農(nóng)用無人旋翼機設(shè)計及霧滴分布試驗研究.pdf

1、隨著近些年來航空事業(yè)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)航空已成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要組成部分，現(xiàn)有的農(nóng)用航空飛行器主要是固定翼及直升機兩種，這兩種機型為航空領(lǐng)域中的主流機型，固定翼的特點是高速、效率較高，直升機的特點是可懸停、飛行速度低、能耗高，這兩種機型各有特點。然而，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，以上兩種飛行器也各有缺點，固定翼的跑道要求高，浪費農(nóng)業(yè)土地資源，并且其速度高、噴施漂移大，噴施效果不好;直升機能耗大、維護成本高、效率低。在認識到這兩種機型的缺點后，本文采用了旋

2、翼機這一機型進行設(shè)計研究，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高、可低速飛行、起飛距離短，其飛行特點適用于農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域。并且，本文將其設(shè)計為無人旋翼機，以此來減少農(nóng)藥噴施對人體的傷害，并依據(jù)其動力學模型建立試驗平臺，對霧滴分布情況進行研究，主要內(nèi)容如下:
　　首先，依據(jù)旋翼機動力學特性，針對直升機及旋翼機這兩種相似模型進行對比分析，確定旋翼機基本設(shè)計參數(shù)。分析該旋翼機航向穩(wěn)定性、縱向穩(wěn)定性、橫向穩(wěn)定性，依據(jù)分析結(jié)果對旋翼機進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3、分析旋翼機重要的主旋翼槳轂系統(tǒng)的揮舞特性及擺振特性，進行槳轂設(shè)計。根據(jù)設(shè)計參數(shù)要求及穩(wěn)定性分析結(jié)果確定動力系統(tǒng)位置及電機參數(shù)、起落架模型等。為方便旋翼機在農(nóng)田中工作，設(shè)計可折疊式噴施藥桿機構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后按照具體參數(shù)進行建模，并將模型導入到ANSYS CFX模塊中進行機體流場分析在CFX模塊中設(shè)定流場條件，驗證流體效果，得到仿真結(jié)果及驗證流體不平衡值。
　　其次，針對噴施關(guān)鍵部件的安裝位置及霧滴漂移情況進行分析，本文設(shè)計了三因素

4、三水平的中心組合試驗，對噴頭的安裝位置進行優(yōu)化研究，通過設(shè)計噴頭與主旋翼高度差、噴頭與主旋翼X軸位置、噴頭與主旋翼Y軸位置三個因素并進行水平選擇，同時設(shè)計一組24×24的矩陣進行樣品采集，得到噴施漂移量和有效噴幅內(nèi)質(zhì)量兩組數(shù)據(jù)，先將數(shù)據(jù)整合到matlab設(shè)計的GUI界面中進行展示，獲得霧滴分布范圍圖表，以此掌握分布規(guī)律。
　　最后，將數(shù)據(jù)導入Design expert中進行分析，通過相應曲面法得到最優(yōu)解。得到各因素相對漂移量的影響

5、程度依次為:噴頭與主旋翼高度差＞噴頭與主旋翼X軸位置＞噴頭與主旋翼Y軸位置;各因素對有效噴幅內(nèi)質(zhì)量的影響程度依次為:噴頭與主旋翼高度差＞噴頭與主旋翼X軸位置＞噴頭與主旋翼Y軸位置。通過試驗結(jié)果對噴頭位置的優(yōu)化設(shè)計，確定了噴頭的位置的最佳安裝位置。總結(jié)了該氣動模型下霧滴分布規(guī)律。
　　本文通過設(shè)計農(nóng)用無人旋翼機的結(jié)構(gòu)，對其進行流體分析，結(jié)合solidworks、matlab、designexpert等軟件對結(jié)果進行分析，得到噴頭安裝