博航超低空遙控飛行農業(yè)植保機結構性能及特點

■ 張亦弛 陽湘暉

湖南博航聯(lián)合技術有限公司是我國最早研發(fā)超低空遙控飛行農業(yè)植保機的企業(yè)之一。博航BH300系列是以燃油發(fā)動機為動力的高性能農業(yè)植保低空遙控飛行作業(yè)機產品，該系列集飛行控制和作業(yè)信息反饋一體化的綜合遙控器、計算機輔助人工導航系統(tǒng)、智能化農藥噴灑系統(tǒng)以及安全耐用的直升起飛器，能適應各種復雜的飛行環(huán)境、起降場地以及氣候條件。裝備體積小，外場展開迅速，操作簡單，運輸方便，轉場快捷。對大面積作業(yè)環(huán)境及專業(yè)植保合作社采用升級套件，包括一套便攜式或車載式地面控制站，通過簡單的觸摸板進行操作，存儲或調出需要作業(yè)的農地信息，如飛行航路、飛行高度與速度、噴灑劑量等作業(yè)信息。在進行作業(yè)的過程中，通過地面站可以實時監(jiān)視各項飛行參數，同時可以對飛行及噴灑系統(tǒng)進行遙距控制。當飛行遇到緊急情況能自動返航，自動著陸，大大提高了植保作業(yè)的安全性。

1 BH300系列主要性能參數

博航系列低空遙控飛行農業(yè)植保機作業(yè)能力強、飛行質優(yōu)良，超低空噴灑農藥確保充分覆蓋，用最少的劑量達到最大的防治蟲害效果。BH300系列主要性能參數列表1。博航飛行農業(yè)植保機除病蟲害監(jiān)測及噴灑農藥治理的植物保護外，還可應用于：植物施肥——植物的生產態(tài)勢監(jiān)測、施肥；作物成熟度監(jiān)測——為精準收割提供及時準確的數據；農業(yè)自然災害監(jiān)測——為相關部門防災減災提供依據；地理測繪——利用航拍技術對農田進行地理測繪，推進農田基本資料數據庫建設。

2 遙控遙測系統(tǒng)結構及性能

（1）綜合遙控器。①遙控器通道數：14通道（12個比例式，2個開關量）；②發(fā)射/接收頻率：2.4GH z FASST；③最大遙控距離：1km（視距）；④任務顯示器：7”高亮彩色液晶顯示器；⑤自動增穩(wěn)儀：6自由度MEMS慣性測量單元；⑥硬件：GPS全球定位系統(tǒng)，氣壓傳感器，地磁傳感器，10通道舵機控制器包括4個專用任務舵機接口；⑦軟件優(yōu)化：魯棒算法及地專家系統(tǒng)；⑧懸停精度：垂直方向±0.5m，水平方向±1m；⑨其它：最大耗電功率5W，質量150g。

（2）地面站（選件）。①系統(tǒng)要求：WindowsXP（32位），WindowsVista（32位），Windows7（32位或64位）；②硬件要求：CPU：IntelCore i3或以上，內存1～4GB；③接口USB或R S232C；④顯示器1024×768或以上；⑤人機界面為鍵盤+鼠標。

（3）無線通信鏈路（選件）。①通信接口：USB2.0或R S232C；②通信頻率：900MHz；③發(fā)射功率：1000mW；④通信寬帶：115.2Kbps；⑤通信距離：10km（視距）。

3 飛行器特色與功能

（1）動力系統(tǒng)。采用自主研發(fā)的“混合動力”，通過特殊設計的翼型和匹配的動力傳動機構，當飛行器遇到陣風或氣流時動力系統(tǒng)能夠作出快速響應，保持飛行姿態(tài)的穩(wěn)定性，能在5級大風等惡劣天氣下安全執(zhí)行任務。內置減震結構，集成鎖尾陀螺，且發(fā)動機具有定速器功能。

表1 BH 300系列主要性能參數

（2）應力結構件。飛行器的高應力結構件全部采用航空規(guī)格的7075－T6鋁合金，經過熱處理強化，強度高、抗腐蝕性能強、可靠耐用。利用玻璃鋼和蜂窩夾層等復合材料制作而成的堅固外殼可以承受一般的外力撞擊，并對飛行器的航電系統(tǒng)起了初級保護。

（3）飛行控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結構包括GPS、6自由度慣性測量單元、磁場計、氣壓高度計等精密傳感器。全自動GPS定位、定高、姿態(tài)增穩(wěn)模式使飛行器的操作更為容易。系統(tǒng)升級后可實現全自主模式支持自動起降、自動執(zhí)行植保作業(yè)任務。具備失控保護和自動返航功能。飛行控制系統(tǒng)采用優(yōu)化的高魯棒性H無窮算法模型，保持飛行姿態(tài)的穩(wěn)定性，即使在大風天氣懸停的精度也不會受到影響。

（4）控制模式及綜合遙控器。基于綜合遙控器的全手動模式，姿態(tài)示穩(wěn)模式和GPS巡航模式，基于自定義遙桿或半自動駕駛模式，基于地面站系統(tǒng)的無人干預全自動飛行模式。集成業(yè)內領先的Futaba RC遙控器，結合博航自主研發(fā)的植保作業(yè)控制系統(tǒng)，成為一套操作簡便，功能齊全的植保作業(yè)操作系統(tǒng)。系統(tǒng)界面簡單易用，除了關鍵信息即時顯示功能外還有同步的聲音提示，作業(yè)人員的目光不需要離開正在作業(yè)的飛行器能即時了解直升機的狀況。對以下異常情況作出及時報警：速度偏差，航線偏差，高度偏差，剩余作業(yè)時間不足2分鐘，剩余藥量不足1升，剩余油量不足0.5升，發(fā)動機溫度過高，發(fā)動機馬力過低，電池電壓過低等。

（5）系統(tǒng)展開迅速且作業(yè)時間長。系統(tǒng)可使飛行器最短能夠在2分鐘內從地面自主起飛，執(zhí)行任務。作業(yè)時間長，可達25分鐘。可按用戶要求增加油箱容量以提升續(xù)航能力。最大飛行速度根據作業(yè)要求可隨時調整，自主飛行速度最高可達90km/h。機載發(fā)電系統(tǒng)，省卻地面反復充電和電池管理等煩瑣工作。機載備用電池同時能確保高可靠供電。

（6）地面站系統(tǒng)（選件）。智能化人機操作界面，支持一鍵起飛，一鍵返航，一鍵著陸。可靠加密的通訊協(xié)議，有效測控距離為10km（視距）。自動檢查飛行路徑的正確性，實時反饋精確飛行數據，實時改變飛行路徑。航點屬性設置：高度，經緯度，轉彎模式，飛行速度，航點超時。飛行任務控制，航拍快門控制，空投控制。提供簡單地圖測繪，正射攝影輔助工具包。

4 噴霧系統(tǒng)及作業(yè)流程

（1）噴霧設備。采用原裝進口、高精密、抗磨損、航空作業(yè)專用的陶瓷噴霧噴霧部件，壽命長，工作穩(wěn)定。聚丙烯噴嘴體由陶瓷噴孔材質構成，采用ISO顏色編碼，根據流量和霧滴大小提供多樣化噴嘴，最大工作壓力為3kg，噴霧角度為110°。

（2）適用農藥。適用于殺蟲劑、防霉劑、脫葉劑和植被肥料等噴霧作業(yè)，用于苗后觸殺型除草劑、殺菌劑和殺蟲劑，細小霧滴和下瀉氣流確保藥劑達到施藥目標區(qū)域。壓力為3kg及以上時，可與落葉劑和葉面肥配合。噴霧劑量自動控制系統(tǒng)，能按照飛行高度與速度實時調整農藥施放的劑量，確保最精確的噴灑作業(yè)及覆蓋面。

（3）作業(yè)流程。①到達作業(yè)現場取出裝備，給飛行器注入汽油及作業(yè)用農藥；②打開設備電源，檢查機器及噴霧系統(tǒng)工作是否正常；③通過綜合遙控器設定作業(yè)信息，如農地編號、農藥編號等并檢查各項預設定信息是否正確；④確保起飛場周邊安全后啟動發(fā)動機；⑤打開綜合遙控器的自動增穩(wěn)開關并緩緩提高飛行器的飛行高度，通過綜合遙控器的兩根遙桿控制直升機前、后、左、右、上、下告示動作，把直升機移動到預設高度和作業(yè)起點；⑥打開自動噴霧系統(tǒng)開關，開始噴霧作業(yè)；⑦按照綜合遙控器任務顯示屏上的儀表信息和預設航路控制直升的前進飛行，遇到嚴重偏航或高度誤差時任務顯示屏會出現報警信息，同時以圖標和聲音的方式提示操作員對飛行姿態(tài)進行修正；⑧當油料或農藥耗盡，任務顯示屏即時報警并自動記錄飛行器當時所在位置，操作員控制飛行器返回預設著陸點；⑨飛行器到達著陸點的上空，操作員拉動下降遙桿，直升機平穩(wěn)緩緩下降；⑩當飛行器起落架觸地后，操作員關掉遙控器的發(fā)動機熄火開關，進行簡單檢查后注入汽油和農藥繼續(xù)作業(yè)。