CN109864056A - 一种混合动力农用航空喷洒装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业机械技术领域，提供一种混合动力农用航空喷洒装置，包括风动叶片、离合器、发电机、逆变器、蓄电池、电动隔膜泵、药液输送管、喷杆、航空喷头、压力传感器、流量传感器、流量控制器、电池电量检测芯片、单片机控制单元等结构。集风‑发电模块通过风动叶轮带动发电机进行发电，动力连接模块将发电机与飞机电气系统中的蓄电池连接起来。控制模块可以检测蓄电池内的荷电状态，当蓄电池内的荷电状态降低至某一值时，控制模块会将集风‑发电模块进行发电来对蓄电池充电同时也对电动隔膜泵进行供电；当蓄电内的电量充足时，发电机通过逆变器为电动隔膜泵供电；当不需要为蓄电池充电和为电动隔膜泵供电时，离合器将风动叶轮和发电机断开，发电机停止发电，这时蓄电池直接为电动隔膜泵供电。

Description

一种混合动力农用航空喷洒装置

技术领域

本发明提供一种混合动力农用航空喷洒装置，属于高效航空植保喷雾技术领域。

背景技术

农用航空植保具有作业效率高、质量好、适用性广、成本低以及应对突发危害能力强的特点，是目前植保领域的研究热点，随着精准农业技术的应用，农业航空植保技术的发展空间将更为广阔。以有人驾驶飞机为施药载体的航空喷施系统具有防控面积大、突击能力强、作业效率高等地面机械不可比拟的优势。有人驾驶农用航空飞机喷施系统一般由由药箱、液泵、喷杆、喷头、加药设备（过滤器、胶管及支架）、流量控制系统等部分组成。通常农业航空喷洒装置的动力来自于飞机本身的电力系统，这种动力来源方式对飞机的电力系统尤其是对机载蓄电池提出较高的要求，降低喷施系统的可靠性和延续性，对飞机本身的环保性也有一定影响。有的农业航空喷洒装置的动力来源为由风动叶轮直接驱动离心泵，这种方式相对于前者来说更加环保同时对飞机电气系统不产生影响，但是安装在机身上的风动叶轮只驱动喷洒离心泵，没有对其进行充分的利用，同时只有机械控制方式，控制时间过长不能对喷施系统实时变量调节。

发明内容

本发明所解决的技术问题：目前，有人驾驶农用航空飞机喷施系统大都采用了直流电机或者风动叶轮来驱动液泵（离心泵、隔膜泵、柱塞泵）的工作模式，第一种动力方式对机载蓄电池提了较高要求不但增加了能量的消耗，也降低了喷施系统的可靠性。第二种动力方式只采用机械控制，不能满足对喷施系统实时变量调节的要求。

本发明的目的在于提供一种混合动力农用航空喷洒装置，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

本发明是一种新型的混合动力农业航空喷洒装置，整个装置包括集风-发电结构、逆变器、控制模块、喷洒模块等结构。集风-发电模块通过集风结构带动发电机进行发电，逆变器将发电机与飞机电气系统中的蓄电池连接起来。控制模块可以检测蓄电池内的荷电状态，当蓄电池内的荷电状态降低至某一值时，控制模块会将集风-发电模块发出的电来对蓄电池充电同时也对电动隔膜泵进行供电；当蓄电池内的电量充足时，发电机发出的电通过逆变器直接为电动隔膜泵供电，电动隔膜泵将药液提高至一定压力，最后喷洒输出。

集风-发电模块包括：风动叶轮、离合器、发电机等结构。在飞机运行过程中，风动叶轮在风场的作用下高速旋转，使风能转化为叶片动能，叶片动能通过离合器传输到发电机上，从而带动发电机进行发电。在不需要发电时，利用离合器将风动叶轮与发电机之间的动能传输断开。

喷洒模块的结构主要为：电动隔膜泵、药液输送管、药液箱、喷杆、航空喷头等。该模块的工作过程是电动隔膜泵被驱动后，通过药液输送管从药液箱中抽取药液并将其提高至某一压力，该压力由控制模块决定，最后药液经由喷杆、航空喷头等机构输出。

逆变器主要将发电机产生的电进行相应变换，通过该结构使得电力能够被蓄电池和电动隔膜泵直接使用。

控制模块主要有：电池电量检测芯片、压力传感器、流量传感器、流量控制器及单片机控制单元组成。该模块主要实现以下功能：电池电量检测芯片会将蓄电池的荷电状态反馈到单片机控制单元，单片机控制单元根据蓄电池的荷电状态进行协调发电机发出的电来对蓄电池进行充电或者直接驱动电动隔膜泵；该模块与喷洒模块结合使用时，可达到对药液流量、压力的精确控制。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本装置采用以风或者飞机本身的蓄电池为喷洒系统提供动力，充分利用飞机飞行过程中的风能，提高了能量转换的效率；

（2）采用控制模块，拥有药液流量和压力的能力，在喷洒过程中可以按照需求来决定喷洒的流量和压力，可实时调节以适应不同情况下的喷洒要求，提高了整个喷洒装置的工作效率；

（3）由风动力驱动的发电机与飞机电气系统的蓄电池和电动隔膜泵同时连接，在使用过程中不仅仅只为喷洒的电动隔膜泵提供电力，同时利用蓄电池将电能储存起来也可以为飞机电气系统使用；

（4）在飞机飞行过程中，发电机可以实时为蓄电池和电动隔膜泵提供电力，所以可以采用较小的蓄电池，从而明显减轻整个飞行器的重量，对飞机的耗油量的减少有帮助；

（5）将集风-发电装置运用到航空喷施驱动系统中来，可解决采用风动直接驱动液泵带来的压力、流量波动等问题，从而可使航空喷施系统易于实现控制，为实现精准喷施奠定基础。

附图说明

图1为本发明的动力传递示意图；

图2为本发明的控制过程示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1，本发明方案为：本装置的主要组成有风动叶轮、离合器、发电机、逆变器、蓄电池、电动隔膜泵、药液输送管、喷杆、航空喷头及控制模块组成，风动叶轮由飞机行驶过程中产生的高速气流驱动，当蓄电池的荷电状态降低至某一值时，风动叶轮通过离合器带动发电机进行发电，通过逆变器既为蓄电池充电同时也会为电动隔膜泵供电；当蓄电池电量充足时，发电机发出的电通过逆变器直接为电动隔膜泵供电，电动隔膜泵将药液通过药液输送管、喷杆、航空喷头等机构喷洒出去；当不需要为蓄电池充电和为电动隔膜泵供电时，离合器将风动叶轮和发电机断开，发电机停止发电，这时蓄电池直接为电动隔膜泵供电。

本发明控制模块示意图如图2所示。控制模块具体控制方案是：本装置的控制模块主要对蓄电池荷电状态的判断从而决定电能的供应方向，电池荷电状态由电池电量检测芯片判断，单片机控制单元接收电池电量检测芯片的信号来对发电机发出的电能进行合理的分配，单片机控制单元接收喷洒药液的流量传感器和压力传感器的信号实时判断药液的流量与压力，并将判断结果反馈给流量控制器，从而对药液的流量与压力进行实时控制，实现精准喷洒的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.混合动力农用航空喷洒装置，包括风动叶轮、风动叶片、离合器、发电机、逆变器、蓄电池、电动隔膜泵、药液输送管、喷杆、航空喷头、压力传感器、流量传感器、流量控制器、电池电量检测芯片、单片机控制单元等结构，其结构形式为：在飞机运行过程中，风动叶片在风场的作用下高速旋转，则风能转化为叶片动能，叶片动能通过离合器传输到发电机上，从而带动发电机进行发电，发电机通过逆变器为蓄电池或者电动隔膜泵供电，电动隔膜泵将药液提高至一定压力，最后喷洒输出；在不需要发电时，利用离合器将风动叶轮与发电机之间的动能传输断开。

2.根据权利要求1所述的混合动力农用航空喷洒装置，其特征在于：本装置以风或者飞机本身的蓄电池为喷洒系统提供动力，充分利用飞机飞行过程中的风能，提高了能量转换的效率。

3.根据权利要求1、2所述的混合动力农用航空喷洒装置，其特征在于：由风动力驱动的发电机与飞机电气系统的蓄电池和电动隔膜泵同时连接，在使用过程中不仅仅只为喷洒的电动隔膜泵提供电力，同时将电能储存起来也可以为飞机电气系统使用。

4.根据权利要求1、2、3所述的混合动力农用航空喷洒装置，其特征在于：在风动叶轮与发电机之间采用离合器结构，能够在必要的时候对风动叶轮和发电机之间的动力进行连接或断开。

5.根据权利要求1、2、3、4所述的混合动力农用航空喷洒装置，其特征在于：控制模块可对发电机发出的电进行去向控制，即对电动隔膜泵或者蓄电池供电，位于喷杆处的压力传感器和流量传感器负责采集药液的压力和流量，然后将数据传输到单片机控制单元，单片机控制单元根据得到的药液数据进行实时决定药液的流量和压力，然后将决定的数据反馈给流量控制器，从而达到实时调节药液流量和压力的目的。