一种植保用无人地效飞行器的制作方法

本发明属于航空植保研究技术领域，具体是一种植保用无人地效飞行器。

背景技术：

使用飞行器进行植保作业是最近越来越热的研究领域，使用的飞行器分为有人驾驶和无人驾驶两种：有人驾驶飞行器多为固定翼飞机；无人驾驶飞行器为单旋翼无人机和多旋翼无人机。

固定翼飞机具有载液量多，续航能力强等优点，但是固定翼飞机飞行高度过高，容易造成雾滴漂移，农药利用率低；无人机虽然飞行高度低，能够有效减少雾滴漂移现象，增加农药利用率，但是无人机载液量少，电池使用时间少，续航能力弱，不能有效的解决航空植保存在的问题。

技术实现要素：

针对航空植保的上述问题，本发明提出了一种植保用无人地效飞行器。本发明能够适应不同地貌起飞和着陆，并大大减少了起飞距离，适合应用于植保作业。

一种植保用无人地效飞行器，其特征在于包括机身、机翼、喷雾系统、信号采集系统、控制系统。

机身包括机身上部和机身下部，机身上部再分为头部、中部、尾部三部分。机身下部，两侧对称设置气囊带，两个气囊带之间形成的空间为增压气腔；机身上部头部设置垫升流道连通机身下部，在垫升流道中设置垫升螺旋桨；机身上部尾部设置推进螺旋桨，尾部两侧分别安装一个螺旋桨变向控制箱，两个两用螺旋桨分别与两个螺旋桨变向控制箱相连接；机身上部中部的前部设置前置发动机，前置发动机动力向前输送至前置变速箱，再分别输送到设置在前置变速箱两侧的两个离心风机和设置在头部的垫升螺旋桨，机身上部中部的后部设置后置发动机，后置发动机动力向后输送至后置变速箱，再分别输送到设置在尾部的推进螺旋桨和两用螺旋桨。

机翼，包括地效翼和飞行翼，地效翼直接安装在机身两侧，飞行翼安装在地效翼外侧。

喷雾系统包括药箱、泵、风管、喷杆和静电喷头。药箱设置在机身上部的中部的中间位置，与设置在后置发动机左侧的泵相连，泵由后置发动机经后置变速箱提供动力；静电喷头安装在喷杆上并固定在风管上；风管固定在地效翼下表面的中心线上，并由离心风机提供风力；喷雾系统各部分由液管相连。

信息采集系统包括安装在机身上部头部的避障传感器和速度传感器，安装在机身下部前端的高度传感器和靶标传感器，安装在机翼下方、风管前方的风速仪。

控制系统设置于机身上部中部的前部位置，包括飞行器飞行控制系统、喷雾控制系统和遥控系统。飞行控制系统连接并控制垫升螺旋桨、离心风机、推进螺旋桨、两用螺旋桨和螺旋桨变向控制箱；喷雾控制系统连接并控制泵、静电喷头；遥控系统包括地面显示器和控制器。

气囊带在地效飞行器起飞与着陆状态下减轻地面对地效飞行器的冲击，气囊带下设气囊带排气孔，排气孔内侧设置压力阀，压力阀靠弹簧力与气体压力的平衡控制开关，当气囊带压力高于弹簧力，排气孔开启，形成高压冲击气流，缩短飞行器起飞飞行距离，辅助飞行器飞行。

风管在安装静电喷头的位置设置风管喷气孔，风从风管喷气孔喷出形成辅助风辅助静电喷头喷洒的雾滴运行到靶标体上，增加雾滴穿透性、减少漂移，并对雾滴二次雾化提高雾滴沉积均匀性。

两用螺旋桨存在两种形态，起飞时螺旋桨垂直向下，产生向下风力辅助地效飞行器离开地面；飞行时螺旋桨水平向后，产生向后的风力辅助飞行；两个两用螺旋桨的转速可分别控制，当其转速不同时，实施飞行器转向功能；两用螺旋桨变更状态由螺旋桨变向控制箱控制。

螺旋桨变向控制箱内部包括动力输入轴、中间轴、动力输出轴和液压缸。动力输入轴与后置变速箱相连，动力输出轴与两用螺旋桨相连，中间轴位于动力输入轴和动力输出轴之间，中间轴、动力输入轴和动力输出轴三者之间通过齿轮啮合装配，液压缸两端分别于固定在动力输入轴和动力输出轴上，通过控制液压缸的伸缩控制改变两用螺旋桨的形态。

飞行控制系统不仅可以依据信息采集系统的避障传感器、速度传感器和高度传感器采集的信息，控制离心风机、推进螺旋桨、垫升螺旋桨和两用螺旋桨完成自动调节速度、高度和躲避障碍，还可以通过遥控系统人工设置飞行工况。

喷雾控制系统可以根据速度传感器和靶标传感器所采集的信息调节泵的流量从而调节喷头流量来实现对靶精量喷雾，同样可以通过遥控系统进行人工设置喷雾工况。

喷雾控制系统还包括喷头角度自调节系统，喷头角度自调节系统包括风速仪、后置发动机、后置变速箱、安装在机身上部中部的后半部分的处理器、安装在处理器一侧与其相连的离合器、风管、喷杆和静电喷头，风速仪采集机翼下方风速信息，经处理器分析处理后控制离合器接合或断离来控制风管转动，带动喷头改变其喷雾角度，使雾滴更好的沉积到作物上。风管转动的动力由后置发动机产生，经后置变速箱传递给离合器。

与现有航空植保技术相比，本发明具有以下优点：1、采用垫升螺旋桨、气囊带、两用螺旋桨辅助起飞，大大缩短起飞距离，更加迅速达到作业高度；2、采用气囊带代替轮胎，能够适用于不同地形起飞着落，更加适合本发明作业要求；3、利用地效原理，本发明飞行高度仅为2米左右，并且能够手动设置飞行高度，能够更好的进行植保作业，并有较大的载液量，提高了续航能力；4、喷杆角度可调，能够根据不同作业状态改变喷头角度，提高雾滴沉积效果。

附图说明

图1地效飞行器整体结构上表面示意图。

图2地效飞行器整体结构下表面示意图。

图3喷头角度自调节系统示意图。

图4起飞时螺旋桨变向控制箱内部结构示意图。

图5飞行时螺旋桨变向控制箱内部结构示意图。

图6地效飞行器起飞状态。

图7地效飞行器飞行状态。

图8控制系统示意图。

附图标记说明：

1气囊带

2垫升螺旋桨

3垫升流道

4推进螺旋桨

5两用螺旋桨

6螺旋桨变向控制箱

7前置发动机

8前置变速箱

9离心风机

10后置发动机

11后置变速箱

12地效翼

13飞行翼

14药箱

15泵

16避障传感器

17速度传感器

18增压气腔

19风管

20喷杆

21静电喷头

22高度传感器

23靶标传感器

24风速仪

25气囊带排气孔

26风管喷气孔

27处理器

28离合器

29动力输入轴

30中间轴

31动力输出轴

32液压缸

33控制系统

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例；

如图1、图2所示，一种植保用无人地效飞行器，包括机身、机翼、喷雾系统、信号采集系统、控制系统。

当飞行器起飞时，前置发动机7经前置变速箱8为离心风机9和垫升螺旋桨2提供动力，离心风机9工作给气囊带1充气，当气囊带1内部压力达到临界值，气囊带排气孔25打开形成向下的冲击气流；垫升螺旋桨2形成的冲击气流沿垫升流道3至机身下部的增压气腔18；后置发动机10经后置变速箱11为两用螺旋桨5和推进螺旋桨4提供动力，此时螺旋桨变向控制箱6内部状态如图4所示，两用螺旋桨状态如图6所示，形成向下的冲击气流，此时动力输入轴29分别与动力输出轴31和中间轴30通过齿轮啮合，此时中间轴30与动力输出轴31不接触；三者辅助飞行器离开地面，推进螺旋桨4形成向后的冲击气流，为飞行器提供前进动力。

当飞行器起飞完毕，螺旋桨变向控制箱6内部液压缸32伸展，动力输出轴32由垂直状态转变为水平状态，如图5所示，两用螺旋桨5状态如图7所示，产生向后的冲击气流，推动飞行器飞行，此时动力输入轴29与中间轴30通过齿轮啮合传递动力，中间轴30与动力输出轴31通过齿轮啮合传递动力，动力输入轴29与动力输出轴31不接触。

在飞行器飞行途中，遇到障碍时，如图8所示，由高度传感器22和避障传感器16获得信息，由飞行机载处理器分析处理后，控制改变两个两用螺旋桨5的转速，使之不同从而改变方向；或者加大离心风机9、垫升螺旋桨2的功率实现飞行器跃升，从而躲避障碍。同时，亦可以通过地面控制系统控制飞行器的飞行方向和高度。

在植保作业过程中，泵15由后置发动机10经后置变速箱11提供动力，将药箱14中的药液输送至静电喷头21；风管19中风力由离心风机9提供，通过风管排气孔26排出，辅助静电喷头喷出的雾滴运行到靶标体上，增加雾滴穿透性、减少漂移，并对雾滴二次雾化提高雾滴沉积均匀性。

如图8所示，速度传感器17、靶标传感器23将采集到的速度、靶标体密度等信息传输给喷雾机载处理器，分析处理后，调节泵15的流量从而调节静电喷头21的流量来实现对靶精量喷雾，同样可以通过遥控系统进行人工设置喷雾工况。如图3所示，风速仪24采集机翼下方风速信息，经处理器27分析处理后控制离合器28接合或断离来控制风管转动，带动喷头改变其喷雾角度，使雾滴更好的沉积到作物上。风管转动的动力由后置发动机10产生，经后置变速箱11传递给离合器28。

更进一步的，在农田作业植保过程中，植保用无人地效飞行器可以在距离农田100米内的草坪或者硬土地上起飞，气囊带1与垫升螺旋桨2、两用螺旋桨5辅助地效飞行器尽快从起飞状态进入飞行状态。在农田上方时，植保用无人地效飞行器按照人工设定的高度、速度以及喷洒量进行作业，当靶标传感器23探测到农田中植被稀疏甚至没有植被时，喷雾控制系统控制泵15的流量较少或者停止泵供应液体来调节静电喷头21的喷雾量实现对靶精量喷雾；风速仪24采集风机机翼下的风速，反馈给处理器27，处理器27控制离合器28的接合与断离控制风管19以及静电喷头21的方向，确保雾滴能够高效的沉积在植株上；当植保用无人地效飞行器的避障传感器16探测到前方有电线杆等障碍物时，飞行控制系统会控制其提高飞行高度或者转弯等行为避开前方障碍物。植保作业完成后，植保用无人地效飞行器能够在任意地面降落，气囊带1能够有效的缓冲降落过程中地面对飞行器的冲击，使其平稳降落。

本发明使用气囊带1代替轮胎使地效飞行器起飞与着陆状态下减轻地面对地效飞行器的冲击；本发明飞行期间遵循地效原理，飞行高度约为2米左右，更加适合植保作业；本发明使用燃油动力，载有大型药箱，大大提高了航空植保的续航能力。