合愉电机

服务热线:17621923717
17621554455

他们都在找: J238-11151 JAKEL J238-075-7223 J239-112-11200/11331
当前位置主页 > 新闻动态 > 行业动态 >

多旋翼农用无人机功率能耗模型构建与试验验证

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-09-27 17:25【
0 引言

使用农用无人机施药相比常规植保药械漂 移 少,喷幅范围内雾滴沉积较均匀,能减少约 20% ~ 30%用药量,可降低农药残留及对环境的危害。 使用无人机施药可有效提高作业效率和降低作业成 本,按照全国 5%植保作业面积采用无人机施药测 算,人工成本节省 10 元/667hm2 ,农药成本节省 1 元/ 667hm2 ,综合节本增收预期可达 46. 2 亿元。目 前,我国电动多旋翼农用无人机田间作业的续航时间 通常仅有 10 ~ 15min ,无法满足大规模农田高效率 作业。农用无人机功率能耗模型可指导能源与载荷 的合理配置,促进能源的合理利用,在农业生产中具 有举足轻重的作用。为此,针对以往农用无人机缺 乏植保作业中航时估算的问题,提出了功率能耗模 型,并通过搭建试验平台对其进行试验验证。该模型 可用于预测定载荷农用无人机的续航时间,可为无人 机植保作业提供必要指导。

上海合愉以多旋翼农用无人机电机自身质量、飞行状态和 作业速度为因素,建立了功率能耗模型,进行了续航 时间的计算,并进行了试验验证。

1 理论模型的构建

1.1 无人机续航时间估算
根据锂电池容量、功率与时间的计算模型,估算 定载荷下多旋翼农用无人机的续航时间公式为1 理论模型的构建无人机以一定速度进行植保作业时,机身与水平 面间存在一定的倾斜角度,同一型号无人机不同的飞 行速度将对应不同的倾角,而不同型号的无人机速度 与倾角的关系均不相同无人机作业过程中,匀速段作业中由于无人机受 力平衡,电机所需功率可通过式( 3) ~ 式( 5) 计算得 出。加减速段作业中因为不是受力平衡状态,且速度 一直变化无法采用式( 8) ~ 式( 9) 计算,这里进行简 化,以匀速飞行段的电机升力和功耗代替加减速段的 电机升力和功耗。试验中,田间作业往返长度 l 取值 越大,则加减速段所占比例越小,计算结果越精确。

2 平台搭建与试验验证

2.1 平台材料及搭建
2.1.1 材料选用 试验平台所选材料为欧标 4040L 铝型材。试验 仪器选用 JLBS ± 30KG 拉压传感器、XMT808 -I 型智 能显示 控 制 仪、ZFT8 高精曲线功率计,以 及 LW - 6060KD 直流稳压电源。 拉压传感器与智能显示控制仪配合使用,控制仪 显示传感器的受力值; 功率计用于记录试验时的功率 值电池电压及耗电量; 直流稳压电源可给无人机电机提 供试验要求的稳定恒压电源。
2.1.2 搭建方法 搭建无人机试验平台是进行测试的前提条件,平 台搭建应尽量保证旋翼所产生风场不与机架发生相 互作用。 考虑到旋翼风场与机架相互作用的影响,设计平 台为“∏”型结构,机架分布于两侧,保留试验平台中 下部空间。图 3 所示为无人机试验平台示意图。试验 平台由 6 部分组成,测试无人机固定在支承梁上,支 承梁下方接力传感器,力传感器由中央立柱承托固定在测试无人机正下方。无人机支承梁两端连接了带 直线轴承的双排滑杆,力传感器未固定时,双排滑杆 限制其运动自由度,使得无人机和支撑梁仅能在竖直 方向上运动; 力传感器固定后,支承梁竖直方向固定, 运动受到限制。

2.2 试验验证与分析
2.2.1 传感器校准 拆下测试无人机并称取质量,用精度为 0.1g 的电 子秤测得其质量为 5 236.8g。将测试无人机重新安装 于机架上,测得拉力传感器控制仪读数为 5. 23kg,进 行单位换算后与无人机质量一致,可认为传感器灵敏 准确。
2.2.2 无人机电机能效曲线的测量 试验对象是单个电机,电机型号为飓风 U4110,转 速值为 KV420,试验电机选配 17 寸碳纤维桨。 由于实际试验时选用额定电压为 24V 锂电池为 无人机供电,因此在测量试验中利用直流稳压电源控 制电压为恒定 24V,通过调节遥控器油门控制升力大小。

3 结论

续航时间是无人机的重要性能指标之一,本文给 出了多旋翼农用无人机功率能耗模型并进行续航时 间的计算,且搭建了无人机能耗测试试验平台,通过 改变无人机整机质量和与飞行速度相关的倾角进行 ·148· 2020 年 5 月 农 机 化 研 究 第 5 期 试验,验证了模型的准确性和有效性。构建的功率能 耗模型对多旋翼农用无人机续航时间的预测具有一 定的指导意义。