圆形多轴多旋翼电动无人机辅助授粉作业参数优选

摘要：

圆形多轴多旋翼无人直升机与单轴单旋翼无人直升机相比，结构上有很大差异，因而其旋翼所产生气流到达作物冠层后形成的风场参数亦有所不同。该文采用3种圆形多轴多旋翼无人直升机，根据正交试验设计法设计了3因素（飞行高度、飞行速度以及飞机与负载质量）3水平的正交试验，通过考察平行于飞行方向（X）、垂直于飞行方向（Y）、垂直地面（Z）3个方向上的峰值风速、Y 向风场宽度（越宽越好）、动力电池的压降（放电越慢越好）3个指标，对该机型用于水稻制种辅助授粉的田间作业参数进行优选，试验结果分析表明：圆形多轴多旋翼无人直升机在水稻冠层形成的X向风场宽度明显大于Y向的风场宽度；有别于单旋翼无人直升机，圆形多轴多旋翼无人直升机X向风场只有1个峰值风速中心，Y向风场存在2个峰值风速中心，这一现象主要由飞行器多个旋翼的侧向气流叠加形成，相互之间存在干扰，而且也影响了Y向风场的有效宽度。在实际应用中，对于能实现GPS自主导航飞行的机型，应根据作业的便利程度尽量利用X向的风力，更有益于辅助授粉作业；而对于未采用GPS自主导航飞行的机型，为便于飞控手对飞机位置的判断与姿态操控而必须沿父本行方向进行飞行作业时（即利用Y向风力），应充分考虑垂直于飞行方向风场宽度较窄的实际情况，通过降低作业效率来弥补。圆形多轴多旋翼无人直升机在水稻冠层所形成风场的峰值风速主要受飞机的飞行速度、飞机与负载质量、飞行高度影响。结合有效风场宽度及电池电量消耗程度来考量，3种主要因素的主次排序及其较优水平依次为飞行速度1.30 m/s、飞机与负载质量18.85 kg和飞行高度2.40 m。该结果可为其他圆形多轴多旋翼无人直升机用于水稻制种辅助授粉的田间作业参数设置提供参考，而且也可为制定基于农用无人直升机的水稻制种辅助授粉作业技术规范提供依据。

关键词：无人机、测量、试验、多轴多旋翼、电池动力、极差分析、作业参数优选、正交试验

分类号：S252+.9(农业航空)

资助基金：“十二五”国家“863”计划项目2013AA102303，2012AA101901-3；国家自然科学基金项目31371539；公益性行业农业科研专项201403057；国家科技支撑计划课题2014BAD06B07

在线出版日期：2014-06-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

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