农用植保无人机动力系统现状及应用
来源:用户上传
作者:
摘要 随着农业耕作技术的发展，人工喷洒农药的方式逐渐消失，出现无人喷洒作业。本文介绍了农用植保无人机机型及动力，阐述了农用植保无人机的动力系统应用现状，以期为我国农业发展提供参考。
关键词 农用植保无人机;动力系统;应用现状
中图分类号 S252 文献标识码 A
文章编号 1007-5739（2019）20-0158-02 开放科学（资源服务）标识码（OSID）
农业病虫害防治直接影响农业生产。在工业落后时期，病虫害防治主要靠人力田间捕捉。随着社会的发展，人力背负机械喷雾器、空中植保飞行器陆续被用于病虫害防治。航空动力技术的发展，提高了植保无人机的性能。匹配的动力系统不仅能保证飞行安全，同时保证了高效的作业效率以及高机动性能。植保无人机在安全飞防范围内可以完成山地、丘陵、平原植保作业，对各类作物施药喷洒作业。随着农用植保无人机喷洒技术的不断成熟，其已成为农业病虫害防治的主要手段[1]。
1 农用植保无人机机型及动力
农用植保无人机是农业生产工具的一种，是一种用于农业病虫防治的、飞手在地面操控、无人驾驶的飞行器，可用于完成各项农业植保作业。按主要动力来源一般可以分为燃油动力和电动动力，但近年有相关公司研制出混动（燃油动力和电动动力组合）动力植保机，燃油动力多出现在固定翼以及單旋翼机型中，电动动力多出现在多旋翼（四轴及以上机型）机型中。这些机型因动力系统差异在操控方式上也有一定差异。
1.1 固定翼植无人机
该机型载荷大、续航作业能力强，可视喷洒药剂及燃料多少而定，遇到强风操控性好，缺点是起降要有跑道等特殊场地，机动性能不如单旋翼及多旋翼[2]。动力以常规燃油动力发动机系统为主，也有一些机型会采用重油动力发动机。
1.2 单旋翼植无人机
该机型操控灵活性好、载荷力强、抗风效果好、气流大雾滴附着效果好。普遍采用常规燃油动力，但近2年也有电动动力及混动动力出现。
1.3 多旋翼
该机型因外观机翼旋翼不同又分为3种，分别为四旋翼、六旋翼、八旋翼等机型。目前，我国市场上使用最广泛的也是这类机型。这类机型因操控简单、使用方便而备受喜爱，同时其全部采用电动动力驱动系统，比较环保，但存在续航弱的问题。
2 农用植保无人机的动力系统应用现状
农用植保无人机在动力系统上的应用，主要有以下3种形式。一是燃油动力，主要以固定翼和单旋翼机型为主。二是电动动力，主要以多旋翼机型为主。三是混动动力，主要以多旋翼和单旋翼为主，目前该动力与以上2种驱动相比普及率不高。
2.1 燃油动力
燃油动力系统应用最广泛的是固定翼和单旋翼植保无人机，它们的主要动力来源于机身发动机带动螺旋桨旋转，利用机翼和机身流体性能通过空气动力学原理带动飞机飞行工作，最终实现植保作业[3]。
目前，市场上使用的航空燃油动力发动机分为2种。一种是重油发动机，其价格较高且农业使用普及率不高;另一种是常规燃油发动机，它也是市场上目前普遍使用的一种发动机。
燃油动力植保无人机一般续航能力强、载药量大，适合大面积农田作业，如我国新疆建设兵团种植区，大面积农田种植区域很适合这类植保机作业。但这类植保机也有一定的弊端，如发动机噪声大，不利于在村庄附近作业，维护维修困难，同时燃油动力的机型体积较大，起降受场地限制，如果没有足够大的场地则无法进行起降作业[4]。如彼岸航空发动机Rotax582UL是目前市场上适合较大型植保机使用的一种发动机型，它的总排量是580.7 cc，输出功率48 kW，内置发电机输出功率170 kW，最大转速6 800 r/min，扭矩75 N，燃油90#以上无铅汽油。同时相对较小型的发动机在植保机上也比较常见，但这种发动机载荷一般可以被电驱动代替，因而使用也相对较少。这类机型采用电机给电，喷杆多孔加压方式喷洒，保证每个喷洒杆都能达到喷洒效果。
2.2 电动动力
电动动力使用机型最多的是多旋翼植保无人机，这类机型旋翼多，载荷量少，骨架全部采用超轻型复合材料，因而电驱动也是最好的驱动方式，不仅满足了小型植保机在农业使用上的便利，也大幅提高了农药喷洒效率[5]。主要是无刷电机通过电池电能带动不同螺旋桨高速旋转，从而使机器完成飞行作业。电驱动动力无人机在小面积作业上具有很大的优势，迎合了我国当前的小块农田使用状态。该类驱动方式成本低，因而也是国内植保机主流的使用方式[6]。国内生产多旋翼植保无人机有一定知名度的品牌有大疆、富盛通、天鹰等，他们生产的这些机型都采用电驱动方式。这类机型在施药方式上采用多孔加压方式，保证当一个损坏的同时其他能够正常工作。 2.3 油电混动动力
混动动力是目前植保机市场上一种新的动力类型，它能有效解决作业续航问题。目前，这款产品也主要应用于多旋翼机型，其他机型出现相关产品还相对较少。混动动力主要采用发动机发电，储存在蓄电池中，再由蓄电池的电能带动植保机作业[7]。2018年6月在深圳第三届国际无人机展览会上展出了由“南方天途”“瑞深动力”联手打造的10 kg级植保喷洒无人机M4H型机，这款机油耗2.5 L/h，续航>20 min（可延续喷洒2个循环），兼具了电动无人机和油动无人机的操控灵敏和长续航双重优点，较传统以电池为能量源的植保无人机，在作业便携度方面突出作业时无需更换电池。在施药方式这类机型也和上述电动动力一致。
3 结语
目前，我国农业生产处于上升水平，农业技术仍在完善。随着农用植保无人机的应用，相信未来我国农业生产水平将会上一个更高的台阶，保证农业可持续发展，粮食健康稳定生产，农民收入提高。
4 参考文献
[1] 娄尚易，薛新宇，顾伟，等.农用植保无人机的研究现状及趋势[J].农机化研究，2017，39（12）：1-6.
[2] TESKE M E，THISTLE H W.Aerial application model extension into the far field[C]//ASAE Annual Meeting.Las Vegas：American Society of Agr-icultural Engineers，2003.
[3] 薛新宇，蘭玉彬.美国农业航空技术现状和发展趋势分析[J].农业机械学报，2013，44（5）：194-201.
[4] WANG SHI-lIN，SONG JIAN-LI，HE XIONG-KUI，etal.Performances Evaluation of Four Typical Unmanned Aerial Vehicles Used for Pesticide Application in China[J].Int J Agr Biol Eng，2017，10：22-31.
[5] 郭香.植保无人机广阔的发展市场给农业的发展注入新动力[EB/OL].[2019-06-01]http：//m.robt.ofweek.Com/2016-07/ART-8321204-8420，2016-11-14.
[6] HUANG YANBO，C M OUELLET-PLAMONDON，S J THOMSON，et al.Characterizing downwind deposition of the off-target drift from aerially applied glyphosate using Rb Cl as tracer[J].nt J Agric & Biol Eng，2017，10（3）：31-36.
[7] 周志艳，臧英，罗锡文，等.中国农业航空植保产业技术创新发展战略[J].农业工程学报，2013，29（24）：1-10.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15059890.htm
