的上轨面并在上轨面滚动，另一个分布在平面滑轨的下轨面并在下轨面上滚动。所述圆柱型滚轮呈三角形分布于滑轨两侧。

优选地，所述V型滚轮为两个和传动齿轮为一个分别通过孔轴配合安装在另一块侧板上；V型滚轮在V型滑轨上滚动。V型滚轮分布于固定风机装置一侧的两端。

优选地，位于半圆柱面形房顶上的弧形滑轨刻有相隔均匀的角度标记；侧壁滑轨和地面滑轨上相隔均匀的距离标记。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明所述风房提供无人机自由飞行的封闭式结构空间，满足了无人机自由飞行的高度、长度和宽度，模拟无人机室外作业的风环境，测定包括风向角、风速等影响无人机工作时的因素。与传统的风洞试验相比，实现了由固定无人机的模式转向自由飞行的模式。

2、本发明针对自然界中风方向的多样性和随机性设计，能够根据实际风向角对吹风风机进行位置调整，并同时开启同一角度的吹风风机，此时由风房产生的风与实际作业中的风具有很高的相似度，避免了风吹到墙壁上发生反弹现象扰动飞机的飞行造成的试验误差，真正做到对无人机实际作业风环境的模拟仿真。

3、为保证风的立体性，根据自然界中的风同一地点某一时刻具有风向一致性的特点且风速变化的连续性，本发明的固定风机装置沿着与圆心线平行的方向等距离分布若干个同种类型的风机，同时开启，可达到模拟某种风向的效果，同时吸风风机装置也对应分布与吹风风机装置相同距离的吸风风机。为加固整套装置的稳定性与安全性，在房顶、墙面和地面上与滑轨平行的地方等距离铺设相同的滑轨。每设定吹风方向的角度时，所有的风机装置可同时移动到所需调整的位置。

4、由于本发明吹风风机可以通过吹风风机固定装置在弧形滑轨上的移动达到0°到180°风向角的调节，使得吹风风机吹风方向可调，并且风向角可定量化调整。

5、本发明一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房，测定无人机在工作时的各项性能及其相关参数稳定性好，对农业植保无人机在作物喷洒农药、植物授粉、撒播、农田信息遥感等领域的发展，具有显著的科学意义。

附图说明

图1为一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房的结构示意图；

图2为一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房的风机固定装置结构示意图。

其中：1为房体、2为弧形滑轨、3为侧壁滑轨、4为吹风风机固定装置、5为吹风风机、6为地面滑轨、7为吸风风机固定装置、8为吸风风机、9为基座、10为V型滑轨、11为齿条、12为平面滑轨、13为侧板、14为圆柱形滚轮、15为支撑柱、16为电机、17为皮带、18为V型滚轮、19为底座、20为传动齿轮

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房，包括房体和风机固定装置、滑轨、风机组成的工作单元；其中：

所述房体1提供无人机飞行及滑轨安装的空间，房体1的房顶为半圆柱面形，房体1地面到半圆柱面房顶的圆心垂直距离不小于无人机正常作业的最大飞行高度，房体1的宽度不小于无人机正常作业有效喷幅的4倍，房体的长度不小于飞行员的平均作业目测距离；当无人机正常作业的有效喷幅为4‐7m，无人机的作业高度为1‐5m，飞行员的平均作业目测距离为500m时，房体地面到半圆柱面形房顶的圆心垂直距离不小于5m，房体的宽度不小于28m，房体的长度不小于500m。为避免外界对风房内试验条件的干扰，测试无人机飞行性能的房体必须气密性良好。

为模拟自然界中风的立体性，所述风房沿半圆柱面形房顶的圆心线方向等距离安装有若干个工作单元，每个工作单元包括弧形滑轨2、地面滑轨6、侧壁滑轨3、吹风风机固定装置4、吹风风机5、吸风风机固定装置7和吸风风机8。为保证模拟风的连续性，相邻工作带之间的距离在不影响相互工作的情况下应尽可能的使风机之间的距离缩小。

风机固定装置包括吸风风机固定装置7和吹风风机固定装置4，吸风风机固定装置7和吹风风机固定装置4结构和功能相同，其结构如图2所示，风机固定装置包括V型滑轨10、齿条11、平面滑轨12、侧板13、圆柱形滚轮14、4根支撑柱15、电机16、皮带17、V型滚轮18、底座19、传动齿轮20。

平面滑轨12与圆柱形滚轮14配合，V型滑轨10与V型滚轮18相配合，齿条11与传动齿轮20相配合。四根支撑柱15与底座19通过孔轴相连接，同时四根支撑柱15也与左右两块侧板13通过孔轴的配合相连接，形成框架结构；本实施例有三个圆柱形滚轮14，它们分别通过孔轴配合安装在其中一块侧板13上，其中两个分布在滑轨上的上轨面，另一个分布在滑轨的下轨面并在下轨面上滚动；本实施例有两个V型滚轮18和一个传动齿轮20分别通过孔轴配合安装在另一块侧板13上；V型滚轮18在V型滑轨10上滚动，电机16固定在底座19上，皮带17两端分别固定在电机16与传动齿轮20上，传动齿轮20与齿条11相啮合。通过皮带传动驱动风机固定装置运动。

所述滑轨包括弧形滑轨2、侧壁滑轨3和地面滑轨6，弧形滑轨2和侧壁滑轨3光滑连接，传动齿轮20与齿条11相啮合，以便风机固定装置可以在滑轨上滑动。

所述风机包括吹风风机5和吸风风机8，吸风风机8安装在吸风风机固定装置7上，吹风风机5安装在吹风风机固定装置4上，吸风风机固定装置7和吹风风机固定装置4分别在其相应的滑轨上滑动。

所述圆柱形滚轮14在平面滑轨12上滚动；V型滚轮18在V型滑轨10上滚动。作为一种优选，本实施例圆柱形滚轮14呈三角形分布于滑轨两侧，V型滚轮18分布于固定风机装置一侧的两端，与V型滑轨10相配合。

所述电机16是整个风房装置的动力来源，每个固定风机装置上均安装有电机16，通过控制电机16的开关来驱动各个风机的移动。

图1所述基座9的一面与风机固定装置的两块侧板相接触，并通过螺钉相连接，另一面与风机底座的下侧面相连接，通过螺栓相连接。基座9的平面与风房房顶的切平面平行。

无人机试验中风向角量化调整的一种优选：为方便找到准确的角度，节省仪器测量的时间，位于半圆柱面形房顶上的弧形滑轨刻有相隔均匀的角度标记，所述角度不大于风机桨叶旋转直径所对应的圆弧角；位于壁面和地面上的侧壁滑轨和地面滑轨上相隔均匀的距离进行标记，这个距离不大于风机桨叶的旋转直径。便于吹风风机固定装置根据标记移动位置找准吹风角和吸风风机固定装置找到其接收风的位置。

吹风风机5相对于吹风风机固定装置4位置固定不变，位于半圆柱面形房顶上的吹风风机5的吹风中心通过半圆柱面形房顶的圆心线，风力经过此圆心线作用在无人机机体上；吹风风机5可以通过吹风风机固定装置4在弧形滑轨2上的移动达到0°到180°风向角的调节。针对自然界中风方向的多样性和随机性，吹风风机固定装置4可在半圆柱面形的房顶与其相连接一侧墙面上的侧壁滑轨上自由移动，寻找需要测定的风向角；同时安装在吸风风机固定装置7上的吸风风机8工作，吸风风机固定装置7在其相应的滑轨上滑动，准确吸收吹风风机吹过来的风，避免风吹到墙壁上发生反弹现象扰动飞机的飞行造成的试验误差。

根据自然界中的风同一地点某一时刻具有风向一致性的特点且风速变化的连续性，因此可将此种现象简化为短时间内风的大小和方向不变化。一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房的使用方法，包括如下步骤：

a.根据试验需要通过吹风风机固定装置上的电机16调整吹风风机固定装置4的位置，确定风向角，调整结束后关闭吹风风机固定装置4上的电机16；

b.根据吹风风机固定装置4的位置，在风房内规划无人机飞行的航线；

c.根据吹风风机固定装置4的位置，打开吸风风机固定装置7上的电机16，调整地面上的吸风风机固定装置7，使吸风风机5准确无误的吸收吹风风机吹过来的风，调整结束后关闭固定在吸风风机固定装置7上的电机16；

d.根据无人机在风房内的试验需要，设定吹风风机5的风速档位，相应的设定吸风风机8的档位，来吸收吹风风机吹过来的风；

e.按次序打开吹风风机5和吸风风机8，操作无人机开始试验；

f.飞行员操控飞机飞行，无人机试验结束后，先后关闭吹风风机5和吸风风机8。

Claims (6)

1.一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房，其特征在于：包括房体和风机固定装置、滑轨、风机组成的工作单元；其中：

所述提供无人机飞行及滑轨安装的空间的房体的房顶为半圆柱面形，房体地面到半圆柱面房顶的圆心垂直距离不小于无人机正常作业的最大飞行高度，房体的宽度不小于无人机正常作业有效喷幅的4倍，房体的长度不小于飞行员的平均作业目测距离；

所述工作单元，工作单元为若干个，它们是沿风房半圆柱面形房顶的圆心线方向等距离安装，每个工作单元包括：弧形滑轨(2)、地面滑轨(6)、侧壁滑轨(3)，吹风风机固定装置(4)和吹风风机(5)，吸风风机固定装置(7)和吸风风机(8)；

所述吸风风机(8)安装在吸风风机固定装置(7)上，吹风风机(5)安装在吹风风机固定装置(4)上，吸风风机固定装置(7)和吹风风机固定装置(4)分别在其相应的滑轨上滑动。

2.根据权利要求1所述的一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房，其特征在于：所述风机固定装置包括结构和功能相同的吸风风机固定装置(7)和吹风风机固定装置(4)；它具体包括V型滑轨(10)、齿条(11)、平面滑轨(12)、侧板(13)、圆柱形滚轮(14)、4根支撑柱(15)、电机(16)、皮带(17)、V型滚轮(18)、底座(19)、传动齿轮(20)；

四根支撑柱(15)与底座(19)通过孔轴相连接，同时四根支撑柱(15)也与左右两块侧板(13)通过孔轴的配合相连接，形成框架结构；

平面滑轨(12)与圆柱形滚轮(14)配合，V型滑轨(10)与V型滚轮(18)相配合，齿条(11)与传动齿轮(20)相配合。

3.根据权利要求2所述的一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房，其特征在于：所述圆柱形滚轮(14)为三个，它们分别通过孔轴配合安装在其中一块侧板(13)上，其中两个分布在平面滑轨(12)的上轨面并在上轨面滚动，另一个分布在平面滑轨(12)的下轨面并在下轨面上滚动。

4.根据权利要求2所述的一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房，其特征在于：所述V型滚轮(18)为两个和传动齿轮(20)为一个分别通过孔轴配合安装在另一块侧板(13)上；V型滚轮(18)在V型滑轨(10)上滚动。

5.根据权利要求3或4所述的一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房，其特征在于：所述圆柱形滚轮(14)呈三角形分布于滑轨两侧，V型滚轮(18)分布于固定风机装置一侧的两端。

6.根据权利要求1所述的一种带检测功能的模拟无人机室外飞行环境的风房，其特征在于：位于半圆柱面形房顶上的弧形滑轨(2)刻有相隔均匀的角度标记；侧壁滑轨(3)和地面滑轨(6)上相隔均匀的距离标记。