本發(fā)明屬于無人機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種農(nóng)業(yè)植保用舵面控制涵道式無人機(jī)。

背景技術(shù)：

我國(guó)屬于一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，至今大面積的農(nóng)田植保依然普遍使用人工方式，其效率低、成本高。無人機(jī)的使用可以解決上述問題，目前無人機(jī)主要分為固定翼式、螺旋翼式和涵道式三大類。而市面上現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)大多為固定翼式和螺旋翼式。其中，固定翼式無人機(jī)雖然航行速度快，但需要的起飛和降落條件苛刻，無法垂直起降和在空中懸停，且作業(yè)高度高，霧滴漂移量大，不易控制噴灑范圍，使用要求嚴(yán)格；螺旋翼式無人機(jī)由于其自身特點(diǎn)，載重量較小，續(xù)航時(shí)間短并且航行速度偏慢。因此，其各自特點(diǎn)導(dǎo)致均難以滿足農(nóng)田植保的需求。

涵道式無人機(jī)具有垂直起降和懸停的飛行特性，能夠像螺旋翼式無人機(jī)一樣垂直起飛和降落，也能像固定翼式無人機(jī)一樣水平航行，其同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、載重量大、可高速平飛、姿態(tài)控制自由、對(duì)操控人員要求不高等特點(diǎn)，被逐漸認(rèn)可并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域，但如何增強(qiáng)植保過程中涵道式無人機(jī)體運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，精確控制器飛行航向、姿態(tài)，使其迅速適應(yīng)陣風(fēng)影響，并保證其續(xù)航能力，有效保證農(nóng)藥噴灑的均衡性、減少噴灑過程中的漂移，是無人機(jī)植保領(lǐng)域中亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種農(nóng)業(yè)植保用舵面控制涵道式無人機(jī)，其通過靈活控制推傾舵面角度并將噴霧系統(tǒng)與承力構(gòu)架穩(wěn)撐結(jié)構(gòu)耦合，實(shí)現(xiàn)大面積、均衡、高效植保過程，具有結(jié)構(gòu)緊湊、載重量大、航行速度快、推進(jìn)效率高、保證植保質(zhì)量等特點(diǎn)，能夠有效針對(duì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域植保問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明以下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：該農(nóng)業(yè)植保用舵面控制涵道式無人機(jī)，包括承力構(gòu)架穩(wěn)撐結(jié)構(gòu)、增益涵道、動(dòng)力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、推傾舵面控制系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)；所述增益涵道為一種環(huán)形機(jī)翼；動(dòng)力系統(tǒng)帶動(dòng)螺旋槳高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在增益涵道內(nèi)產(chǎn)生上升、推進(jìn)氣流；所述推傾舵面控制系統(tǒng)具有可推傾其角度的舵面，用于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航姿態(tài)和方向的變化；所述噴霧系統(tǒng)的壓力噴頭均布在增益涵道下方的起落架內(nèi)側(cè)，所述噴霧系統(tǒng)通過泵抽方式，將農(nóng)藥經(jīng)壓力噴頭均勻噴灑至作物上。

較佳的，所述承力構(gòu)架穩(wěn)撐結(jié)構(gòu)為包括承力架、安裝板、起落架、底架、上層環(huán)架、下層環(huán)架、第一管夾、第二管夾、第三管夾的機(jī)架；所述承力架和上層環(huán)架、下層環(huán)架之間分別通過第一管夾和第二管夾連接，起落架和下層環(huán)架之間通過第二管夾連接，起落架和底架之間通過第三管夾連接，承力架對(duì)整個(gè)機(jī)身起到支撐作用，起落架和底架在無人機(jī)起飛和降落時(shí)為整個(gè)機(jī)身提供穩(wěn)定支撐。

較佳的，所述推傾舵面控制系統(tǒng)還包括固定面、防護(hù)罩、舵機(jī)、連桿、舵機(jī)搖臂、舵面固定架，舵機(jī)通過螺釘固定在防護(hù)罩內(nèi)，舵面固定架使用螺釘夾緊固定在發(fā)動(dòng)機(jī)支架上，固定面的端面與舵面固定架粘接，從而保持固定，舵機(jī)輸出軸與舵機(jī)搖臂相連，連桿一端通過球鉸連接舵機(jī)搖臂，一端通過螺釘與舵面相連，從而舵機(jī)通過舵機(jī)搖臂和連桿帶動(dòng)舵面能夠在一定的角度范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

較佳的，動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱、螺旋槳、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝板、發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其中，油箱固定在安裝板上，汽油從油箱進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)使用螺釘連接到發(fā)動(dòng)機(jī)安裝板，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝板再與發(fā)動(dòng)機(jī)支架通過螺釘連接，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸通過螺釘與螺旋槳相連。

較佳的，所述的飛行控制系統(tǒng)包括飛控減震板、飛控盒，飛控減震板固定在安裝板上，飛控盒通過螺釘固定在飛控減震板上。

較佳的，所述噴霧系統(tǒng)還包括藥箱、水泵、噴桿，藥箱通過螺釘固定在安裝板上，水泵通過螺釘固定在藥箱外側(cè)，水泵抽取藥箱中的液態(tài)農(nóng)藥，再經(jīng)過噴桿和壓力噴頭噴灑而出。

較佳的，所述增益涵道內(nèi)產(chǎn)生上升所需的氣流，氣流經(jīng)過固定面，從紊流變?yōu)閷恿?，舵機(jī)控制舵面擺動(dòng)，推傾后形成所需角度，改變氣流方向，使無人機(jī)按照操作者所需的方向、姿態(tài)飛行。

較佳的，所述增益涵道由上涵道、中涵道、下涵道組成，且上涵道、中涵道、下涵道，均套在承力架上，并各自通過膠粘方式互相連接，所述增益涵道外殼的高度與涵道的內(nèi)徑之比為30％。

較佳的，所述增益涵道的螺旋槳槳盤面積與增益涵道的出口面積比為1.0～1.25之間任一值。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

一、采用環(huán)形機(jī)翼式增益涵道結(jié)構(gòu)，與承力構(gòu)架穩(wěn)撐結(jié)構(gòu)均與耦合，機(jī)體整體結(jié)構(gòu)緊湊，載重量大，航行平穩(wěn)、高速，搭載大容量油箱，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，并能夠攜帶大量農(nóng)藥，對(duì)壓力噴頭進(jìn)行合理的空間設(shè)置，減少農(nóng)藥漂移，均勻出藥，實(shí)現(xiàn)高效率地完成對(duì)農(nóng)作物的噴灑，有效解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)植保人工噴灑方法的耗時(shí)、耗人力，農(nóng)藥布撒不均、易漂移的問題；

二、采用推傾式舵面結(jié)構(gòu)，靈活改變舵面角度，使用舵面機(jī)構(gòu)控制涵道內(nèi)氣流的流向，從而快速改變飛行的方向和姿態(tài)，并保證了無人機(jī)傾轉(zhuǎn)時(shí)飛行模態(tài)轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性。

三、采用涵道結(jié)構(gòu)內(nèi)部適宜的面積比，提高增益涵道推力；對(duì)涵道高度與內(nèi)徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保無人機(jī)的升力性能和阻力性能，保護(hù)了螺旋槳旋翼，延長(zhǎng)其使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的正面視圖。

圖2是本發(fā)明的俯視圖(移除頂蓋)。

圖3是本發(fā)明的正面剖視圖。

圖4是本發(fā)明的等軸視圖。

圖5是推傾舵面控制系統(tǒng)的等軸視圖。

圖6是推傾舵面控制系統(tǒng)的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。

一種農(nóng)業(yè)植保用舵面控制涵道式無人機(jī)，包括承力構(gòu)架穩(wěn)撐結(jié)構(gòu)、增益涵道、動(dòng)力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、推傾舵面控制系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)，承力構(gòu)架穩(wěn)撐結(jié)構(gòu)通過金屬管道支架為整個(gè)無人機(jī)提供支撐所用，增益涵道為內(nèi)部各系統(tǒng)提供保護(hù)作用并對(duì)飛行所需上升氣流產(chǎn)生增益作用，動(dòng)力系統(tǒng)通過發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力到螺旋槳，產(chǎn)生飛行所需的氣流，推傾舵面控制系統(tǒng)通過舵機(jī)調(diào)節(jié)舵面角度，改變氣流方向進(jìn)而控制無人機(jī)飛行的方向和姿態(tài)，噴霧系統(tǒng)通過水泵抽取掛載藥箱中的農(nóng)藥，經(jīng)噴桿和壓力噴頭噴灑到農(nóng)作物上，最終實(shí)現(xiàn)高效率的農(nóng)業(yè)植保。

如圖1-3所示，所述的機(jī)架包括承力架4、起落架9、底架10、安裝板12、上層環(huán)架21、下層環(huán)架19、第一管夾20、第二管夾18、第三管夾29，承力架4和上層環(huán)架21、下層環(huán)架19之間分別通過第一管夾20和第二管夾18連接，起落架9和下層環(huán)架19之間通過第二管夾18連接，起落架9和底架10之間通過第三管夾29連接，承力架4對(duì)整個(gè)機(jī)身起到支撐作用，起落架9和底架10在無人機(jī)起飛和降落時(shí)為整個(gè)機(jī)身提供支撐作用，采用上述承力構(gòu)架穩(wěn)撐結(jié)構(gòu)，在無人機(jī)載重飛行中，可穩(wěn)定機(jī)身平衡，減少機(jī)身抖動(dòng)。

如圖1所示，所述的涵道包括上涵道3、中涵道2、下涵道1，三者均套在承力架4上，并各自通過膠粘方式互相連接，增益涵道外殼的高度與涵道的內(nèi)徑之比為30％，處于該值時(shí)，增益涵道氣動(dòng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加升力最大，且將增益涵道的螺旋槳槳盤面積與增益涵道的出口面積比采用1.0～1.25之間任一值，增加涵道口的附加升力，兩附加升力與旋翼產(chǎn)生的拉力相結(jié)合，共同提高了涵道的升力系統(tǒng)的效率，同時(shí)為機(jī)身內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供保護(hù)，確保無人機(jī)的升力性能和阻力性能，對(duì)上升氣流產(chǎn)生增益作用，加大無人機(jī)承載量。

如圖2和圖3所示，所述的動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)24、油箱15、螺旋槳22、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝板28、發(fā)動(dòng)機(jī)支架27，油箱15固定在安裝板12上，汽油從油箱15進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)24，發(fā)動(dòng)機(jī)24使用螺釘連接到發(fā)動(dòng)機(jī)安裝板28，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝板28再與發(fā)動(dòng)機(jī)支架27通過螺釘連接，發(fā)動(dòng)機(jī)24的輸出軸通過螺釘與螺旋槳22相連，帶動(dòng)螺旋槳22高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在涵道內(nèi)產(chǎn)生上升氣流。

如圖1和圖3所示，所述的噴霧系統(tǒng)包括藥箱6、水泵7、噴桿、壓力噴頭16，藥箱6通過螺釘固定在安裝板12上，水泵7通過螺釘固定在藥箱6外側(cè)，水泵7抽取藥箱6中的液態(tài)農(nóng)藥，再經(jīng)過噴桿、壓力噴頭16噴灑而出。

如圖2所示，所述的飛行控制系統(tǒng)包括飛控減震板13、飛控盒14，飛控減震板13固定在安裝板12上，飛控盒14再通過螺釘固定在飛控減震板13上，可以在飛行過程中起到減震保護(hù)的作用。

如圖4和圖5所示，所述的舵面控制系統(tǒng)包括固定面30、舵面31、防護(hù)罩32、舵機(jī)33、連桿34、舵機(jī)搖臂35、舵面固定架36，固定舵面30一共4片，成“十”字形中心對(duì)稱分布；舵機(jī)33通過螺釘固定在防護(hù)罩32內(nèi)，舵面固定架36使用螺釘夾緊固定在發(fā)動(dòng)機(jī)支架27上，固定面30的端面與舵面固定架36粘接，從而保持固定，舵機(jī)33輸出軸與舵機(jī)搖臂35相連，連桿34一端通過球鉸連接舵機(jī)搖臂35，一端通過螺釘與舵面31相連，從而舵機(jī)33通過舵機(jī)搖臂35和連桿34帶動(dòng)舵面31能夠相對(duì)固定面30在一定的角度范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明的工作原理為：

采用環(huán)形機(jī)翼式增益涵道結(jié)構(gòu)，與承力構(gòu)架穩(wěn)撐結(jié)構(gòu)均勻耦合，機(jī)體整體結(jié)構(gòu)緊湊，載重量大，航行平穩(wěn)、高速，搭載大容量油箱，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，并能夠攜帶大量農(nóng)藥，對(duì)壓力噴頭進(jìn)行合理的空間設(shè)置，減少農(nóng)藥漂移，均勻出藥，實(shí)現(xiàn)高效率地完成對(duì)農(nóng)作物的噴灑，有效解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)植保人工噴灑方法的耗時(shí)、耗人力，農(nóng)藥布撒不均、易漂移的問題；采用推傾式舵面結(jié)構(gòu)，靈活改變舵面角度，使用舵面機(jī)構(gòu)控制涵道內(nèi)氣流的流向，從而快速改變飛行的方向和姿態(tài)，并保證了無人機(jī)傾轉(zhuǎn)時(shí)飛行模態(tài)轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性；采用涵道結(jié)構(gòu)內(nèi)部適宜的面積比，提高增益涵道推力；對(duì)涵道高度與內(nèi)徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保無人機(jī)的升力性能和阻力性能，保護(hù)了螺旋槳旋翼，延長(zhǎng)其使用壽命。植保過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)，在涵道內(nèi)產(chǎn)生上升所需的氣流，氣流經(jīng)過固定面，從紊流變?yōu)閷恿?，舵機(jī)控制舵面擺動(dòng)一定的角度，進(jìn)而改變了氣流的方向，使得無人機(jī)按照操作者所需的方向飛行；同時(shí)，水泵抽取藥箱中的農(nóng)藥，經(jīng)過噴管和均布在增益涵道下、起落架內(nèi)側(cè)的壓力噴頭均勻噴灑而出到農(nóng)作物上，操作簡(jiǎn)便、可靠，涵道式無人機(jī)的靈活穩(wěn)定的航行，確保了高質(zhì)量的植保過程。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。