何志輝，高萬林，2*，何雄奎，白小寧，4，任延昭

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 100083； 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)信息化標(biāo)準(zhǔn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 3. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)藥械與施藥技術(shù)研究中心，北京 100193；4. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥檢定所，北京 100125)

我國新型農(nóng)業(yè)主體的崛起，土地快速流轉(zhuǎn)及新形勢(shì)下農(nóng)資市場(chǎng)的一系列變革，都在為植保無人機(jī)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和植保作業(yè)的推廣應(yīng)用提供有利條件與技術(shù)支持，我國未來的無人機(jī)植保服務(wù)市場(chǎng)空間大，植保無人機(jī)市場(chǎng)前景廣闊。但目前影響植保無人機(jī)作業(yè)效率的因素之一是載荷量較小、續(xù)航時(shí)間較短，作業(yè)過程中需頻繁更換電池及添加藥液，因此需要進(jìn)一步提高載荷量和續(xù)航時(shí)間，使得植保無人機(jī)的時(shí)間利用率進(jìn)一步提高[1，2]。針對(duì)這一問題，本文將對(duì)縱列式電動(dòng)無人直升機(jī)這一機(jī)型的眾多優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行介紹，分析這一機(jī)型在農(nóng)藥噴灑中提高載荷量和續(xù)航時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)，分析這一機(jī)型在農(nóng)藥噴灑中應(yīng)用前景。

1 中國植保無人機(jī)的幾種主要類型及其優(yōu)缺點(diǎn)

據(jù)農(nóng)業(yè)部相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，截至2017年底，全國在用的農(nóng)用無人機(jī)共253種，生產(chǎn)植保無人機(jī)的工廠300余家，全國植保無人機(jī)裝機(jī)量達(dá)到14 000余架[3]。總體來看，目前我國市場(chǎng)上常見的植保無人機(jī)機(jī)型主要是電動(dòng)多旋翼植保無人機(jī)、電動(dòng)單旋翼植保無人機(jī)和油動(dòng)單旋翼植保無人機(jī)等 3種類型，(圖 1)。

各種類型的植保無人機(jī)的空機(jī)質(zhì)量為10～30kg，超低空作業(yè)，作業(yè)高度1.5～5m，飛行速度為3～6m/s，

噴幅可達(dá)5～9m，除去續(xù)航加藥時(shí)間，1h作業(yè)面積可達(dá)5～8hm2，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工水平【3，4】。單旋翼植保無人機(jī) (電動(dòng)機(jī)型與油動(dòng)機(jī)型)藥箱載荷多為10～20L，油動(dòng)機(jī)型載荷可達(dá)30L以上；多旋翼植保無人機(jī)以電池為動(dòng)力，較單旋翼無人機(jī)載荷少，載荷范圍多為5～15L，但其自動(dòng)化程度高。比較了植保無人機(jī)電動(dòng)機(jī)型和油動(dòng)機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)(表1)；比較了植保無人機(jī)單旋翼機(jī)型和多旋翼機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)(表2)。

表1 植保無人機(jī)電動(dòng)機(jī)型和油動(dòng)機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)【1，3】

表2 植保無人機(jī)單旋翼機(jī)型和多旋翼機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)比較【1，3】

2 縱列式電動(dòng)無人直升機(jī)

縱列式電動(dòng)無人直升機(jī)有兩個(gè)縱向布置、轉(zhuǎn)向相反、轉(zhuǎn)速相等的旋翼，兩副旋翼一前一后分別安裝在機(jī)頭和機(jī)尾【5，6】(圖2)。

表3 植保無人機(jī)單旋翼機(jī)型和縱列式電動(dòng)無人直升機(jī)機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)比較【1，3】

續(xù)表

縱列式電動(dòng)無人機(jī)直升機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是兩副旋翼同步反向旋轉(zhuǎn)，相互抵消旋翼產(chǎn)生的反扭矩，因此可以將無刷電機(jī)的動(dòng)力全部用于旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力。同時(shí)由于這種布局的直升機(jī)無尾漿，可以節(jié)省尾漿消耗的功率，該功率約占總功率的7%～10%【7】。另外這種布局的直升機(jī)在機(jī)體重量接近單旋翼直升機(jī)的同時(shí)，具有更大的槳盤面積，可以獲得接近單旋翼2倍的起飛重量。在相同起飛重量時(shí)，具有更小的搬運(yùn)體積，氣動(dòng)效率高于傳統(tǒng)單旋翼布局。同時(shí)與單旋翼直升機(jī)相比結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，便于模塊化設(shè)計(jì)，方便維護(hù)和降低使用成本。

3 結(jié)論

本文分析了我國植保無人機(jī)的幾種主要類型及其優(yōu)缺點(diǎn)，為了提高植保作業(yè)效率，植保無人機(jī)對(duì)載藥量和續(xù)航時(shí)間有更高的要求。縱列式電動(dòng)無人直升機(jī)，結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)的帶尾槳的直升機(jī)簡(jiǎn)單，安全性更好，是一種在農(nóng)藥噴灑中有很好的應(yīng)用前景的機(jī)型?？v列式電動(dòng)無人直升機(jī)在相同動(dòng)力能耗下，通過兩個(gè)旋翼都用于提供升力，具有較好的升力效率，承載和運(yùn)載能力相較于傳統(tǒng)的單旋翼直升機(jī)有明顯的提升，因此植保作業(yè)生產(chǎn)效率更高。目前，市場(chǎng)上還未見將縱列式電動(dòng)無人直升機(jī)作為植保無人機(jī)的飛行平臺(tái)的商業(yè)機(jī)型，這一動(dòng)力高效、結(jié)構(gòu)緊湊的機(jī)型更適合于農(nóng)業(yè)植保作業(yè)。