多旋翼植保无人机升效的设计步骤

1、多旋翼植保无人机升效的设计步骤植保无人机的主要任务是装载农药进行喷洒作业，农药载重量是提高航空植保作业效率至关重要的因素。从技术上讲，植保无人机的农药载重量取决于其动力分系统的设计，而无人机的升效是动力分系统设计时最为重要的技术指标。无人机的升效定义为总升力与总功率的比值。与之相区别，单轴（单个旋翼）的升力与功率的比值称为桨效。作为多旋翼无人机而言，无人机升效是多个单轴桨效的合成。设计步骤如下：一、设计桨效。第一步，确定单轴升力。单轴升力 损耗补偿系数最大起飞重量旋翼个数。损耗补偿系数是为弥补多轴合成升力的损失设定的，是一个经验值，需要通过大量的试验数据综合归纳得出。第二步，设计螺旋桨形状。根

2、据单轴升力、多旋翼结构尺寸等因素，设计螺旋桨的参数，主要包括：螺旋桨叶数、螺旋桨直径、螺旋桨螺距、螺旋桨材质等。多旋翼是定螺距桨型，设计相对简单一些。从设计桨效角度，桨型设计要充分考虑与驱动电机的转速相匹配。第三步，设计驱动电机。根据桨型气动力参数，设计驱动电机的各项参数，主要包括：电机额定功率、电机额定转速、电机最大转速、电机额定扭矩、电机最大扭矩、电机功重比等。多旋翼是以各个螺旋桨转速来控制升力的，因此重点围绕转速来设计驱动电机各项指标，对提高桨效是非常重要的。第四步，检验桨效。将设计好的螺旋桨和驱动电机组合成实验样机，就可以在检验台上进行桨效的试验工作了。检验台要求较简单，只要能容易固定

3、实验样机，并检测出实时升力，以及同时的供电电流等参数即可。不断加大电机的转速，升力和电流都会上升，记录升力和电流的关系曲线，将可换算成实验样机的升力和桨效关系曲线。检验升力和桨效关系曲线，可清楚得出实验样机在给定设计升力范围内的桨效关系。重复第二步到第四步，反复调整桨型、电机各参数的设计，检验各种实验样机的升力和桨效关系曲线，从而选择出最优化的桨效设计实验样机，并将其升力和桨效关系曲线作为下一步设计的技术参数依据。二、设计飞控。多旋翼无人机是一种欠驱动系统，无人机实时状态的6个自由度，完全依靠多个旋翼产生的升力来进行调整控制。因此，多旋翼无人机的升效取决于多个旋翼单轴桨效的合成效率，同时受到无

4、人机飞行状态的极大影响。多旋翼的飞行状态控制对提高无人机升效具有十分重要的作用。多旋翼植保无人机作业飞行要求相对比较简单，一般要求等高、直线、匀速飞行，起降需要缓速平稳，抗风能力在五级以下。根据植保作业的特点，有效设计飞控，可较好地提高无人机的升效。为提高升效设计飞控分为两个层面：飞控算法层面和飞控应用层面。飞控算法层面：这部分过于专业，也非常复杂，涉及飞控的核心算法，一般的飞控厂家没有能力在此层面上设计研发，在此不加赘述。但设计原则应该是明确的，就是要依据桨效参数，结合植保作业特点，限定制约“过激”的飞行状态，使能量有效用于简单的植保作业飞行动作上。飞控应用层面：可为植保无人机飞行设置一些限

5、定条件。在无人机起降阶段，限定起降速度和加速度；在植保作业阶段，限定最大速度，限定加减速时的最大加速度。这些限定也同样是为了限定制约“过激”的飞行状态，提高植保作业的升效。三、设计效果预期。无人机升效的提高，节能效果明显。我们对最大起飞重量35KG，有效载药10KG的多旋翼植保机进行过测试，平均升效只有3.5KG/KW。究其原因，主要是使用的全是航模电机和航模飞控，不是为植保无人机专门设计，桨效本身就不高，飞控对桨效的合成效率也不高。经过设计试验，我们将平均升效提高到7KG/KW以上，升效提高了一倍，最直接的效果就是完成同样的植保作业，电池节省了一半容量。目前，电池是植保作业成本的制约因素，减少了电池成本，使无人机植保更加贴近实际应用。无人机升效的提高，减少了机体内电磁干扰。升效提高，节省了电能消耗，电池供电的电流相对有较大的减小，从而使在狭窄机体内通过大电流的导线辐射出的电磁干扰下降，这对提高飞控系统的稳定性十分有利。无人机升效的提高，增加了植保无人机操控的稳定性。