縱列式電動無人直升機在農藥噴灑中的應用前景

何志輝，高萬林，2*，何雄奎，白小寧，4，任延昭

(1.中國農業大學信息與電氣工程學院，北京 100083； 2. 農業農村部農業信息化標準化重點實驗室，北京 100083； 3. 中國農業大學藥械與施藥技術研究中心，北京 100193；4. 農業農村部農藥檢定所，北京 100125)

我國新型農業主體的崛起，土地快速流轉及新形勢下農資市場的一系列變革，都在為植保無人機的產業發展和植保作業的推廣應用提供有利條件與技術支持，我國未來的無人機植保服務市場空間大，植保無人機市場前景廣闊。但目前影響植保無人機作業效率的因素之一是載荷量較小、續航時間較短，作業過程中需頻繁更換電池及添加藥液，因此需要進一步提高載荷量和續航時間，使得植保無人機的時間利用率進一步提高[1，2]。針對這一問題，本文將對縱列式電動無人直升機這一機型的眾多優點進行介紹，分析這一機型在農藥噴灑中提高載荷量和續航時間上的優勢，分析這一機型在農藥噴灑中應用前景。

1 中國植保無人機的幾種主要類型及其優缺點

據農業部相關部門統計，截至2017年底，全國在用的農用無人機共253種，生產植保無人機的工廠300余家，全國植保無人機裝機量達到14 000余架[3]。總體來看，目前我國市場上常見的植保無人機機型主要是電動多旋翼植保無人機、電動單旋翼植保無人機和油動單旋翼植保無人機等 3種類型，(圖 1)。

各種類型的植保無人機的空機質量為10～30kg，超低空作業，作業高度1.5～5m，飛行速度為3～6m/s，

噴幅可達5～9m，除去續航加藥時間，1h作業面積可達5～8hm2，其效率遠遠高于人工水平【3，4】。單旋翼植保無人機 (電動機型與油動機型)藥箱載荷多為10～20L，油動機型載荷可達30L以上；多旋翼植保無人機以電池為動力，較單旋翼無人機載荷少，載荷范圍多為5～15L，但其自動化程度高。比較了植保無人機電動機型和油動機型的優缺點(表1)；比較了植保無人機單旋翼機型和多旋翼機型的優缺點(表2)。

表1 植保無人機電動機型和油動機型的優缺點【1，3】

表2 植保無人機單旋翼機型和多旋翼機型的優缺點比較【1，3】

2 縱列式電動無人直升機

縱列式電動無人直升機有兩個縱向布置、轉向相反、轉速相等的旋翼，兩副旋翼一前一后分別安裝在機頭和機尾【5，6】(圖2)。

表3 植保無人機單旋翼機型和縱列式電動無人直升機機型的優缺點比較【1，3】

續表

縱列式電動無人機直升機主要優點是兩副旋翼同步反向旋轉，相互抵消旋翼產生的反扭矩，因此可以將無刷電機的動力全部用于旋翼旋轉產生升力。同時由于這種布局的直升機無尾漿，可以節省尾漿消耗的功率，該功率約占總功率的7%～10%【7】。另外這種布局的直升機在機體重量接近單旋翼直升機的同時，具有更大的槳盤面積，可以獲得接近單旋翼2倍的起飛重量。在相同起飛重量時，具有更小的搬運體積，氣動效率高于傳統單旋翼布局。同時與單旋翼直升機相比結構更加簡單，便于模塊化設計，方便維護和降低使用成本。

3 結論

本文分析了我國植保無人機的幾種主要類型及其優缺點，為了提高植保作業效率，植保無人機對載藥量和續航時間有更高的要求。縱列式電動無人直升機，結構相較于傳統的帶尾槳的直升機簡單，安全性更好，是一種在農藥噴灑中有很好的應用前景的機型。縱列式電動無人直升機在相同動力能耗下，通過兩個旋翼都用于提供升力，具有較好的升力效率，承載和運載能力相較于傳統的單旋翼直升機有明顯的提升，因此植保作業生產效率更高。目前，市場上還未見將縱列式電動無人直升機作為植保無人機的飛行平臺的商業機型，這一動力高效、結構緊湊的機型更適合于農業植保作業。