无人机农业作业项目实施工作总结报告.docx

项目实施工作总结报告(1)本研究首先通过机身主体、腹部、机翼和尾翼结构可拆装 设计对侦察固定翼无人机进行了机身总装，并对结构与气动力进行了 仿真分析，完成固定翼飞机的实际总装，实现了适于农业航空遥感作 业的固定翼飞行器本体技术；(2)本研究其次通过多旋翼机体中心板、支撑臂、负载机构和 脚架结构的设计对载重四旋翼无人机进行了机身总装，并对其结构与 气动力进行了仿真分析，完成四旋翼飞机的实际总装与飞行，实现了 适于农业航空喷施作业的多旋翼飞行器本体技术；(3)本研究最后实现了一种室内无人机模拟作业试验平台，无 人机安装于试验平台上方；试验平台包括无人机滑动底盘、导轨钢丝 和无人机高度调节装置。可以较好的模拟出无人机实际作业飞行状态, 还可以控制无人机的飞行高度、飞行速度。并制作了室内无人机飞行 防护网；(4)通过本研究的实施，对普及农用无人机概念，推广无人机 作业方式，宣传农业机械化种植，实现农业现代化具有十分重要的意 义。模型的室内飞行展示与科普对象的亲身体验操作，能够极大提升 农业航空产业的应用规模与档次。在高校范围内，能将农用无人机与 普通航模显著区别开来；(5)未来应继续加大对室内农用无人机系统的研究，进一步挖（5）无人机室内实际操控安全防护系统制作了无人机室内飞行防护网，如图6所示。图6室内飞行防护网三、项目取得的社会效益、经济效益（一）项目取得的社会效益（主要指项目成果推广应用情况）专利转让实施2项: 一种适用于无人机授粉作业的机载装置及其授粉方法，发明专利（李 继宇；周志艳；罗锡文；臧 英；祝伟杰；张霞；魏玉），CN201310136515. X, 2013. 04. 18,授权时间:2014. 11. 12, 权利变更：2016. 03.21,深圳高科新农技术有限公司,3. 02万一种无人机作业飞行器用的伸缩装置及其作业方法，发明专利（李继 宇；罗锡文；张铁民；周志艳；臧英；闫国琦；祝伟杰），CN201310217422. X, 2013. 06. 03,授权时间:2015. 07. 29, 权利变 更：2016. 03.21,深圳高科新农技术有限公司，2. 98万(二)项目取得的经济效益以本项目样机为蓝图的多功能农田作业装备涉及粮食安全、食品 安全、生态安全和农业丰产、农民丰收，在农业生产中起着举足轻重 的作用。使用无人机施药可有效提高作业效率和降低作业成本，按照 5%的作业面积采用无人机施药测算，人工成本节省10元/亩，农药成 本节省1元/亩，综合节本增收46. 2亿元。、项目经费使用情况1.研究经费，共计8.0万元 1.1科研业务费，共计4.5万元，其中,(1)能源/动力费，2.5万元主要用于试验平台及田间试验的能源动力消耗，详细情况如下：本项目拟采用锂电池作为电动飞行器主要动力源开展田间颗粒 撒播试验，总功率平均为lOOOWh,约需10块lOAh容量的锂电池， 标称电压11.1V。共需费用0.2X10=2万元；项目执行期的试验期约60天，飞行器运输转场车辆及机械实际 运转时间5小时，约需功率6.6kW,汽油机正常油耗0.32L / kWh,汽 油价格7.8元/L计算，整个田间试验所需的燃油消耗费用为：60X7 X6.6X0.32X7.8,约为 0.5 万元；(2)会议费/差旅费，1.0万元主要用于3年试验研究过程中，往返试验场馆的差旅费及食宿费; 为加强学术交流，掌握最新动态，参加国内学术会议及项目调研差旅等费用，约L0万元。差旅类别食宿等补贴标准（元 /天）交通（元/次）人数年数次数/ 年天数/ 次小计（元）铁路/汽车320. 00780. 0013123480. 00国内学术交流320. 001000. 0013123920. 00市内交通0. 00100. 00 费用合计33312700. 0010100. 00（3）出版物/文献/信息传播费，1.0万元专利申请费用：专利2个，3500元/个X2个=0.7万元。项目技术总结材料复印装订、专题汇报宣传材料（多媒体制作, 仿真动态模拟等）：共0.3万元；1.2 实验材料费，共计0.5万元，其中，（1）主要用于飞行器试验损耗材料费用。固定翼飞行器不同尺寸碳纤维机翼约需2对，需要0.1X2R.2 万元；多旋翼飞行器各种尺寸正反对桨约需5对，需要0.05X5=0.25 万元；其他主轴、尾翼等零部件损耗约0.05万元。1.3 .仪器设备费，共计3.0万元，其中，（1）购置，1.5万元表3拟购买设备仪器一览表编号仪器设备名称单价（万元）小计（万元）1多旋翼无人机机架1.011.02固定翼无人机机架0. 510. 5合计1. 5（2）试制，1.5万元无人机模拟体验平台制作，约需费用0.2X4=0.8万元，无人机实际体验平台约0.7万元，共需1.5万元2人员费及专家咨询费，共计1.5万元类别人数单价（元/月）时间（月/人）小计（元）本科生4250. 001010000.00专家咨询51000.005000.00费用合计15000. 003管理费，共计0.5万元五、项目组织方式和管理机制建立课题负责人和课题参与人，责、权、利明确的项目组织管理 形式。课题承担单位是*大学，落实课题专职管理人员2人，课 题负责人和参与参与人各行其职，共同开展课题研究工作，签订任务 书，组织课题实施和监督检查，及时报告、协调和处理课题执行过程 中出现的有关问题。课题的日常管理工作，主要包括课题执行过程管理，数据资料汇 总，依据任务书的要求对各参与单位承担的工作进行检查和监督；聘 请课题所在领域的技术专家、管理专家、经济专家对课题的技术路线、 研究方案和重大技术问题等提供咨询，在课题主管部门的领导下，对 课题任务开展检查、验收工作，把握课题总体进度。六、存在的问题、解决措施及建议由于投入的经费有限，在课题合同约束下，部分研究内容仅仅研 制了样机，并在有限经费下很难开展大量实际飞行试验。并且由于现 行政策等复杂原因，在广州无法寻找一处合法的适合飞行器飞行的试 验场地，对项目的开展也存在较大影响。另由于*大学操场邻近岑村 军机场，在空域无法顺利取得的情况下，室外高空飞行受到诸多限制。建议省科技厅加大对于无人机航空项目的投入，积极协调政府相 关部门解决场地问题，解决空域问题，为广东省打造无人机产业强省 做出切实的行动与贡献。掘具有农业特征的无人机类型结构，开展具有农业作业特点的无人机 实际作业，进一步加强农用无人机体系的建设与研究。二、项目执行情况（主要指项目实施过程）（一）项目实施方法和技术路线1 .总体方案；制作两类应用农业航空技术的无人机平台，包括新型多旋翼无人 机型与新型固定翼无人机型。选配适合无人机室内飞行展示的飞行控 制系统，结合趣味性与实际操作性能展示国内无人机在农业上的遥感、 喷施和特种作业应用方式。开发农用无人机模拟飞行操作系统以及实 际操作体验平台，使科普对象能够获得直观感受与亲身体验。同时考 虑到无人机展示必要的安全问题和空间问题，需要制作室内科普农用 无人机作业安全防护装置。2 .技术路线;作业装备展小作业效果展示作业路径展示农用无人机模拟匕行操作系统安全防护装置安全防护措施安全防护知识体验平台图1技术路线（二）项目技术攻关的过程1、通过机身主体、腹部、机翼和尾翼结构可拆装设计对侦察固 定翼无人机进行了机身总装，并对结构与气动力进行了仿真分析，完 成固定翼飞机的实际总装，实现了适于农业航空遥感作业的固定翼飞 行器本体技术（1）综合考虑无人对地侦察机的可拆装性、结构稳定性、侦察 载重要求和起飞重量要求，利用鲁班燕尾樟结构和樟卯连接结构设计 出机头各构件，并对机头底板和机头侧板两重要承力构件进行力学校 核，校核结果皆符合要求，且整体机头结构稳定，飞行稳定性好。（2）分析机腹构件与机头、机翼的连接关系和连接稳定性要求， 借鉴角板连接机构、燕尾桦结构和平头锲件连接构件设计出机腹各构 件，并对机头-机腹连接杆构件进行力学校核，校核结果显示该构件 能稳定连接机头与机腹，足以保证机腹整体结构稳定。(3)通过分析比较平凸翼型、凹凸翼型、对称翼型的气动特性 以及拆装要求，最终确定采用平凸翼型进行机翼设计。并遵照机翼结 构参数设计要求，以及机翼机构重量占比要求，确定了机翼结构的各 项设计参数。考虑到机翼与机腹连接的稳定性要求，设计出柔性连接 件以保证机翼的飞行稳定。止匕外，设计出机翼结构可在襟副翼式机翼 和副翼差动式机翼之间便捷地切换，更好的满足各种飞行环境。(4)模拟对机身全部零部件进行包装储存，结果显示使用350mm XI60mmX 80mm的箱体可完全容纳所有零部件，该体积的箱体满足方 便携带的需求。(5)利用Solidworks Simulation的静态结构分析功能，对机 头底板、机头侧板和机头-机腹连接杆进行静力仿真分析，确定各结 构设计是否合理。根据分析结果，机头底板承受的最大应力1.209X 107 N/m2小于材料屈服强度2.000X 107 N/m2,且最先安全系数值 1.7处于规范要求1.53.0之间，可见机头底板结构设计合理；机头 侧板承受的最大应力2. 534 X 106 N/m2小于材料屈服强度2. 000 X 107 N/m2,且最小安全系数值7. 9较大，虽不够经济但力学性能优秀，能 更好的满足侦察机的载重要求，因此机头侧板结构设计合理；机头- 机腹连接杆承受的最大应力4. 879X 107 N/m2小于材料屈服强度 2. 206X108 N/m2,且最小安全系数值为4. 5,较大于规范要求1. 53. 0,但考虑到该构件工况较为复杂，其值能有着更好的力学性能以满足工况要求，为此机头-机腹连接杆结构设计合理。综上可知，机身各重要承力构件拥有着良好的力学性能，能很好满足对地侦察机飞行的稳定性要求。(6)利用ANSYS FLUENT的流体仿真分析功能，对机翼进行气动 仿真分析。根据分析结果，机翼在20 m/s的飞行速度下产生的的最 大压差为4.14X103 Pa,两机翼便共产生8. 28X103 Pa的压差，为 机身提供716. 64 N的升力，其升力足够支撑机身顺利飞行。止匕外， 根据机翼的气动颤振分析结果，在20 m/s的飞行速度下，机翼产生 的最大颤振振幅为9. 13X 10-3 mm,其值远小于安全值2 mm。综上可 知，机翼的结构设计有着优秀的气动性能，其优秀的气动性能也能更 好的满足对地侦察机所需的高续航要求。2 .通过多旋翼机体中心板、支撑臂、负载机构和脚架结构的设 计对载重四旋翼无人机进行了机身总装，并对其结构与气动力进行了 仿真分析，完成四旋翼飞机的实际总装与飞行，实现了适于农业航空 喷施作业的多旋翼飞行器本体技。(1)考虑到无人机的模拟农用载重，对各结构在负重时进行受 力分析和强度校核，得出下中心板最高可承受63. 33kg的重量而不会 发生刚性变形，而其受到实际的最大载荷为5kg<63. 33kg,该设计合 理。支撑臂最高可承受1.55kg的重量而不会发生弯曲断裂，而其受 到实际的最大载荷为L25kgl. 55kg,该设计合理。载球机构最高可 承受7. 74kg的重量而不会发生弯曲断裂，而其受到实际的最大载荷 为1.9kg7.74kg,该设计合理。脚架最高可承受2. 8kg的重量而不 会发生弯曲断裂，而其受到实际的最大载荷为2. 5kg<2. 8kg,该设计 合理。(2)利用Solidworks Simulation的静态结构分析功能，对中 心板、支撑架和脚架进行静力仿真分析，确定各结构设计是否合理。 根据分析结果，中心板承受的最大应力1. 714X107 N/m2小于材料屈 服强度2.757X 107 N/m2,且最先安全系数值1.6处于规范要求 1. 03. 0之间，可见中心板结构设计合理；脚架承受的最大应力1. 487 X 107 N/m2小于材料屈服强度2. 757X 107 N/m2,因此脚架结构设计 合理；支撑架承受的最大应力2.513X107 N/m2小于材料屈服强度 2. 757X107N/m2,且最小安全系数值为1. 2,较大于规范要求1. 03. 0, 为此支撑架结构设计合理。(3)利用ANSYS FLUENT的流体仿真分析功能，对旋翼进行气动 仿真分析。根据分析结果，该四旋翼飞行器流场稳定均匀，机翼在8 m/s的飞行速度下产生的的最大压差为6. 64X103 Pa,四旋翼便共产 生5.312X104 Pa的压差，为机身提供97 N的升力，其升力足够支 撑机身顺利飞行。3 .实现了一种室内无人机模拟作业试验平台，无人机安装于试 验平台上方；试验平台包括无人机滑动底盘、导轨钢丝和无人机高度 调节装置。可以较好的模拟出无人机实际作业飞行状态，还可以控制 无人机的飞行高度、飞行速度。并制作了室内无人机飞行防护。(1)平台总体结构设计室内无人机模拟作业试验平台，其特征在于：包括无人机和试验 平台，无人机安装于试验平台上方；试验平台包括无人机滑动底盘、导轨钢丝和无人机高度调节装置；无人机滑动底盘包括脚架固定卡盘、 柔性绳、钢丝滑动套环、横向支撑杆、纵向支撑杆；导轨钢丝穿过钢 丝滑动套环；无人机高度调节装置包括高度调节装置主壳体、滑动槽、 调高锁紧把手、锁紧卡槽。无人机机型可为单旋翼无人机，亦可为多 旋翼无人机，如图2所示。图2模拟操作飞行平台(2)无人机滑动结构无人机滑动底盘包括脚架固定卡盘、柔性绳、钢丝滑动套环、横 向支撑杆、纵向支撑杆;作为一种优选，脚架固定卡盘整体为扁平状， 位于无人机下方，与无人机脚架相固定，脚架固定卡盘四角留有柔性 绳连接口；柔性绳起牵拉作用，为非弹性绳，一端与脚架固定卡盘四 角相连，一端与钢丝滑动套环相连;钢丝滑动套环内侧与柔性绳相连, 横纵方向各留有支撑杆连接口，外部套环内有导轨钢丝穿过，套环直 径大于导轨钢丝直径；横向支撑杆起支撑作用，为非弹性杆，两端非 别与钢丝滑动套环横向连接口相连；纵向支撑杆起支撑作用，为非弹 性杆，两端分别与钢丝滑动套环纵向连接口相连，如图3所示。221212214213214211图3无人机滑动结构导轨钢丝数量为2根，穿过钢丝滑动套环，使无人机通过无人机 滑动底盘在导轨钢丝上滑动，导轨钢丝两端分别与无人机高度调节装 置相连接，导轨钢丝彼此之间间距2. 5米。(3)高度调节装置与锁紧结构无人机高度调节装置包括高度调节装置主壳体、滑动槽、调高锁 紧把手、锁紧卡槽；高度调节装置主壳体数量为4个，两两对应，形 状为长条形，背面光滑侧贴墙放置，壳体表面开有螺栓孔，螺栓穿过 固定螺栓孔使其与墙壁固定；滑动槽位于高度调节装置主壳体正面, 左侧为竖槽，右侧为高度限位槽，限位槽间距布置视实际作业高度而 定；调高锁紧把手位于高度调节装置主壳体正面，能够沿滑动槽滑动 调节高度，同时外表面有钢丝限位孔，可旋转收紧导轨钢丝，其末端 有锁紧卡扣；锁紧卡槽位于高度调节装置主壳体右侧面，可与锁紧卡 扣锁紧，如图4所示。图4高度调节装置与锁紧结构(4)实际飞行测试如图5所示，为该平台上实际模拟操作无人机飞行的情况。无人 机依靠自身动力，通过柔性绳牵拽滑动套换，在导轨钢丝上滑行，由 于套环直径大于钢丝直径，无人机可以自由的倾斜、摆动，可以有效 地隔离诸多室外复杂因素对试验结果的干扰，能够较好的在室内模拟 出无人机实际作业飞行状态；该平台可以控制无人机的飞行高度、飞 行速度，具有结构简单、成本低、操作简便的特点；通用性强，可适 用匹配各种型号的单旋翼和多旋翼无人机，安全性好，具有很高的应 用推广价值图5实际模拟飞行