一种无人机悬停喷施喷头的选型方法技术

本发明专利技术公开了一种无人机悬停喷施喷头的选型方法，采用有限差分模拟方法，通过评估不同类型喷头的喷施性能，确定与指定农药相匹配的最合适喷嘴的类型，其中，喷施性能参数包括穿透性、均匀性和漂移程度，确定对于指定茶园种植用农药选择六旋翼无人机悬停喷施时最佳的无人机用喷头选型方法。本发明专利技术通过研究确定茶园指定农药在六旋翼无人机悬停喷施时最佳喷头选型的方法，不但为茶园飞防农药喷施提供理论线索，而且为其它农作物飞防喷施性能的改进提供参考。进提供参考。进提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机悬停喷施喷头的选型方法


[0001]本专利技术涉及农业
，具体涉及一种无人机悬停喷施喷头的选型方法。

技术介绍

[0002]随着我国农作物种植生产模式的发展，农作物种植时会选取无人机进行喷施农药。在我国有两百八十八万公顷的茶园种植面积，占据世界茶叶种植规模的60％，而我国茶叶种植多在丘陵地区，复杂多变的山丘地形导致地面喷施机械存在诸多不便。但是无人机喷雾很少用于茶园，原因茶园的下洗流结构更强。目前，许多研究人员一直在试图通过改善茶叶种植的下洗流结构来提高农药喷施的效率。但是由于大部分茶园多处于地形多变复杂地区，致使无人机喷施时，其下流风场波动变化难以控制，因此如何提高茶园农药喷施效果成为亟需解决的问题之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种无人机悬停喷施喷头的选型方法，其有助于提高无人机在茶园种植时喷施农药的应用，也能为其它农作物无人机飞防喷施中喷头的选型提供技术支撑。
[0004]无人机喷施农药的效率不仅受到无人机下洗流场的影响，还受到喷头选型与农药类别的影响。对于指定农药，选取不同类型的喷头对喷施效率都会产生较大影响。基于此，本专利技术提出了一种无人机悬停喷施喷头的选型方法。本专利技术可以用于所有农作物的无人机喷施喷头选型，尤其适用于地形复杂的茶园。根据本专利技术的实施例，所述选型方法包括以下步骤：
[0005](1)对无人机悬停状态下洗风场进行研究；
[0006](2)无人机用喷头结构的研究，建立喷头的三维实体模型；
[0007](3)依据喷头的三维实体模型，结合下洗风场变化研究结果，建立无人机用喷头喷施农药的三维有限差分模拟模型；
[0008](4)利用三维有限差分模拟模型获取不同类型无人机用喷头喷施指定农药的模拟结果；
[0009](5)根据步骤(4)获得的模拟结果，对无人机悬停状态下，不同类型无人机用喷头喷施指定农药时的性能参数进行数值研究；
[0010](6)根据步骤(5)中得出的无人机悬停状态下不同类型喷头喷施指定农药性能参数差异，确定无人机悬停喷施最佳喷头选型。
[0011]另外，根据本专利技术上述实施例的一种无人机悬停喷施喷头的选型方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(1)中，对无人机悬停状态下洗风场的研究包括对下洗风场的风速大小变化及分布的研究。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述下洗风场结构分布及速度分布的研究，包括如下
步骤：
[0014](1.1)根据无人机实际工作状况，建立无人机三维实体模型，并构建无人机悬停状态下三维有限差分数值模拟研究模型；
[0015](1.2)选择无人机悬停状态下喷施农药实际工况参数，利用无人机悬停状态下三维有限差分数值模拟研究模型，研究无人机固定悬停高度、悬停速度下的下洗风场；
[0016](1.3)基于模拟结果，分析悬停状态下风场的风速大小、分布及变化；
[0017](1.4)基于分析结果，评估无人机悬停喷施时，下洗风场对喷头喷施性能的影响。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(1.2)中，喷施农药实际工况参数包括悬停高度、旋翼转速、喷施范围、满载质量、空载质量、飞行速度及飞行时间。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(2)中，三维实体模型的建立方法包括如下步骤：
[0020](2.1)研究喷头的外部和内部结构，测量喷头的内部尺寸和外部尺寸；
[0021](2.2)通过喷头结构及尺寸数据，基于常用三维建模软件平台，采用特征建模和虚拟装配相结合的方法，构建喷头的三维实体模型。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(3)中，三维有限差分模拟模型建立包括以下步骤：
[0023](3.1)建立喷头喷施农药三维有限差分模拟的计算区域模型；
[0024](3.2)确定计算区域模型的数值网格划分；
[0025](3.3)设置边界条件，所述边界条件包括喷头的初始温度、进出口压力和体积分数条件、壁面条件；
[0026]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(5)中，农药的性能参数包括穿透性、均匀性、漂移程度。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，所述穿透性的数值分析方法如下：
[0028](5.11)获取步骤(4)中不同类型喷头的模拟结果中喷头下方轴向速度云图，并对比不同类型喷头的速度云图的分布差异；
[0029](5.12)依据步骤(4)中不同类型喷头模拟结果的轴向速度云图中，距离喷头下方不同高度的轴向速度大小，绘制速度
‑
位置曲线，并对比不同喷头类型的速度变化及大小差异；
[0030](5.13)通过分析对比不同类型喷头下方轴向速度云图分布差异和轴向速度变化及大小差异，对比喷头喷施农药时喷施的穿透性及幅度。
[0031]在本专利技术的一些实施例中，所述均匀性的数值分析方法如下：
[0032](5.21)获取(4)中不同类型喷头的模拟结果中，距离喷头下方不同高度的垂直横截面上的速度云图分布，并对比不同类型喷头的速度云图的分布差异；
[0033](5.22)依据步骤(4)中不同类型喷头的模拟结果，喷头下方不同距离处垂直横截面上的喷施面积，并对比不同类型喷头药液喷施面积的大小差异；
[0034](5.23)通过分析对比不同类型喷头下方不同横截面的速度云图分布和喷施面积大小差异来衡量喷头喷施农药时的均匀度。
[0035]在本专利技术的一些实施例中，所述漂移程度的数值分析方法如下：
[0036](7.31)使用泰勒类比破碎模型来分析不同类型喷头喷施农药的索特平均直径分
布；
[0037](7.32)依据步骤(4)中不同类型喷头的模拟结果，研究喷头下方沿着喷头轴向方向上不同距离处垂直横截面上的液滴索特平均直径分布；
[0038](7.33)通过分析对比喷头轴向方向上不同距离处垂直横截面上不同直径液滴分布，评估对于不同类型喷头喷施指定农药时的漂移程度。
[0039]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0040]茶园由于地形复杂，致使无人机喷施时，其下洗风场变化的强度比其它农业应用剧烈，现有技术是从改善下洗风场变化的角度，来提升无人机在茶园的药液喷施性能，而本专利技术从喷头
‑
农药匹配优化的角度，研究指定茶园种植用农药的六旋翼无人机悬停喷施时的喷头选型，从而提高悬停无人机在茶园中的喷施性能。
附图说明
[0041]图1为本专利技术实施例中一种无人机悬停喷施喷头的选型方法的流程示意图；
[0042]图2为本专利技术实施例中选取研究的不同类型喷头实体图示意图；
[0043]图3为本专利技术实施例中不同类型喷头三维实体模型示意图；
[0044]图4为本专利技术实施例中分析农药的穿透性时不同类型喷嘴轴向速度云图；
[0045]图5为本专利技术实施例中分析农药的穿透性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机悬停喷施喷头的选型方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对无人机悬停状态下洗风场进行研究；(2)无人机用喷头结构的研究，建立喷头的三维实体模型；(3)依据喷头的三维实体模型，结合下洗风场变化研究结果，建立无人机用喷头喷施农药的三维有限差分模拟模型；(4)利用三维有限差分模拟模型获取不同类型无人机用喷头喷施指定农药的模拟结果；(5)根据步骤(4)获得的模拟结果，对无人机悬停状态下，不同类型无人机用喷头喷施指定农药时的性能参数进行数值分析；(6)根据步骤(5)中得出的无人机悬停状态下不同类型喷头喷施指定农药性能参数差异，确定无人机悬停喷施最佳喷头选型。2.根据权利要求1所述的一种无人机悬停喷施喷头的选型方法，其特征在于：所述步骤(1)中，对无人机悬停状态下洗风场的研究包括对下洗风场的风速大小变化及分布的研究。3.根据权利要求2所述的一种无人机悬停喷施喷头的选型方法，其特征在于，所述下洗风场结构分布及速度分布的研究，包括如下步骤：(1.1)根据无人机实际工作状况，建立无人机三维实体模型，并构建无人机悬停状态下三维有限差分数值模拟研究模型；(1.2)选择无人机悬停状态下喷施农药实际工况参数，利用无人机悬停状态下三维有限差分数值模拟研究模型，研究无人机固定悬停高度、悬停速度下的下洗风场；(1.3)基于模拟结果，分析悬停状态下风场的风速大小、分布及变化；(1.4)基于分析结果，评估无人机悬停喷施时，下洗风场对喷头喷施性能的影响。4.根据权利要求3所述的一种无人机悬停喷施喷头的选型方法，其特征在于：所述步骤(1.2)中，喷施农药实际工况参数包括悬停高度、旋翼转速、空载质量、飞行时间。5.根据权利要求1所述的一种无人机悬停喷施喷头的选型方法，其特征在于，所述步骤(2)中，三维实体模型的建立方法包括如下步骤：(2.1)研究喷头的外部和内部结构，测量喷头的内部尺寸和外部尺寸；(2.2)通过喷头结构及尺寸数据，基于常用三维建模软件平台，采用特征建模和虚拟装配相结合的方法，构建喷头的三维实体模型。6.根据权利要求1所述的一种无人机悬停喷施喷头的选型方法，其特征在于，所述步骤(3)中，三维有限差分模拟模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱林，周文轩，邹晓睿，董思嘉，钱玉想，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：