【摘 要】
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近年来,我国植保无人机行业发展迅速,其中电动多旋翼无人机所占比例最大,电动多旋翼无人机作为当前无人机技术行业应用的主要领域,可用于喷施农药、肥料、和除草剂,以及航空播种、辅助授粉等诸多领域。但目前电动多旋翼无人机领域缺乏完善、规范的技术标准及作业规范,虽然已有部分团体标准出台,但相应的指标测试方法不够详细规范,评测指标的公正性还有待进一步深入研究。因此,如何建立科学全面的无人机评价体系以及电动多旋
【基金项目】
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广东省科技计划项目“农用无人直升机性能检测系统研发(2015B020206003)”; 广东省科技计划项目“电动非共轴多旋翼植保无人直升机技术要求”; 广东省科技计划项目“多旋翼无人机综合性能检测平台的开发(2014A020208103)”;
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近年来,我国植保无人机行业发展迅速,其中电动多旋翼无人机所占比例最大,电动多旋翼无人机作为当前无人机技术行业应用的主要领域,可用于喷施农药、肥料、和除草剂,以及航空播种、辅助授粉等诸多领域。但目前电动多旋翼无人机领域缺乏完善、规范的技术标准及作业规范,虽然已有部分团体标准出台,但相应的指标测试方法不够详细规范,评测指标的公正性还有待进一步深入研究。因此,如何建立科学全面的无人机评价体系以及电动多旋翼无人机性能检测系统,并对其关键指标进行测试,是当前电动多旋翼无人机安全使用和大规模推广中的难点之一。电动多旋翼无人机是目前农业领域应用的主流机型,据统计,占比80%以上。本课题主要针对电动多旋翼无人机的性能检测平台进行了设计,并对其中的升力特性的评测方法进行了研究,并对升力特性、悬停稳定性和安全性重要指标进行了测试与应用。主要研究内容和研究成果如下:(1)设计并搭建了半系留式电动多旋翼无人机性能测试平台。对现有的电动多旋翼无人机进行调查和统计分析,结果表明所有机型中以四旋翼、六旋翼和八旋翼无人机为主,最大质量为65kg,整机的最大尺寸为4040 mm,最大电压为50.4 V。基于上述参数,综合考虑电动多旋翼无人机安全性和可靠性的要求,设计了半系留式电动多旋翼无人机性能测试平台,可对不同类型、不同规格的电动多旋翼无人机进行测试,能够很好的模拟无人机真实飞行过程,并且能够有效保证多旋翼无人机在极限测试过程中不受损伤,对减震装置与限位装置进行了有限元分析与动力学分析,结果表明,该设计满足测试要求。利用Lab VIEW软件开发了电动多旋翼无人机性能检测软件系统,能够测试飞行过程中电动多旋翼无人机的电流、电压、有效升力、电机表面温度和姿态等参数。(2)提出了电动多旋翼无人机动力部件温升特性的评价方法。为了制定不同环境温度下的电机温升测试评价标准,在人工气候箱中,对不同的无刷电机进行了不同环境温度下的对比试验,采用红外热像仪测量与接触式测量两种方法进行对比分析,确定了无刷电机的辐射率0.91。利用不同材质包裹的电机进行了温升对比试验,结果表明不同表面温度差异性显著。对在不同环境温度下的测试结果进行了转换,相比真实结果,温差小于0.5℃,能满足温升的测试要求,验证了以环境温度作为温升评判标准的合理性。(3)提出了电动多旋翼无人机升力特性检测与评价方法。对电动多旋翼无人机动力系统原理进行分析,从能源消耗、载重量和工作过程中产生的热量三个角度出发,提出了以功率载荷、重量效率和热效比为指标的电动多旋翼无人机升力特性的综合评价方法;选取三种电动多旋翼无人机,对不同机型的净升力、总升力、功率载荷、重量效率和温升变化进行了测试分析,结果表明三种机型的总升力分别为246N、363N和269N,最大功率载荷分别为59.2 m N/W,63.2 m N/W和69.3 m N/W,最大重量效率分别为1.29、0.96和1.15,并对不同环境温度下测试的结果进行了纠正处理,计算所得三种机型的热效比分别为124.8 N/℃、121.8 N/℃和130.6 N/℃,升力特性的综合评分分别为93.5、85.8和95.7。(4)基于对电动多旋翼无人机稳定性分析方法,从翻滚角、俯仰角和高度三个角度出发,结合电动多旋翼无人机的悬停稳定性的特点,提出了以横向稳定性、纵向稳定性和高度稳定性为指标的电动多旋翼无人机悬停稳定性的评价方法,对不同机型的横向稳定性、纵向稳定性和高度稳定性进行讨论分析,并且可以通过此测试平台对电动多旋翼无人机的定高精度进行测试。(5)基于搭建的半系留式电动多旋翼无人机平台,对3WDM4-10型电动非共轴四旋翼无人机、TXA-616型电动非共轴四旋翼无人机和MG-1型电动多旋翼无人机上进行了升力特性、悬停稳定性指标测评,结果表明该平台适用于不同多旋翼机型关键指标的性能测试,测试结果可供无人机用户参考。
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