植保无人机喷洒二相流场室内模拟测试平台及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于农林业航空机械技术领域，具体涉及一种模拟测试设备及相应的测试方法。
【背景技术】
[0002]在航空喷洒作业中，植保无人机的飞行高度和飞行速度是影响喷洒质量的重要因素。不同的机型对应不同作业参数，田间试验虽然更接近实际情况，但影响雾滴沉积分布的因素在野外是无法控制的。在野外，风速和风向的时刻变化会导致飞行姿态的变化，使得获得一个准确的数据相当困难，这些不定因素使重复试验之间存在相当大的差异。为了测定不同施药方法或不同机型喷头对雾滴沉积飘移性能影响，需要设计一种适用的实验室测试方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提出一种通用的植保无人机喷洒二相流场室内模拟测试平台，同时给出相应的模拟测试方法，为研宄植保无人机农药喷洒气液两相流场及喷洒分布提供测试手段，以便使航空植保得以科学发展。
[0004]本发明提供的技术方案为:
[0005]一种植保无人机喷洒二相流场室内模拟测试平台，其特征在于，包括控制台、模拟设备以及雾滴分布检测和/或风场检测器材；
[0006]所述模拟设备设有架在空中的横梁导轨、沿横梁导轨移动的导轨电车、悬吊在导轨电车下方的升降机构、风场模拟和喷雾系统以及控制导轨电车、升降机构、风场模拟和喷雾系统运行的伺服控制系统，所述伺服控制系统通过有线或无线的方式与控制台通信连接;
[0007]所述升降机构包括伸缩杆和悬挂在伸缩杆下端部的安装台板，所述风场模拟和喷雾系统安装在所述安装台板上:
[0008]风场模拟和喷雾系统的风场模拟模块包括旋翼以及旋翼驱动电机，所述旋翼安装在一空心转轴上，位于安装台板下方；空心转轴上端穿过安装台板，与安装台板上的旋翼驱动电机连接；
[0009]风场模拟和喷雾系统的喷雾模块包括药箱、液泵系统、喷杆、喷头以及一空心管套，所述药箱、液泵系统固定在所述安装台板上，所述空心管套的上端部与安装台板固定连接，管套下部从所述空心转轴中部空腔穿过伸出，喷杆固定连接在空心管套下部，液泵系统的输出管路从空心管套中穿过与喷杆连接，使药液从安装在喷杆上的喷头洒出。
[0010]进一步的技术方案还包括:
[0011]所述安装台板的上表面设有固定所述空心转轴的轴承座，所述轴承座包括座体以及安装在座体内的滚动轴承，空心转轴从该滚动轴承中间穿过，与该轴承内圈连接，空心转轴从该轴承伸出的上端部通过齿轮与所述旋翼驱动电机的动力输出轴进行动力传递，覆盖齿轮的齿轮盖固定在所述轴承座的座体上，而所述空心管套的上端部则固定在所述齿轮盖上。
[0012]所述旋翼的桨叶通过安装座固定在空心转轴的侧面，所述安装座包括一安装底板，空心转轴在对应的位置设有连接安装底板的安装平面；所述安装底板上开有至少两个同心的弧形长孔，并设有与弧形长孔适配的限位螺钉或螺栓副，通过限位螺钉或螺栓副将平面底板和空心转轴的安装平面锁紧。使用时，可通过转动安装座调节旋翼桨叶的迎风角度(桨距角)。
[0013]所述空心转轴的下部固定安装有一矩形管套，旋翼安装座固定连接在所述矩形管套周侧的安装平面上。
[0014]所述安装底板与空心转轴的连接面设有一中心轴，安装平面上设有插入所述中心轴的中心孔，所述弧形长孔的圆心落在所述中心轴的轴心上。
[0015]所述安装台板的下方亦设有一固定空心转轴的滚动轴承，空心转轴从该轴承中间穿过，与该轴承内圈连接，该轴承通过轴承套筒固定在安装台板下方。
[0016]所述伸缩杆优选采用电动缸驱动的剪叉式伸缩机构，有较高的稳定性及承载能力。
[0017]所述喷头优选采用旋转式喷头。
[0018]一种用于如上所述平台的单旋翼无人机喷洒二相流场模拟测试方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0019]一)通过控制台给模拟设备伺服控制系统上电，降下安装台板，安装待测的无人机旋翼，调整喷头的间距、倾角，调试喷雾模块；
[0020]二)在室内相应位置布置雾滴分布检测和/或风场检测器材；
[0021]三)通过控制台升起安装台板至指定高度；
[0022]四)通过控制台启动旋翼驱动电机，使旋翼旋转达到指定的转速；
[0023]五)通过控制台驱动轨道电车在轨道上行驶，当电车达到预设速度后，启动喷雾模块，使喷头在旋翼形成的风场中完成喷洒；
[0024]六)整理分析雾滴分布检测和/或风场检测器材采集或显示的信息，完成模拟和测试。
[0025]目前农林业使用的无人机中，单旋翼无人机质量大、转速高，直接使用单旋翼无人机在室内试验风险比较大，所以设计了上述平台进行室内模拟，而多旋翼无人机质量小，直接将多旋翼小型植保无人机固定于安装台板上，即可进行小型多旋翼无人机的气液两相流场检测。
[0026]一种用于如上所述平台的多旋翼无人机喷洒二相流场模拟测试方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0027]一)通过控制台给伺服控制系统上电，降下安装台板，将空心杆套管、喷杆取下，将待测的多旋翼无人机固定连接在安装台板下方，调整多旋翼无人机喷头的间距、倾角，调试多旋翼无人机喷雾系统；
[0028]二)在室内相应位置布置雾滴分布检测和/或风场检测器材；
[0029]三)通过控制台升起安装台板至指定高度；
[0030]四)通过多旋翼无人机的遥控手柄启动无人机，使其旋翼达到预定的转速；
[0031]五)通过控制台驱动轨道电车在轨道上行驶，当电车达到预设速度后，通过遥控手柄启动多旋翼无人机的喷雾系统进行喷洒；
[0032]六)整理分析雾滴分布检测和/或风场检测器材采集或显示的信息，完成模拟和测试。
[0033]本发明的有益效果:
[0034]植保无人机喷洒农药时，将直接受到植保无人机旋冀产生螺旋向下的涡流风场作用，农药的实际喷洒作业中直升机的飞行高度低(一般在1m以下)，向下的风场对农药喷洒效果影响大。本发明模拟测试平台用于模拟植保无人机低空中作业，可进行不同机型无人机在不同作业高度、飞行速度和不同喷洒浓度的室内施药试验，便于研宄无人机低空喷药二相流场及喷洒分布，优化无人机作业参数，为无人机植保作业指定相应的规程。且由于模拟设备工作时处于固定的位置高度、飞行速度，可以形成相对稳定的风场，在重复试验中，能够得到稳定、可信的测试数据。
【附图说明】
[0035]图1为本发明平台的整体结构示意图；
[0036]图2为本发明单旋翼风场模拟的轨道电车、升降机构、旋翼和喷杆的立体结构示意图；
[0037]图3为图2的主视结构示意图；
[0038]图4为图2的侧视结构示意图；
[0039]图5为图2的俯视结构示意图；
[0040]图6为本发明风场模拟和喷雾系统的立体结构示意图一；
[0041]图7为图6的主视结构示意图；
[0042]图8为图6的俯视结构示意图；
[0043]图9为图8A-A向剖面结构示意图；
[0044]图10为图9的局部放大结构示意图；
[0045]图11为本发明风场模拟和喷雾系统的立体结构示意图二 ；
[0046]图12为图11局部放大结构示意图；
[0047]图13为旋翼安装座在安装平台上的仰视结构示意图；
[0048]图14为安装座和矩形管套的立体结构示意图；
[0049]图15为本发明多旋翼风场模拟实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0050]为了进一步查明本发明的技术目的和技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的介绍。
[0051]如图1至图10所示，一种植保无人机喷洒二相流场室内模拟测试平台，包括控制台4、模拟设备以及雾滴分布检测和风场检测器材等。
[0052]所述控制台4设有显示和输入装置，设置在实验室内人员方便操控的位置，并预安装有相应的操作软件。
[0053]所述模拟设备设有横梁导轨3、导轨电车1、升降机构2、风场模拟和喷雾系统以及控制导轨电车1、升降机构2、风场模拟和喷雾系统5运行的伺服控制系统，所述伺服控制系统安装在导轨电车I或升降机构2上，通过有线或无线的方式与控制台4通信连接，接收控制信号并反馈数据。
[0054]所述横梁导轨3采用工字型导轨，架设在实验室的半空中。导轨电车I采用交流伺服电机1-4作为动力源，通过齿轮组1-3减速将动力传递给轮边齿轮带动车轮1-1滚动。
[0055]所述升降机构2包括固定在导轨电车I车体1-2下方的固定台板2-1、安装风场模拟和喷雾系统5等装置的安装台板2-3，以及连接固定台板2-1和安装台板2-3的剪叉式伸缩杆2-2。
[0056]风场模拟和喷雾系统5的风场模拟模块包括一副单旋翼5-1以及旋翼驱动电机5-9ο所述单旋翼5-1设置于安装台板2-3的下方，旋翼桨叶通过安装座5-18固定在空心转轴5-13下部的矩形管套5-20上。所述矩形管套5-20套在空心转轴上并焊接固定，其外侧设有固定安装座5-18的安装平面。所述安装座5-18包括一安装底板5-17，所述安装底板5-17上设有两个中心对称的弧形长孔5-18，如图12所示，并设有与弧形长孔5-18适配的限位螺钉或螺栓副5-19，矩形管套5-20对应弧形长孔5-18的位置设有圆形螺孔或相同的弧形长孔；安装底板5-17与矩形管套5-20接触的内侧面设有一转动中心轴，矩形管套5-20安装平面上设有插入所述转动中心轴的中心孔，所述弧形长孔5-18的对称中心落在所述转动中心轴的轴心上；安装底板5-17的外侧面设有固定桨叶的支架。
[0057]安装旋翼时，调整好安装座5-17与矩形管套5-20的相对角度(即桨叶安装的角度)，将穿过弧形长孔5-18与矩形管套5-20连接的限位螺钉或螺栓副5-19拧紧，从而锁紧平面底板5-17和矩形管套5-20。
[0058]空心转轴5-13上端穿过安装台板2-3，通过轴承座5_12固定在台板上，所述轴承座5-12包括座体以及安装在座体内的滚动轴承，所述空心转轴5-13从该滚动轴承中间穿过，与该轴承内圈连接，空心转轴5-13从该轴承伸出的上端部通过齿轮5-8、齿轮5-11与所述旋翼驱动电机5-9的动力输出轴进行动力传递。覆盖