植保无人机新型防晃药箱设计

孙玉龙 程晓珊

摘  要：我国作为农业大国拥有120万km2基本农田，每年需要大量的农业植保作业，近几年无人机发展火热，已经研制出用于植保的无人机，农业精准化趋势下，植保无人机凭借其超强适应能力、高效作业能力、节省劳动力、节约资源和保护环境等诸多优点，在国内农业航空领域已有良好的发展，但植保无人机在搭载植保药箱工作时，突然起飞停止或者转弯的情况下，药箱内部药液受惯性会发生重心偏移晃荡现象，对无人机的飞行稳定性有很大的影响，针对植保无人机易受药液晃动造成不稳定的问题，采用水平加垂直多重隔板的内腔结构进行设计，极大增加了药液在药箱中晃荡的阻力，而且极易清洗，确保无人机在飞行中的稳定性。

关键词：无人机;药箱;液体晃动

中图分类号：S229                                             文献标识码：A                                              DOI：10.11974/nyyjs.20181132068

引言

随着中国农业生产技术的发展，植保无人机的使用率也逐步提升，在推广使用过程中植保无人机的安全性与稳定性不足的问题逐渐凸显，其中植保无人机药箱内液体的晃动是导致植保无人机稳定性不足的主要原因。目前在植保无人机领域研究集中在喷药系统设计[1]、喷药后雾滴沉淀[2]、飞行稳定性[3]及无线遥感技术[4]等方面，而植保无人机新型药箱的防震荡才刚刚引起人们注意。

通过参考航空航天领域对液体晃动的研究，并将其修改到植保无人机领域：在植保无人机加速起飞、突然停止、轉向的情况下会引起液体中心偏移导致整个植保无人机重心发生偏移。在加速度的作用下，植保无人机药箱内的液体会对侧壁产生冲击力。以上因素直接影响到了整个植保无人机的整体安全性与稳定性，因此设计一款能够减缓药液震荡的植保无人机药箱对提升植保无人机安全性与飞行稳定性具有重要意义。

1     研究现状

目前针对植保无人机防晃药箱的研究还处在初步阶段，在一种液体防晃运输罐车的开发研究中，通过添加隔板和防波板能够极大降低运输罐车在行驶中突然启动与刹车给罐体带来的冲击，通过封闭的隔板将液罐车罐体内部分隔开，将其隔成2个相互独立的单室，能够降低液体晃动产生的各种影响;防波板是边缘制成翻边结构用来承受液体冲击的，防波板下部垂直中心线方向制作出一个有利于液体流动的半圆形孔。此设计方式有效降低了罐车在运输液体时产生的晃荡问题，因运输罐车在行驶过程中惯性方向主要在水平的前后方向，而植保无人机在飞行过程中的惯性方向前后左右都会出现，故此种液体防晃方式应用到植保无人机药箱中不能起到全面的防晃作用。

在相关的专利研究中，通过安装带有可转动十字型叶片的液体防晃贮箱，可以极大降低贮箱内液体的晃动对贮箱产生的晃动力。但十字型叶片在铰接使用的过程中会发生磨损问题，增加了维护的周期以及使用的寿命问题。针对现阶段的研究情况，需要设计一种结构相对简单，后期维护方便，且易清洗的植保无人机防晃药箱。

2     防晃药箱设计

针对现阶段对液体防晃以及无人机的的研究，整合研究的优缺点，对植保无人机药箱进行了设计与优化，箱体的内部为存储药液的空腔，箱体的上部设置有注药口，箱体的下端设置有倒锥形出药口，箱体内部设置有多层水平隔板，每个水平隔板上均匀开设有用于降低药液垂直方向运动的阻尼小孔，水平隔板的一端交错开设便于上部的药液快速进入下部的进液口，水平隔板下表面的进液口两侧分别固定有大十字格栅和小十字格栅，相邻两水平隔板按照进液口错开的形式布置，箱体的一端设置有水平隔板插。

通过在箱体中设置多层水平隔板，使箱体中的药液在不同液位下，由于水平隔板的存在降低药液垂直方向上的晃动，由于水平隔板上阻尼小孔的存在，有效释放掉溅起药液上移的动能，在植保无人机上下运动时，实现了药液在箱体中不发生或基本不发生较大的垂直方向上的移动。通过在水平隔板的下方设置大小十字格栅，降低了无人机在水平运动时药液的横向移动带来的重心偏移，相邻隔板采用进液口交错设置，也有利于分解药液晃动所产生的动能。

3     总结

本发明的植保无人机药箱，结构简单合理，通过水平隔板、十字格栅的阻挡作用以及阻尼小孔的吸能作用，可有效降低药液在垂直方向和水平面内的运动，确保了植保无人机的稳定飞行，便于进行高效喷洒药液。

参考文献

[1]张东彦，兰玉彬，陈立平，等.中国农业航空施药技术研究进展与展望[J].农业机械学报，2014，45（10）：53-59.

[2]王潇楠，何雄奎，王昌陵，等.油动单旋翼植保无人机雾滴飘移分布特性[J].农业工程学报，2017，33（1）：117-123.

[3]张昆，张铁民，廖贻泳，等.基于Labview的遥控无人机操控测试系统（英文）[J].农业工程学报，2015，31（S2）：11-16.

[4] 刘建刚，赵春江，杨贵军，等.无人机遥感解析田间作物表型信息研究进展[J].农业工程学报，2016，32（24）：98-106.