CN107176301B - 固定翼燃料电池植保无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无人机领域，公开了一种固定翼燃料电池植保无人机，包括机身底板、机身、机头、前机架、机翼、后机架及尾翼，机身底板上依次安装有氢气瓶、燃料电池、直流转换器、电子调速器、蓄电池及控制器，氢气瓶通过氢气瓶底座固定在机身底板上，燃料电池通过氢气管路与氢气瓶相连，其输出端经过直流转换器进行电压变换后通过导线与蓄电池、控制器及电子调速器电连，机身下方设有药箱，药箱通过管路连有水泵，水泵的出口通过多通接头及管路与多个喷头连通。本发明可在启动后切断蓄电池而由燃料电池单独给系统的各个设备供电，飞行时间久、喷洒效率高，清洁、环保、安全、稳定。

Description

固定翼燃料电池植保无人机
技术领域
本发明涉及无人机领域，具体涉及一种固定翼燃料电池植保无人机。
背景技术
现有技术中的无人机，包括机身、旋翼和摄像机云台，同时机身内部还设置有飞行控制系统，用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业，但是现有无人机一般采用锂电池供电，平均15分钟左右就要更换一次电池，续航能力差,使无人机在作业过程中更换电池次数多，且操作麻烦，导致喷洒效率低下，是现有植保无人机推广应用的一大缺陷，在实际工程应用中仍需进一步改进。
中国实用新型专利申请(公开日：2016年8月31日、公开号：CN 205524959U)公开了一种燃料电池无人机，包括燃料电池系统、机架、飞行提升构件、控制机构，其中，燃料电池系统为燃料电池无人机提供动力，一定程度上提升了续航能力，且由螺旋桨产生的风力为所述燃料电池系统散热，但动力来源单一，仅有燃料电池系统提供动力，动态响应能力差，存在启动慢，难以满足快速爬升和特殊飞行的要求，安全性能不足的问题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种固定翼燃料电池植保无人机，飞行时间久、喷洒效率高，且稳定性和安全性高。
为实现上述目的，本发明所设计的固定翼燃料电池植保无人机，包括机身底板、安装在所述机身底板上的机身、与所述机身相连的机头、安装在所述机身前段下部的前机架、对称安装在所述机身中段两侧的第一翼板和第二翼板、对称安装在所述机身后段下部的第一后机架和第二后机架及安装在所述机身尾部的尾翼，所述机身底板上依次安装有氢气瓶、燃料电池、直流转换器、电子调速器、蓄电池及控制器，所述氢气瓶通过所述氢气瓶底座固定在所述机身底板上，所述燃料电池通过氢气管路与所述氢气瓶相连，所述燃料电池通过导线与直流转换器输入端相连，所述直流转换器输出端通过导线与蓄电池、控制器及电子调速器电连，所述直流转换器输出端为无人机各用电设备提供电力，所述蓄电池在所述燃料电池发电之前给无人机用电设备供电，在所述燃料电池发电后，由所述燃料电池提供电力，所述蓄电池可储存电力，所述控制器控制无人机上各设备的运转，所述机身下方设有药箱，所述药箱通过管路连有水泵，所述水泵下方设有喷杆，所述喷杆上设有若干个喷头，所述水泵的出口通过多通接头及管路与所述喷头连通，实现农药的大面积喷洒，另外，通过无线遥控所述控制器控制所述水泵的开关，使喷洒合理有效，提高农药的利用率，且远距离遥控避免作业人员暴露在农药中，更安全。
优选地，所述燃料电池与所述机身底板之间、所述燃料电池与所述直流转换器之间均填充有绝缘隔热材料层，所述燃料电池的尾气出口通过水路向下穿过所述机身底板，所述燃料电池产生的尾气通过所述水路穿过所述机身底板向机身下方排出。
优选地，所述机头下端通过摄像机支架安装有摄像机，所述摄像机通过导线与所述直流转换器电联，用于记录喷洒情况回传给地面站。
优选地，所述药箱通过挂钩挂在所述机身下方，所述药箱上部设有加药口，所述喷杆通过设置在所述机身两侧的两根固定支架与所述机身连接固定，稳定性高。
优选地，所述氢气瓶设有氢气阀，所述氢气阀通过导线与所述直流转换器电连，保证所述氢气瓶的安全。
优选地，所述第一翼板和所述第二翼板的下端均安装有旋翼电机，所述旋翼电机的输出转轴上安装有旋翼，所述旋翼电机与所述电子调速器电连，所述旋翼产生的气流增加农药对作物的穿透性，喷洒效果更佳。
优选地，所述前机架、所述第一后机架和所述第二后机架高度均大于所述喷杆和所述药箱的高度，使无人机在地面更平稳。
优选地，所述尾翼包括垂直尾翼和两块水平尾翼，所述垂直尾翼包括垂直安定面和安装在所述垂直安定面后部的方向舵机，所述方向舵机控制无人机的飞行方向，所述水平尾翼由水平安定面和安装在所述水平安定面后部的升降舵机组成，所述升降舵机控制无人机的升降，，所述方向舵机和所述升降舵机通过导线与所述直流转换器电连，所述第一翼板后端设有第一副翼，所述第二翼板后端设有第二副翼，所述第一副翼和所述第二副翼控制无人机转弯，所述第一翼板后端内侧和所述第二翼板后端内侧均设有襟翼，所述襟翼控制无人机起飞和着陆，使无人机飞行平稳，进一步确保喷洒效果。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、由所述燃料电池提供电力，续航时间长，且所述蓄电池使无人机在启动前可随时待命；
2、提供多个所述喷头，实现农药的大面积喷洒，且通过无线遥控所述控制器控制所述水泵的开关，使喷洒合理有效，提高农药的利用率，另远距离遥控避免作业人员暴露在农药中，更安全；
3、通过优化机翼结构，使无人机飞行平稳，进一步确保喷洒效果。
附图说明
图1为本发明固定翼燃料电池植保无人机的结构示意图；
图2为图1的主视图；
图3为本发明内部的结构示意图；
图4为本发明中机身底板上的元件布置示意图；
图5为本发明中药箱的结构示意图；
图6为本发明的供电电路图。
图中各部件标号如下：
机头1、摄像机2、前机轮3、前机架4、喷头5、旋翼6、水泵7、旋翼电机8、第一后机架9、第一后机轮10、固定支架11、第二后机轮12、第二后机架13、机身14、水平安定面15、升降舵机16、垂直安定面17、方向舵机18、第一翼板19、第一副翼20、药箱21、第二翼板22、襟翼23、第二副翼24、喷杆25、氢气瓶底座26、氢气瓶27、氢气管路28、氢气阀29、水路30、燃料电池31、机身底板32、直流转换器33、电子调速器34、蓄电池35、控制器36、加药口37、挂钩38、摄相机支架39。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1及图2所示，本发明固定翼燃料电池植保无人机，包括机身底板32、安装在机身底板32上的机身14、与机身14相连的机头1、安装在机身14前段下部的前机架4、对称安装在机身14中段两侧的第一翼板19和第二翼板22、对称安装在机身14后段下部的第一后机架9和第二后机架13及安装在机身14尾部的尾翼，第一翼板19和第二翼板22的下端均安装有旋翼电机8，旋翼电机8的输出转轴上安装有旋翼6，机头1下端通过摄像机支架39安装有摄像机2，机身14下方设有药箱21，药箱21通过管路连有水泵7，水泵7下方设有喷杆25，喷杆25上设有八个喷头5，水泵7的出口通过多通接头及管路与喷头5连通，其中前机架4、第一后机架9和第二后机架13高度均大于喷杆25和药箱21的高度。
如图1所示，尾翼包括垂直尾翼和两块水平尾翼，垂直尾翼包括垂直安定面17和安装在垂直安定面17后部的方向舵机18，水平尾翼由水平安定面15和安装在水平安定面15后部的升降舵机16组成，同时，第一翼板19后端设有第一副翼20，第二翼板22后端设有第二副翼24，第一翼板19后端内侧和第二翼板22后端内侧均设有襟翼23。
如图3及图4所示，机身底板32上依次安装有氢气瓶27、燃料电池31、直流转换器33、电子调速器34、蓄电池35及控制器36，氢气瓶27通过氢气瓶底座26固定在机身底板32上，燃料电池31通过氢气管路28与氢气瓶27相连，氢气瓶27设有氢气阀29，燃料电池31通过导线与直流转换器33输入端相连，直流转换器33输出端通过导线与蓄电池35、控制器36及电子调速器34电连，电子调速器34与旋翼电机8电连，控制器36控制无人机上各设备的运转，燃料电池31与机身底板32之间、燃料电池31与直流转换器33之间均填充有绝缘隔热材料层，燃料电池31的尾气出口通过水路30向下穿过机身底板32。
如图5所示，药箱21通过挂钩38挂在机身14下方，药箱21上部设有加药口37，如图2所示，喷杆25通过设置在机身14两侧的两根固定支架11与机身14连接固定。
另外，如图1及图2所示，前机架4下方安装有前机轮3，第一后机架9下方安装有第一后机轮10，第二后机架13下方安装有第二后机轮12。
如图6所示，燃料电池31经直流转换器33转换后为蓄电池35、控制器36、摄像机2、升降舵机16、方向舵机18、电子调速器34、旋翼电机8、第一副翼20及第二副翼24等无人机电子设备供电，且电子调速器34控制旋翼电机8运转。
本实施例中，氢气瓶底座26的宽度为60mm，高度为180mm；药箱21的长度为800mm，宽度为800mm，高度为360mm，机身底板32的长度为2600mm，宽度为860mm，高度为100mm；喷杆25的长度为1600mm，喷头5间距200mm,等间距分布；摄相机支架39的长度为80mm，宽度为60mm，高度为高8mm，另外前机架4、第一后机架9和第二后机架13高度均大于喷杆25和药箱21的高度100mm。
另外，前机架4、第一后机架9及第二后机架13均与水平面成45度角。
本实施例使用时，操作人员将无人机飞行到指定作业区域后，打开无线遥控开关，水泵7开始运转，将药箱21中的药液通过管路输送到喷头5，通过无线遥控开关控制，能够及时控制水泵7的工作状态，实现大面积高效喷洒，合理有效的提高了农药的利用率
本发明固定翼燃料电池植保无人机由燃料电池31提供电力，续航时间长，且蓄电池35使无人机在启动前可随时待命，另外通过多个喷头5，实现农药的大面积喷洒，且通过无线遥控控制器36控制水泵7的开关，使喷洒合理有效，提高农药的利用率，且远距离遥控避免作业人员暴露在农药中，更安全，同时本发明飞行平稳，进一步确保喷洒效果。

Claims (7)

1.一种固定翼燃料电池植保无人机，包括机身底板(32)、安装在所述机身底板(32)上的机身(14)、与所述机身(14)相连的机头(1)、安装在所述机身(14)前段下部的前机架(4)、对称安装在所述机身(14)中段两侧的第一翼板(19)和第二翼板(22)、对称安装在所述机身(14)后段下部的第一后机架(9)和第二后机架(13)及安装在所述机身(14)尾部的尾翼，其特征在于：所述机身底板(32)上依次安装有氢气瓶(27)、燃料电池(31)、直流转换器(33)、电子调速器(34)、蓄电池(35)及控制器(36)，所述氢气瓶(27)通过氢气瓶底座(26)固定所述机身底板(32)上，所述燃料电池(31)通过氢气管路(28)与所述氢气瓶(27)相连，所述燃料电池(31)通过导线与直流转换器(33)输入端相连，所述直流转换器(33)输出端通过导线与蓄电池(35)、控制器(36)及电子调速器(34)电连，所述机身(14)下方设有药箱(21)，所述药箱(21)通过管路连有水泵(7)，所述水泵(7)下方设有喷杆(25)，所述喷杆(25)上设有若干个喷头(5)，所述水泵(7)的出口通过多通接头及管路与所述喷头(5)连通，所述燃料电池(31)与所述机身底板(32)之间、所述燃料电池(31)与所述直流转换器(33)之间均填充有绝缘隔热材料层，所述燃料电池(31)的尾气出口通过水路(30)向下穿过所述机身底板(32)。
2.根据权利要求1所述固定翼燃料电池植保无人机，其特征在于：所述机头(1)下端通过摄像机支架(39)安装有摄像机(2)，所述摄像机(2)通过导线与所述直流转换器(33)电联。
3.根据权利要求1所述固定翼燃料电池植保无人机，其特征在于：所述药箱(21)通过挂钩(38)挂在所述机身(14)下方，所述药箱(21)上部设有加药口(37)，所述喷杆(25)通过设置在所述机身(14)两侧的两根固定支架(11)与所述机身(14)连接固定。
4.根据权利要求1所述固定翼燃料电池植保无人机，其特征在于：所述氢气瓶(27)设有氢气阀(29)，所述氢气阀(29)通过导线与所述直流转换器(33)电联。
5.根据权利要求1所述固定翼燃料电池植保无人机，其特征在于：所述第一翼板(19)和所述第二翼板(22)的下端均安装有旋翼电机(8)，所述旋翼电机(8)的输出转轴上安装有旋翼(6)，所述旋翼电机(8)与所述电子调速器(34)电连。
6.根据权利要求1所述固定翼燃料电池植保无人机，其特征在于：所述前机架(4)、所述第一后机架(9)和所述第二后机架(13)高度均大于所述喷杆(25)和所述药箱(21)的高度。
7.根据权利要求1所述固定翼燃料电池植保无人机，其特征在于：所述尾翼包括垂直尾翼和两块水平尾翼，所述垂直尾翼包括垂直安定面(17)和安装在所述垂直安定面(17)后部的方向舵机(18)，所述水平尾翼由水平安定面(15)和安装在所述水平安定面(15)后部的升降舵机(16)组成，所述第一翼板(19)后端设有第一副翼(20)，所述第二翼板(22)后端设有第二副翼(24)，所述第一翼板(19)后端内侧和所述第二翼板(22)后端内侧均设有襟翼(23)，所述方向舵机(18)和所述升降舵机(16)通过导线与所述直流转换器(33)电连。
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