本發(fā)明屬于農(nóng)噴型無人直升機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種載重量大的農(nóng)林植保無人直升機(jī)。
背景技術(shù)：
：我國是世界人口最多的農(nóng)業(yè)大國，擁有18億畝基本農(nóng)田和廣袤的森林，每年需要大量的農(nóng)林植保作業(yè)。我國每年農(nóng)藥中毒人數(shù)高達(dá)10萬之眾，致死率約20%。農(nóng)藥殘留和污染造成的病死人數(shù)雖然無官方統(tǒng)計(jì)，但應(yīng)該更是個驚人數(shù)字。因此，中國農(nóng)林植保無人機(jī)的需求量是相當(dāng)巨大的。農(nóng)林植保無人機(jī)具備高效安全、自主或遙控作業(yè)、覆蓋密度高、精確作業(yè)效果好、省水、成本低等優(yōu)勢。但目前用于農(nóng)業(yè)植保的無人機(jī)主要機(jī)型最大起飛重量是100kg以下的無人機(jī)（多旋翼無人機(jī)占大多數(shù)），有效載荷在15kg～35kg。在噴灑流量1.2L-1.5L/min（5個噴頭）時(shí)，單機(jī)噴灑作業(yè)僅達(dá)300畝/天（水稻等）。目前市面上無人機(jī)的載重量小、航時(shí)短、效率低、大面積噴灑作業(yè)困難。201410010532.3公布了一種小型無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)，包括飛行執(zhí)行單元、狀態(tài)傳感器單元、降落傘單元、飛行控制單元、地面控制終端及遙控器單元。該案公布的直升機(jī)續(xù)航能力差，載重量小，無法進(jìn)行長時(shí)間農(nóng)藥噴灑作業(yè)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提出了一種載重量大的農(nóng)林植保無人直升機(jī)，本案以有人駕駛直升機(jī)為原型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，保留了有人直升機(jī)載重量大的特點(diǎn)，可以加裝大容量U型藥箱，大大提高直升機(jī)噴灑作業(yè)的工作效率。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種載重量大的農(nóng)林植保無人直升機(jī)，其包括機(jī)架、傳動系統(tǒng)、旋翼系統(tǒng)、動力裝置、燃油系統(tǒng)、起落架、整流罩、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)，所述傳動系統(tǒng)、旋翼系統(tǒng)、動力裝置、燃油系統(tǒng)、起落架、整流罩、飛控系統(tǒng)和噴灑系統(tǒng)都設(shè)置在所述機(jī)架上，所述整流罩包裹在所述機(jī)架上，所述動力裝置是一活塞式發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)設(shè)置在所述機(jī)架后端部，所述燃油系統(tǒng)包括油箱和輸油管道，所述油箱通過輸油管道連接所述發(fā)動機(jī)，所述傳動系統(tǒng)包括帶傳動、減速器、聯(lián)軸器和尾管，所述旋翼系統(tǒng)包括主旋翼、主槳舵機(jī)、尾槳舵機(jī)和尾旋翼，所述減速器的輸出軸連接所述主旋翼，所述主槳舵機(jī)連接在所述主旋翼上，所述減速器通過所述聯(lián)軸器連接所述尾管，所述尾管端部設(shè)有所述尾旋翼，所述尾槳舵機(jī)連接在所述尾旋翼上，所述噴灑系統(tǒng)包括U型藥箱和噴桿，所述U型藥箱通過汽油機(jī)水泵將藥液導(dǎo)入噴桿中。在本發(fā)明的載重量大的農(nóng)林植保無人直升機(jī)中，所述飛控系統(tǒng)包括機(jī)載傳感器、飛控計(jì)算機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動板、執(zhí)行舵機(jī)和導(dǎo)航通訊設(shè)備。在本發(fā)明的載重量大的農(nóng)林植保無人直升機(jī)中，所述數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)包括機(jī)載數(shù)據(jù)鏈和地面數(shù)據(jù)鏈，所述機(jī)載數(shù)據(jù)鏈包括機(jī)載全向天線、雙工器、功放單元和機(jī)載鏈路收發(fā)組合，所述地面數(shù)據(jù)鏈包括地面全向天線、地面定向天線、伺服跟蹤組合、雙工器、功放單元和地面鏈路收發(fā)組合。在本發(fā)明的載重量大的農(nóng)林植保無人直升機(jī)中，所述主旋翼包括傾斜盤、拉桿、主槳、主槳夾和主槳轂，所述傾斜盤設(shè)置在所述主槳舵機(jī)上，所述拉桿設(shè)置在所述傾斜盤上，所述主槳轂設(shè)置在所述拉桿上，所述主槳轂兩邊設(shè)有所述主槳夾，所述主槳夾上設(shè)有所述主槳。在本發(fā)明的載重量大的農(nóng)林植保無人直升機(jī)中，所述尾旋翼包括尾槳、尾槳夾和尾槳轂，所述尾槳轂設(shè)置在所述尾管上，所述尾槳轂兩邊設(shè)有所述尾槳夾，所述尾槳夾上設(shè)有所述尾槳。實(shí)施本發(fā)明的這種載重量大的農(nóng)林植保無人直升機(jī)，具有以下有益效果：本案以有人駕駛直升機(jī)為原型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，保留了有人直升機(jī)載重量大的特點(diǎn)，可以加裝大容量U型藥箱，減少加藥次數(shù)，使得直升機(jī)可以長時(shí)間持續(xù)作業(yè)，大大提高直升機(jī)噴灑作業(yè)的工作效率。附圖說明圖1為本發(fā)明的這種載重量大的農(nóng)林植保無人直升機(jī)的示意圖；圖2為本案無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為飛行控制與管理軟件的外部接口的框圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。如圖1至2所示的本發(fā)明的這種載重量大的農(nóng)林植保無人直升機(jī)，其包括機(jī)架1、傳動系統(tǒng)、旋翼系統(tǒng)、動力裝置、燃油系統(tǒng)、起落架2、整流罩3、飛控系統(tǒng)4、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)5、噴灑系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)6。起落架2為滑橇式結(jié)構(gòu)，增加直升機(jī)起、降的安全性。所述傳動系統(tǒng)、旋翼系統(tǒng)、動力裝置、燃油系統(tǒng)、起落架2、整流罩3、飛控系統(tǒng)4和噴灑系統(tǒng)都設(shè)置在所述機(jī)架1上，所述整流罩3包裹在所述機(jī)架1上，整流罩3使得無人直升機(jī)具有一定的隱蔽性。所述動力裝置是一活塞式發(fā)動機(jī)7，該發(fā)動機(jī)7設(shè)置在所述機(jī)架1后端部，且該發(fā)動機(jī)7上設(shè)有一排氣管70，該發(fā)動機(jī)7的型號為平直對列四缸ROTAX912ULS。所述燃油系統(tǒng)包括油箱8和輸油管道，所述油箱8通過輸油管道連接所述發(fā)動機(jī)7。所述傳動系統(tǒng)包括帶傳動11、減速器12、聯(lián)軸器13和尾管9。所述旋翼系統(tǒng)包括主旋翼10、主槳舵機(jī)20、尾槳舵機(jī)40和尾旋翼30。所述減速器12的輸出軸連接所述主旋翼10，所述主槳舵機(jī)20連接在所述主旋翼10上。所述主旋翼10包括傾斜盤101、拉桿102、主槳103、主槳夾104和主槳轂105，所述傾斜盤101設(shè)置在所述主槳舵機(jī)20上，所述拉桿102設(shè)置在所述傾斜盤101上，所述主槳轂105設(shè)置在所述拉桿102上，所述主槳轂105兩邊設(shè)有所述主槳夾104，所述主槳夾104上設(shè)有所述主槳103。所述減速器12通過所述聯(lián)軸器13連接所述尾管9，所述尾管9端部設(shè)有所述尾旋翼30，所述尾槳舵機(jī)40連接在所述尾旋翼30上。所述尾旋翼30包括尾槳301、尾槳夾302和尾槳轂303，所述尾槳轂303設(shè)置在所述尾管9上，所述尾槳轂303兩邊設(shè)有所述尾槳夾302，所述尾槳夾302上設(shè)有所述尾槳301。所述噴灑系統(tǒng)包括U型藥箱50和噴桿60，所述U型藥箱50通過汽油機(jī)水泵將藥液導(dǎo)入噴桿60中。其中，所述飛控系統(tǒng)4包括機(jī)載傳感器、飛控計(jì)算機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動板、執(zhí)行舵機(jī)和導(dǎo)航通訊設(shè)備。所述數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)5包括機(jī)載數(shù)據(jù)鏈和地面數(shù)據(jù)鏈，所述機(jī)載數(shù)據(jù)鏈包括機(jī)載全向天線、雙工器、功放單元和機(jī)載鏈路收發(fā)組合，所述地面數(shù)據(jù)鏈包括地面全向天線、地面定向天線、伺服跟蹤組合、雙工器、功放單元和地面鏈路收發(fā)組合。本案的無人直升機(jī)的參數(shù)為：1.1外形尺寸機(jī)身長度6.2m最大長度（包括主旋翼10）8m高度2.5m帶機(jī)輪高度2.6m機(jī)身寬度1.18m起落架寬度1.8m主旋翼10直徑7.14m尾旋翼30直徑0.8m。1.2重量和載荷原機(jī)空重285kg最大起飛重量450kg燃油箱容量60L。1.3性能環(huán)境溫度－15℃～+40℃最大平飛速度140km/h不可逾越速度155km/h最大航時(shí)4小時(shí)最高升限3000m最大風(fēng)速60km/h最大抗側(cè)風(fēng)速30km/h斜坡著陸縱坡8°/橫坡4°。本案的無人直升機(jī)的飛行指標(biāo)參數(shù)為：任務(wù)半徑≥100km任務(wù)規(guī)劃能力全自主巡檢和半自主監(jiān)測飛行起降方式自主起飛/降落飛行穩(wěn)定度指標(biāo)：平飛姿態(tài)穩(wěn)定精度（RMS)俯仰＜3°傾斜＜3°航向偏差＜3°飛行高度穩(wěn)定精度≤5m（RMS)飛行能力要求，具有晝夜任務(wù)飛行能力。目標(biāo)定位精度≤50m（CEP,垂直下視，高度200m）組合導(dǎo)航精度：≤3m（RMS)。本案的無人直升機(jī)的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的參數(shù)為：1.1作用距離數(shù)據(jù)傳輸半徑＞100km圖像傳輸半徑＞100km數(shù)據(jù)傳輸工作頻率2.4GHz圖像傳輸工作頻率600MHz上行、下行頻點(diǎn)可選范圍:1MHz步進(jìn)可調(diào)。1.2傳輸速率下行遙測數(shù)據(jù)與視頻復(fù)合傳輸方式圖像信息復(fù)合傳輸速率：≥2.5Mbps，帶寬8M上行遙控?cái)?shù)據(jù)速率≤9.6kbps。本案的無人直升機(jī)的噴灑系統(tǒng)的參數(shù)為：藥箱容積≥120kg噴管寬度6.6m噴頭數(shù)量14個。本案的無人直升機(jī)的重量、重心分析：原型機(jī)飛行手冊規(guī)定：縱向重心位置..................................主旋翼10軸允許的前重心極限值（自主旋翼10軸起）.............+136mm允許的后重心極限值（自主旋翼10軸起）............-136mm原型機(jī)空機(jī)重量為280kg，改型無人直升機(jī)后，取消飛行員和乘員座椅、操縱鋼索、儀表表、內(nèi)飾等，加裝飛控系統(tǒng)4兩個機(jī)箱及舵機(jī)等，大致改裝前后重量抵消。即空機(jī)重量按原機(jī)重量285kg分析。新型無人直升機(jī)農(nóng)林噴灑系統(tǒng)重量見表1。表1農(nóng)林噴灑系統(tǒng)重量序號名稱件數(shù)重量（kg）安裝位置（距主軸距離）（mm）1噴管一副9.5+6302藥箱118+1603汽油機(jī)水泵15.5+1090合計(jì)33注：距主旋翼10前距離為正，距主旋翼10軸后距離為負(fù)。新型無人直升機(jī)滿載時(shí)重量重心計(jì)算結(jié)果見表2；空載時(shí)重量重心計(jì)算結(jié)果見表3。表2滿載重量重心計(jì)算重量（kg）力臂（mm）力矩（kg/mm）標(biāo)準(zhǔn)空重280－136－38080燃油14（0.7kg/L）－170－2380噴管9.5+6305985藥箱18+1602880汽油機(jī)水泵5.5+10905995藥水120+16019200總重447－6400重心－6400/447－14.3表3空載重量重心計(jì)算重量（kg）力臂（mm）力矩（kg/mm）標(biāo)準(zhǔn)空重280－136－38080噴管9.5+6305985藥箱18+1602880汽油機(jī)水泵5.5+10905995總重313－23220重心－23220/313－74.2通過表2、表3的計(jì)算可以得出結(jié)論：新型無人直升機(jī)雖然重心靠后，但未超出重心后限－136mm，改裝無人駕駛直升機(jī)后，保守估計(jì)達(dá)不到有人駕駛直升機(jī)操縱范圍，設(shè)定前后重心范圍為－100mm～+100mm。所以計(jì)算值也在重量重心包線范圍之內(nèi)。本案的無人直升機(jī)的旋翼系統(tǒng)：主旋翼10是雙槳葉“蹺蹺板”式鉸接旋翼，這種屬于半鉸接式旋翼沒有擺振鉸和揮舞鉸，兩片槳葉在結(jié)構(gòu)上連成一體并共用一個中心水平鉸與旋翼軸相連。用一個單一的“蹺蹺板”鉸鏈同時(shí)代替揮舞鉸和擺振鉸，蹺蹺板鉸鏈在一側(cè)槳葉上揚(yáng)時(shí)，將另一側(cè)槳葉自然下壓；在一側(cè)槳葉“領(lǐng)先”時(shí)，將另一側(cè)槳葉自然“滯后”，既簡化了機(jī)械設(shè)計(jì)，又實(shí)現(xiàn)了需要更復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)的功能?！败E蹺板”式旋翼和鉸接式旋翼相比，這種型式旋翼突出優(yōu)點(diǎn)是槳轂的構(gòu)造簡單，沒有“地面共振”問題。但是這種型式旋翼沒有槳轂力矩產(chǎn)生，操縱功效和角速度阻尼低，而且隔振問題比較突出。旋翼軸的材質(zhì)為鉻鉬鋼；主槳葉材料為高耐磨性擠制鋁材。槳葉可在任何天氣條件下使用，槳葉上方的標(biāo)記用于檢查鋁材可能發(fā)生的永久性拉伸變形。尾旋翼30是剛性無鉸接旋翼，尾部結(jié)構(gòu)主要包括鋁材質(zhì)尾管9，并通過兩根碳纖維管支撐。尾旋翼30槳葉材質(zhì)是碳纖維結(jié)構(gòu)，通過推拉鋼索控制。技術(shù)參數(shù)為：主旋翼10直徑7.14m主槳葉數(shù)量2片主槳葉弦長18cm主槳葉扭曲度6°主槳葉重量12kg100%額定功率時(shí)槳尖速度690km/h尾旋翼30直徑0.8m尾槳葉數(shù)量4片尾槳葉弦長5.5cm尾槳葉扭曲度5°尾槳葉重量120g100%額定功率時(shí)槳尖速度580km/h主旋翼10和尾旋翼30直徑、轉(zhuǎn)速、槳距角與原型機(jī)相同，保持不變。本案的無人直升機(jī)的動力裝置：動力裝置由單臺ROTAX912ULS活塞式發(fā)動機(jī)7及附件構(gòu)成，該發(fā)動機(jī)7性能穩(wěn)定，工作可靠，具有功率重量比高，油耗低，壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)。其具有如下特性。－四沖程、四汽缸相對水平布置；-氣缸頭水冷；-氣缸體風(fēng)冷；-干槽式壓力潤滑；-電容放電雙點(diǎn)火；－兩個等負(fù)壓式化油器；-機(jī)械式燃油泵；-12V/700w起動電機(jī)。ROTAX912ULS發(fā)動機(jī)7參數(shù)：5min最大功率73.5kw（100HP）/5800rpm連續(xù)功率69.0kw（95HP）/5500rpm扭矩128Nm/5100rpm最大轉(zhuǎn)速5800rpm缸徑84.0mm行程61mm排量1352.0cm3壓縮比11：1點(diǎn)火單元無觸點(diǎn)電容放電雙點(diǎn)火內(nèi)置發(fā)電機(jī)功率250w/5500rpm電壓13.5V最大連續(xù)功率時(shí)耗油量25.0L/h旋轉(zhuǎn)方向（發(fā)動機(jī)7動力輸出端看）逆時(shí)針發(fā)動機(jī)7重量（帶齒輪箱）56.6kg動力裝置改裝方案：（1）發(fā)動機(jī)7型號不變，發(fā)動機(jī)7齒輪箱傳動比不變，以及安裝方式不變；（2）改進(jìn)發(fā)動機(jī)7散熱形式，將冷卻風(fēng)扇前移至原座艙下部位置；（3）飛控系統(tǒng)4主電氣盒采集發(fā)動機(jī)7轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)7氣缸頭溫度，滑油溫度及燃油油量信號和油量低告警信號，傳輸?shù)降孛嬲撅@示及告警；（4）除滑油風(fēng)扇的溫控開關(guān)外，增加遙控器上強(qiáng)制接通滑油風(fēng)扇開關(guān)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)7超溫時(shí)，手動打開風(fēng)扇開關(guān)強(qiáng)制冷卻。本案的無人直升機(jī)的傳動系統(tǒng)：傳動系統(tǒng)分主傳動和尾傳動，主傳動系統(tǒng)由V型皮帶輪傳動裝置和主減速器組成；尾傳動系統(tǒng)由尾傳動軸和尾減速器組成。主減速器殼體是鍛件，基座是鋁制機(jī)加件，為提高傳動軸表面硬度和防腐蝕保護(hù)，主減軸經(jīng)過表面處理。尾部傳動裝置是鋁管結(jié)構(gòu)。發(fā)動機(jī)7功率輸出端螺接驅(qū)動皮帶輪，4條V型皮帶將扭矩傳遞到自由飛輪上的接收滑輪。自由飛輪是滑油潤滑，可承受660Nm扭矩。當(dāng)發(fā)動機(jī)7在正常運(yùn)行時(shí)驅(qū)動主旋翼10；當(dāng)發(fā)動機(jī)7停車或怠速時(shí)（故障或著陸時(shí)），自由飛輪使旋翼保持慣性轉(zhuǎn)動。驅(qū)動皮帶的張緊力由連接張緊器力臂的兩根張力桿產(chǎn)生，電動作動器驅(qū)動張緊器的搖臂從而控制皮帶的張緊度。傳動軸向前通過主減速器將動力傳遞到主旋翼10；向后通過彈性聯(lián)軸節(jié)和尾傳動裝置將動力傳遞到尾旋翼30。主減是由螺旋齒的圓錐齒輪單級減速，主減齒輪箱安裝溫度傳感器和金屬屑傳感器，飛控系統(tǒng)4主電氣盒采集溫度信號和金屬屑告警信號，傳輸?shù)降孛嬲撅@示。主傳動和主減速器（MTG）：主驅(qū)動裝置皮帶輪和4根V型皮帶主減速器（MTG)90°圓錐齒輪MTG減速比3.55/1自由飛輪6.6kN－6滾珠軸承尾傳動和尾減速器(RTG)：尾傳動裝置軸尾減速器(RTG)90°圓錐齒輪RTG減速比2：1減速比：發(fā)動機(jī)7/主傳動軸2.9：1發(fā)動機(jī)7/發(fā)動機(jī)7輸出軸齒輪2.4：1發(fā)動機(jī)7/主旋翼1010.6：1尾旋翼30/主旋翼107.3：1。本案的無人直升機(jī)的機(jī)身：機(jī)身主承力部件為鋼管焊接骨架結(jié)構(gòu)，碳纖維外蒙皮包覆了發(fā)動機(jī)7、主減及機(jī)載設(shè)備等大部分成附件。尾部結(jié)構(gòu)主要包括通過兩根碳纖維尾管9支撐的鋁合金尾梁、下置垂尾、尾傳動及尾旋翼30。原型機(jī)的座艙為兩座并排布局駕駛員座椅，改無人駕駛直升機(jī)后，將機(jī)身寬度變窄，有效減小機(jī)身廢阻和重量。外蒙皮采用大面積碳纖維復(fù)合材料，減輕結(jié)構(gòu)重量，將座艙蒙皮重量控制在16kg以內(nèi)。本案的無人直升機(jī)的操縱系統(tǒng)：原型機(jī)操縱系統(tǒng)由總距/油門桿、周期變距桿和腳蹬完成對直升機(jī)俯仰通道、橫滾通道、航向通道及高度通道的控制。1）總距/油門桿控制飛行高度。提放總距桿及調(diào)節(jié)油門環(huán)，完成旋翼總槳距大小和發(fā)動機(jī)7功率的交聯(lián)控制，以實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的高度控制，以及對發(fā)動機(jī)7輸出功率的協(xié)調(diào)。2）周期變距桿控制俯仰和橫滾。前后推拉周期變距桿，使自動傾斜器帶動旋翼錐體前后傾斜，以改變俯仰角并實(shí)現(xiàn)縱向速度控制。左右操縱周期變距桿，使自動傾斜器帶動旋翼錐體左右傾斜，以改變橫滾角，實(shí)現(xiàn)側(cè)向速度控制。3）腳蹬對航向控制。由尾槳301拉力形成的力矩平衡旋翼反作用力矩，保證航向穩(wěn)定。改變尾槳301總槳距使拉力變化，實(shí)現(xiàn)機(jī)頭轉(zhuǎn)向控制。新型無人直升機(jī)取消以上操縱系統(tǒng)，由飛控系統(tǒng)4軟、硬件控制驅(qū)動舵機(jī)代替飛行員駕駛操作功能，實(shí)現(xiàn)飛控系統(tǒng)4遙控或自主控制。飛行姿態(tài)、高度、航向及油門控制的驅(qū)動機(jī)構(gòu)由6個舵機(jī)完成。其中4個是自動傾斜器舵機(jī)，1個是尾槳舵機(jī)40，1個是油門舵機(jī)，分別控制直升機(jī)的俯仰、橫滾、高度和航向。本案的無人直升機(jī)的飛控系統(tǒng)：飛行控制系統(tǒng)由機(jī)載傳感器、飛控計(jì)算機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動板、執(zhí)行舵機(jī)、導(dǎo)航通訊設(shè)備等組成。飛控系統(tǒng)4是無人直升機(jī)操作控制核心，起到無人直升機(jī)飛行時(shí)的姿態(tài)控制，飛行管理，任務(wù)規(guī)劃，任務(wù)設(shè)備控制，保證飛行安全的作用。這套系統(tǒng)原則上采用成熟的舵機(jī)、磁航向、大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)和飛控計(jì)算機(jī)，將飛行控制系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)從單片機(jī)升級成嵌入式計(jì)算機(jī)以適應(yīng)任務(wù)規(guī)劃、導(dǎo)航計(jì)算的需求，這種結(jié)構(gòu)在應(yīng)用上已經(jīng)非常成熟，已在我國軍方裝備的無人機(jī)上已得到了廣泛應(yīng)用。飛行控制系統(tǒng)軟件主要接口如圖3示。飛行控制系統(tǒng)功能主要分為導(dǎo)航和飛控兩個部分。導(dǎo)航系統(tǒng)功能是提供無人直升機(jī)的實(shí)時(shí)位置、地速等信息，這些信息主要為飛行控制與管理子系統(tǒng)控制提供相關(guān)數(shù)據(jù)。導(dǎo)航系統(tǒng)主要包括：導(dǎo)航精度≤1m（CEP），刷新率50HZ?？稍O(shè)定不同導(dǎo)航點(diǎn)的舵機(jī)動作，可設(shè)定不同導(dǎo)航點(diǎn)的高度、空速，可定義任務(wù)子程序，可定義故障自動處理程序，人工導(dǎo)航飛行和自主導(dǎo)航飛行模式，支持差分GPS。飛行控制主要包括：飛行姿態(tài)控制、飛行軌跡控制。飛行管理主要包括：遙控/遙測管理、電氣系統(tǒng)管理、動力裝置管理、飛行安全管理、檢測管理、航點(diǎn)的裝訂與修改、任務(wù)設(shè)備控制等。主要功能和參數(shù)如表4。表4系統(tǒng)主要功能名稱功能飛行階段確定為了實(shí)現(xiàn)不同飛行階段采用不同的控制策略，按照飛行過程將飛行分為多個飛行階段，飛行階段可根據(jù)位置信息和運(yùn)動參數(shù)信息來確定。自主控制實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的自主控制功能。通過控制律解算，實(shí)現(xiàn)對各通道的控制，從而實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)的姿態(tài)及航跡的控制。主要是對直升機(jī)俯仰、橫滾和航向控制。輸入濾波根據(jù)需要，實(shí)現(xiàn)某些傳感器數(shù)據(jù)的濾波，然后提供給控制律解算使用。軟化實(shí)現(xiàn)兩種階段或模式之間的平緩過渡。失速控制在巡航飛行狀態(tài)，為防止直升機(jī)失速進(jìn)行的失速保護(hù)控制。復(fù)飛控制實(shí)現(xiàn)復(fù)飛功能，將直升機(jī)拉起，重新回到五邊航線。在不滿足安全著陸的情況下，通過復(fù)飛提供再次著陸的機(jī)會。一般導(dǎo)航解算為一般航線飛行提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)，如側(cè)偏距、側(cè)偏移速度、目標(biāo)距離等。下滑線處理完成自動下滑著陸過程中的下滑線生成，為飛行控制律提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)及目標(biāo)高度等信息。高度類型切換完成激光高度、相對機(jī)場氣壓高度和氣壓高度的類型切換。起飛指令處理在自主控制模式下，當(dāng)滿足起飛必備條件要求時(shí)，根據(jù)起飛指令完成起飛后的一系列動作。地面氣壓高度裝訂需要在起飛前裝訂完成，也可在下滑著陸前重新修改，是為相對地面高度提供基準(zhǔn)的。舵面參數(shù)設(shè)置及查詢在地檢狀態(tài)下，可根據(jù)需要對舵面偏角的上下限、舵面至舵機(jī)的傳動比等重新設(shè)定，還可對裝訂的參數(shù)進(jìn)行查詢。舵機(jī)零位設(shè)置及查詢在地檢模式下，可根據(jù)需要設(shè)置舵機(jī)的零位并查詢。舵機(jī)上限設(shè)置及查詢在地檢模式下，可根據(jù)需要設(shè)置舵機(jī)的上限，并進(jìn)行查詢。給定空速修改及查詢在地檢模式下，對飛行控制律中的給定空速進(jìn)行修改及查詢?？刂坡蓞?shù)修改及查詢在地檢模式下，對飛行控制律中的控制參數(shù)進(jìn)行修改及查詢。發(fā)動機(jī)7停轉(zhuǎn)控制根據(jù)程序指令“發(fā)動機(jī)7停轉(zhuǎn)”，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)7停轉(zhuǎn)功能，包括安全預(yù)令的保護(hù)功能。非易失數(shù)據(jù)存儲備份與恢復(fù)使飛控計(jì)算機(jī)空中重啟動后能夠恢復(fù)到重啟前的狀態(tài)，將直升機(jī)重要的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，需要備份的數(shù)據(jù)主要有兩類：一類是在地檢模式下裝訂的數(shù)據(jù)，控制律參數(shù)、給定空速等；一類是在空中飛行時(shí)的重要參數(shù)，如致命性標(biāo)志、圖像坐標(biāo)等等。數(shù)據(jù)日志（黑匣子功能）記錄飛行過程參數(shù)，供飛行后數(shù)據(jù)分析使用。本案的無人直升機(jī)的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)：數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)5由地面和機(jī)載兩大部分組成。機(jī)載鏈路設(shè)備包含：機(jī)載全向天線、雙工器、功放單元和機(jī)載鏈路收發(fā)組合等。地面鏈路設(shè)備包含：地面全向天線、地面定向天線、伺服跟蹤組合、雙工器、功放單元和地面鏈路收發(fā)組合等。數(shù)傳電臺：具備數(shù)傳電臺和發(fā)射接收天線，測控距離大于30-50km（通視條件下）；此外，該鏈路集成直序擴(kuò)頻、數(shù)據(jù)加密、多通道防混疊、功率調(diào)整，以及實(shí)時(shí)鏈路通訊情況監(jiān)測等功能。極大的避免了通訊信道擠占與干擾。在無人直升機(jī)實(shí)際飛行傳輸中取得了良好的效果。針對使用實(shí)際情況，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，提供足夠功率的天線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)長距離優(yōu)質(zhì)數(shù)字化視頻和飛控導(dǎo)航數(shù)據(jù)通訊。其中方案的主體模塊是一種1.3-1.7GHz長距離擴(kuò)頻無線數(shù)據(jù)鏈路。8MHz通道帶寬，傳輸功率達(dá)到23dBm，接收靈敏度達(dá)到-90dBm。環(huán)境溫度范圍寬，工作范圍從-40到+55攝氏度，通過振動與機(jī)載測試驗(yàn)證在機(jī)載運(yùn)動情況下保持著優(yōu)異的使用性能。本案的無人直升機(jī)的地面控制系統(tǒng)：直升機(jī)在執(zhí)行任務(wù)過程中，如何快速而準(zhǔn)確地進(jìn)行航空測量，不僅與機(jī)載的各種傳感器有關(guān)，而且與整個飛行任務(wù)的人機(jī)交互界面以及地面控制系統(tǒng)6有關(guān)系，保證飛行安全，引導(dǎo)其順利完成飛行任務(wù)。地面控制站能夠進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃與航跡控制（可在飛行中修改任務(wù)或航程點(diǎn)、自動航跡控制/人工航跡控制）。具體功能如下：●實(shí)現(xiàn)飛行參數(shù)、地面站參數(shù)、風(fēng)速參數(shù)、實(shí)時(shí)航跡的顯示；●能裝載電子地圖作為設(shè)計(jì)底圖；●能實(shí)時(shí)顯示無人直升機(jī)的位置、高度、方向、速度、爬升率、發(fā)動機(jī)7轉(zhuǎn)速、俯仰角、橫滾角等參數(shù)；●能實(shí)時(shí)顯示GPS的定位狀態(tài)，能實(shí)時(shí)顯示航拍影像；●有捕獲菜單，包括發(fā)動機(jī)7油門中立值、最大油門、最小油門及停車位置的捕獲；●具備報(bào)警功能：當(dāng)GPS失鎖、電壓異常、發(fā)動機(jī)7停車、爬升率過大或者俯沖速度過大等緊急情況出現(xiàn)時(shí)，必須有報(bào)警功能；●數(shù)傳電臺：具備數(shù)傳電臺和發(fā)射接收天線，測控距離大于100km（通視條件下）；●監(jiān)控地面站供電系統(tǒng)，連續(xù)供電時(shí)間：≥3小時(shí)；地面站筆記本電腦：屏幕≥14寸、CPU≥i52430M、內(nèi)存≥4GDDR3、硬盤≥1TB。本案的無人直升機(jī)的地面控制系統(tǒng)：農(nóng)林噴灑系統(tǒng)由120升容量藥箱、800w汽油機(jī)水泵、安裝14只噴頭噴管、啟動開關(guān)、油門控制舵機(jī)等組成。在有人直升機(jī)農(nóng)林噴灑系統(tǒng)成熟技術(shù)基礎(chǔ)上，自主研發(fā)藥箱、噴管；采用本田HONDAGX25汽油機(jī)水泵代替原來的電動水泵；汽油機(jī)控制與飛控系統(tǒng)4相交聯(lián)，通過飛控系統(tǒng)4信號傳輸，可遙控或地面站控制汽油機(jī)點(diǎn)火啟動、關(guān)車及油門控制。120升容量藥箱安裝于機(jī)身骨架下部，主旋翼10軸重心附近位置。藥箱外形呈U字形，避免機(jī)身下部大容量藥箱重心離主軸重心遠(yuǎn)，對飛行姿態(tài)影響大，難以操控平衡。U字形藥箱左右對稱，分布在機(jī)身兩側(cè)，并且在藥箱內(nèi)部設(shè)計(jì)有防波板，以防止飛行中藥水隨飛行狀態(tài)產(chǎn)生振蕩，破壞機(jī)體操控平衡性，導(dǎo)致飛行姿態(tài)不穩(wěn)定。汽油機(jī)泵與電動泵相比，不僅具有功率大、重量輕、體積小的優(yōu)點(diǎn)，更重要優(yōu)勢是不必象使用電動泵一樣，頻繁更換鋰電池組，電動泵使用時(shí)間不到半小時(shí)就需更換電池，若要增加工作時(shí)間，只有加大電池容量，這就得付出增加重量的代價(jià)。汽油機(jī)泵集汽油發(fā)動機(jī)、滑油、燃油、水泵為一體，能長時(shí)間工作，加滿一箱汽油可工作2個小時(shí)以上。新研汽油機(jī)泵自動控制，由飛控系統(tǒng)4預(yù)留的任務(wù)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在地面能控制汽油機(jī)啟動、停車，并通過控制汽油機(jī)油門舵機(jī)達(dá)到水泵工作的控制。本案的優(yōu)點(diǎn)：新型無人直升機(jī)是目前國內(nèi)民用無人直升機(jī)噸位最大的直升機(jī)，具備商載能力大、續(xù)航時(shí)間長、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢。作為一款農(nóng)林植保專用機(jī)，作業(yè)效率高，可靠性安全性高是其主要優(yōu)點(diǎn)。（1）效率高用于農(nóng)林植保領(lǐng)域多旋翼無人機(jī)連續(xù)作業(yè)能力差，效率低，單架次需要最少2-4塊電池組。例如，10L多旋翼無人機(jī)，單架次最少2塊電池組，作業(yè)面積1：1（10升：10畝），200畝植保作業(yè)需要飛行20次，攜帶電池40—80塊，重量約為80—160kg（單塊電池重量約2kg）。新型無人直升機(jī)按60km/h飛行速度進(jìn)行噴灑作業(yè)，120L藥水噴灑12min，裝載一箱藥水時(shí)間約8min，每小時(shí)飛行3個起降，實(shí)際作業(yè)時(shí)間36min，噴管幅寬6.6m，折算下來每小時(shí)可噴灑356畝地。這是人工噴灑農(nóng)藥100倍，是一般無人機(jī)的10倍。（2）安全性（a）抗風(fēng)能力強(qiáng)。新型無人直升機(jī)具備7級風(fēng)速飛行能力，抗風(fēng)性能好，使飛行穩(wěn)定。載重量小的無人直升機(jī)槳盤小，抗風(fēng)能力差，特別是多旋翼無人機(jī)，旋轉(zhuǎn)方向兩兩相反，導(dǎo)致風(fēng)場散亂，風(fēng)場覆蓋范圍小，所以為加大噴灑面積，會把噴桿60加長（噴桿60總長超過旋翼直徑），由于空氣動力原因，在作業(yè)時(shí)會左右搖擺，導(dǎo)致飛行不穩(wěn)定，作業(yè)難度加大，增加摔機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。（b）人員安全。無人機(jī)植保與人工植保相比，實(shí)現(xiàn)了人、藥的分離，通過地面遙控或地面站飛控操作，噴灑作業(yè)人員能遠(yuǎn)距離操作避免暴露于農(nóng)藥下的危險(xiǎn)。與有人駕駛直升機(jī)相比，可以避免飛行中人員傷亡危險(xiǎn)，作業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力比有人駕駛直升機(jī)更強(qiáng)。因此，農(nóng)林值保型無人直升機(jī)能可用于各種惡劣的自然環(huán)境，人力成本、使用維護(hù)成本要低于有人駕駛直升機(jī)。至此，本發(fā)明目的得以完成。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3