纵列式电动无人直升机在农药喷洒中的应用前景

何志辉，高万林，2*，何雄奎，白小宁，4，任延昭

(1.中国农业大学信息与电气工程学院，北京 100083； 2. 农业农村部农业信息化标准化重点实验室，北京 100083； 3. 中国农业大学药械与施药技术研究中心，北京 100193；4. 农业农村部农药检定所，北京 100125)

我国新型农业主体的崛起，土地快速流转及新形势下农资市场的一系列变革，都在为植保无人机的产业发展和植保作业的推广应用提供有利条件与技术支持，我国未来的无人机植保服务市场空间大，植保无人机市场前景广阔。但目前影响植保无人机作业效率的因素之一是载荷量较小、续航时间较短，作业过程中需频繁更换电池及添加药液，因此需要进一步提高载荷量和续航时间，使得植保无人机的时间利用率进一步提高[1，2]。针对这一问题，本文将对纵列式电动无人直升机这一机型的众多优点进行介绍，分析这一机型在农药喷洒中提高载荷量和续航时间上的优势，分析这一机型在农药喷洒中应用前景。

1 中国植保无人机的几种主要类型及其优缺点

据农业部相关部门统计，截至2017年底，全国在用的农用无人机共253种，生产植保无人机的工厂300余家，全国植保无人机装机量达到14 000余架[3]。总体来看，目前我国市场上常见的植保无人机机型主要是电动多旋翼植保无人机、电动单旋翼植保无人机和油动单旋翼植保无人机等 3种类型，(图 1)。

各种类型的植保无人机的空机质量为10～30kg，超低空作业，作业高度1.5～5m，飞行速度为3～6m/s，

喷幅可达5～9m，除去续航加药时间，1h作业面积可达5～8hm2，其效率远远高于人工水平【3，4】。单旋翼植保无人机 (电动机型与油动机型)药箱载荷多为10～20L，油动机型载荷可达30L以上；多旋翼植保无人机以电池为动力，较单旋翼无人机载荷少，载荷范围多为5～15L，但其自动化程度高。比较了植保无人机电动机型和油动机型的优缺点(表1)；比较了植保无人机单旋翼机型和多旋翼机型的优缺点(表2)。

表1 植保无人机电动机型和油动机型的优缺点【1，3】

表2 植保无人机单旋翼机型和多旋翼机型的优缺点比较【1，3】

2 纵列式电动无人直升机

纵列式电动无人直升机有两个纵向布置、转向相反、转速相等的旋翼，两副旋翼一前一后分别安装在机头和机尾【5，6】(图2)。

表3 植保无人机单旋翼机型和纵列式电动无人直升机机型的优缺点比较【1，3】

续表

纵列式电动无人机直升机主要优点是两副旋翼同步反向旋转，相互抵消旋翼产生的反扭矩，因此可以将无刷电机的动力全部用于旋翼旋转产生升力。同时由于这种布局的直升机无尾浆，可以节省尾浆消耗的功率，该功率约占总功率的7%～10%【7】。另外这种布局的直升机在机体重量接近单旋翼直升机的同时，具有更大的桨盘面积，可以获得接近单旋翼2倍的起飞重量。在相同起飞重量时，具有更小的搬运体积，气动效率高于传统单旋翼布局。同时与单旋翼直升机相比结构更加简单，便于模块化设计，方便维护和降低使用成本。

3 结论

本文分析了我国植保无人机的几种主要类型及其优缺点，为了提高植保作业效率，植保无人机对载药量和续航时间有更高的要求。纵列式电动无人直升机，结构相较于传统的带尾桨的直升机简单，安全性更好，是一种在农药喷洒中有很好的应用前景的机型。纵列式电动无人直升机在相同动力能耗下，通过两个旋翼都用于提供升力，具有较好的升力效率，承载和运载能力相较于传统的单旋翼直升机有明显的提升，因此植保作业生产效率更高。目前，市场上还未见将纵列式电动无人直升机作为植保无人机的飞行平台的商业机型，这一动力高效、结构紧凑的机型更适合于农业植保作业。