一种无人机施用粉剂作业机载装置及喷施方法

本发明涉及无人机技术领域，更具体地，涉及一种无人机施用粉剂作业机载装置及喷施方法。

背景技术：

使用无人机来防治病虫害是当前植保领域的热门技术手段。但现阶段植保施药无人机大多都是面向液体药剂所研发的，粉剂喷施无人机领域拥有巨大空白。相比于液体药剂，粉剂在空气中更容易受到气流的扰动，更难作用于靶标作物。但粉剂在一些特殊的病虫害中很难被良好替代，使用地面机械难以达到施药的效果。如橡树白粉病，硫磺粉拥有可以较好的防治效果。

现阶段的无人机喷粉装置存在以下问题：结构复杂、安装困难、出粉量小而不均匀；同时在施用粉剂作业时没有考虑对非靶标作物的污染，造成了粉剂的浪费；装置体积大时、重量高，造成无人机续航短，难长时间工作。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种无人机施用粉剂作业机载装置及喷施方法，解决了结构复杂、安装困难、出粉量小而不均匀且效率低下的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种适用于无人机喷施粉剂作业机载装置，包括安装在无人机外部的机载喷粉装置，机载喷粉装置包括混流风机、混流风机外壳、加压送粉通道、储粉斗、流化结构、两个出粉口、连接架和两个通信模块，所述混流风机安装于无人机下方，所述混流风机通过连接架与无人机相连，所述加压送粉通道和混流风机直接相连，两个所述出粉口呈分叉型连接在加压送粉通道末端，分叉角度α为90°—160°，两个所述通信模块分别固定于混流风机外壳和储粉斗外壁上，所述连接架用于固定机载喷粉装置，所述连接架的上端固定在无人机底部，所述连接架的下端和混流风机外壳焊接。

所述流化结构包括螺旋杆、扇叶和电机，通过电机带动螺旋杆和扇叶转动。

所述储粉斗包括下粉通道，所述下粉通道上端位于储粉斗底部，所述下粉通道垂直插入加压送粉通道中，所述流化结构安装在下粉通道和储粉斗的连接处。

进一步，所述混流风机包括叶片、导流叶、驱动电机。

所述叶片焊接在导流叶的圆锥型叶轮上；所述叶片设计符合子午加速方法和“准三元”流动规律。

所述导流叶在混流风机外壳内保持固定。

所述驱动电机带动叶片转动；所述驱动电机通过引线和无人机电源相连；所述驱动电机通过引线和通信模块相连。

进一步，所述加压送粉通道与混流风机外壳直接相连，所述加压送粉通道的半径小于的混流风机外壳的半径，所述加压送粉通道的倒角角度θ为45°至60°。

进一步，所述储粉斗为漏斗样式，且所述储粉斗的上半部分为方型，所述储粉斗的下半部分为锥型，所述储粉斗的底部与下粉通道直接相通。

进一步，所述电机通过引线和无人机电源相连；所述电机通过引线和无人机通讯模块相连。

进一步，所述出粉口末端在无人机旋翼下方。

进一步，所述通信模块通过无线信号传输地面指令，两个所述通信模块可以控制分别所述驱动电机、电机的转速，进而改变风量、风压，控制下粉量。

进一步，所述的混流风机外壳、储粉斗、下粉通道、加压送粉通道和出粉口的加工方式为3d打印，材料为碳纤维。

一种适用于无人机喷施粉剂作业机载装置的喷施方法，包括以下步骤：

第一步，在作业无人机上安装机载喷粉装置，在储粉斗中加入足量的粉剂；

储粉斗设计为内壁光滑的漏斗，粉剂依靠自身重力很容易下落到下粉通道中，通过螺旋杆的转动速度来调控下粉速度，较细粉末颗粒容易产生结块现象，扇叶通过转动打碎结块粉末；

储粉斗未设计震动装置，无人机在飞行过程中自身会产生一定抖动，在储粉斗边缘的粉剂也能轻易下落到下粉通道中，和现有技术相比减少了一定成本、简化了结构、降低了无人机载重。

第二步，控制作业无人机起飞，当无人机来到靶标作物上空时，打开混流风机和驱动电机的开关，粉剂在流化结构的带动下，逐渐下落到加压送粉通道中；

混流风机的叶片设计符合子午加速方法和“准三元”流动规律，驱动电机带动叶片转动产生斜向的气流，相比其他类型风机，混流风机具有风压强、通风量大的特点。

第三步，混流风机开始转动，产生强大气流，气流通过加压送粉通道的空腔加强风压，作用到粉末颗粒；

由叶片转动产生的气流通过导流叶时被切割，使气流变得更加均匀、稳定，气流到达加压送粉通道时，倒角结构进一步增加了风压，整体结构可以使粉剂颗粒受到更均匀、稳定、强劲的气流作用。

第四步，粉末颗粒在气流的推动下到达出粉口，粉末颗粒在出粉口受到无人机旋翼下压风场和机载喷粉装置风场的共同作用到达靶标作物上；

粉剂颗粒在空气中较容易受到气流的扰动，所以使用本装置进行喷粉作业时，应选择清晨、傍晚或者气流稳定的天气进行作业，根据靶标作物、作用面积的不同，本装置可以通过改变混流风机和流化结构的转速，来调控机载喷粉装置的单位时间喷粉量，喷施范围；

本装置中的混流风机外壳、储粉斗、下粉通道、加压送粉通道和出粉口都采用碳纤维材料，符合不同工况下的作业要求，大幅度减少了无人机自身载重。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

1、采用混流风机、加压送粉通道等机械结构，让推动粉剂的气流更加均匀、稳定、强劲，使粉末颗粒有更多的动能，达到良好的施药效果。

2、与已有发明相比，本发明的结构简单、操作便捷，减少了不必要的结构，降低了无人机的自身载重，使无人机拥有更长时间的续航能力。

3、本发明使用了流化结构，可以自由调控粉末下落的速度，进而控制出粉量，适用于多种不同的作业需求。

4、本发明将出粉口设置在无人机旋翼下方，可以利用无人机旋翼带来的下压风场，使粉末颗粒更快的到达靶标作物上，减少粉末的飘移现象。

附图说明

图1为本发明的装配图；

图2为本发明储粉斗的结构示意图；

图3为本发明流化结构的结构示意图；

图4为本发明混流风机外壳与加压送粉通道的连接示意图；

图5为本发明混流风机的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、混流风机，2、混流风机外壳，3、加压送粉通道，4、储粉斗，401、下粉通道，5、流化结构，502、螺旋杆，501、扇叶，503、电机，6、出粉口，7、连接架，8、通信模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定发明的范围。

请参阅图1-5，本实施例中的一种适用于无人机喷施粉剂作业机载装置，包括安装在无人机外部的机载喷粉装置，机载喷粉装置包括混流风机1、混流风机外壳2、加压送粉通道3、储粉斗4、流化结构5、两个出粉口6、连接架7和两个通信模块8，混流风机1安装于无人机下方，混流风机1通过连接架7与无人机相连，加压送粉通道3和混流风机1直接相连，两个出粉口6呈分叉型连接在加压送粉通道3末端，分叉角度α为90°—160°，两个通信模块8分别固定于混流风机外壳2和储粉斗4外壁上，连接架7用于固定机载喷粉装置，连接架7的上端固定在无人机底部，连接架7的下端和混流风机外壳2焊接。

无线数据模块使用时，连接很简单只要直接连接即可，传输距离比较理想，一般能达到600米以上。

流化结构5包括螺旋杆502、扇叶501和电机503，通过电机503带动螺旋杆502和扇叶501转动。

储粉斗4包括下粉通道401，下粉通道401上端位于储粉斗4底部，下粉通道401垂直插入加压送粉通道3中，流化结构5安装在下粉通道401和储粉斗4的连接处。

进一步，混流风机1包括叶片101、导流叶102、驱动电机103。

叶片101焊接在导流叶102的圆锥型叶轮上；叶片101设计符合子午加速方法和“准三元”流动规律。

导流叶102在混流风机外壳2内保持固定。

驱动电机103带动叶片101转动；驱动电机103通过引线和无人机电源相连；驱动电机103通过引线和通信模块8相连。

进一步，加压送粉通道3与混流风机外壳2直接相连，加压送粉通道3的半径小于的混流风机外壳2的半径，加压送粉通道3的倒角角度θ为45°至60°。

进一步，所述储粉斗4为漏斗样式，且所述储粉斗4的上半部分为方型，所述储粉斗4的下半部分为锥型，所述储粉斗4的底部与下粉通道401直接相通。

进一步，电机503通过引线和无人机电源相连；电机503通过引线和无人机通讯模块相连。

进一步，出粉口6末端在无人机旋翼下方。

进一步，通信模块8通过无线信号传输地面指令，两个通信模块8可以分别控制驱动电机103、电机503的转速，进而改变风量、风压，控制下粉量。

进一步，的混流风机外壳2、储粉斗4、下粉通道401、加压送粉通道3和出粉口6的加工方式为3d打印，材料为碳纤维。

一种适用于无人机喷施粉剂作业机载装置的喷施方法，包括以下步骤：

第一步，在作业无人机上安装机载喷粉装置，在储粉斗4中加入足量的粉剂；

储粉斗4设计为内壁光滑的漏斗，粉剂依靠自身重力很容易下落到下粉通道401中，通过螺旋杆502的转动速度来调控下粉速度，较细粉末颗粒容易产生结块现象，扇叶501通过转动打碎结块粉末；

储粉斗4未设计震动装置，无人机在飞行过程中自身会产生一定抖动，在储粉斗4边缘的粉剂也能轻易下落到下粉通道401中，和现有技术相比减少了一定成本、简化了结构、降低了无人机载重。

第二步，控制作业无人机起飞，当无人机来到靶标作物上空时，打开混流风机1和驱动电机103的开关，粉剂在流化结构5的带动下，逐渐下落到加压送粉通道3中；

混流风机1的叶片101设计符合子午加速方法和“准三元”流动规律，驱动电机103带动叶片101转动产生斜向的气流，相比其他类型风机，混流风机1具有风压强、通风量大的特点。

第三步，混流风机1开始转动，产生强大气流，气流通过加压送粉通道3的空腔加强风压，作用到粉末颗粒；

由叶片101转动产生的气流通过导流叶102时被切割，使气流变得更加均匀、稳定，气流到达加压送粉通道3时，倒角结构进一步增加了风压，整体结构可以使粉剂颗粒受到更均匀、稳定、强劲的气流作用。

第四步，粉末颗粒在气流的推动下到达出粉口6，粉末颗粒在出粉口6受到无人机旋翼下压风场和机载喷粉装置风场的共同作用到达靶标作物上；

粉剂颗粒在空气中较容易受到气流的扰动，所以使用本装置进行喷粉作业时，应选择清晨、傍晚或者气流稳定的天气进行作业，根据靶标作物、作用面积的不同，本装置可以通过改变混流风机1和流化结构5的转速，来调控机载喷粉装置的单位时间喷粉量，喷施范围；

本装置中的混流风机外壳2、储粉斗4、下粉通道401、加压送粉通道3和出粉口6都采用碳纤维材料，符合不同工况下的作业要求，大幅度减少了无人机自身载重。

有益效果：

1、采用混流风机1、加压送粉通道3等机械结构，让推动粉剂的气流更加均匀、稳定、强劲，使粉末颗粒有更多的动能，达到良好的施药效果。

2、与已有发明相比，本发明的结构简单、操作便捷，减少了不必要的结构，降低了无人机的自身载重，使无人机拥有更长时间的续航能力。

3、本发明使用了流化结构5，可以自由调控粉末下落的速度，进而控制出粉量，适用于多种不同的作业需求。

4、本发明将出粉口6设置在无人机旋翼下方，可以利用无人机旋翼带来的下压风场，使粉末颗粒更快的到达靶标作物上，减少粉末的飘移现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。