航空施药旋转雾化器无人机设计方法及装置

1.本发明涉及植保作业领域，尤其涉及一种航空施药旋转雾化器无人机设计方法及装置。


背景技术：

2.航空施药具有应对大面积、突发性、重发性病虫草害的突出优势，是现代化植保技术的重要组成部分，是农业现代化发展水平的重要标志。与传统的人工、半机械化植保作业相比，其作业经济效益非常显著。然而，雾滴飘移问题目前仍是航空施药在植保作业过程中面临的主要问题，会带来严重的水土资源污染、非目标作物药害、人畜健康威胁等问题。航空施药雾化器是控制飘移污染的关键装备，其产生的雾滴粒径大小直接影响雾滴潜在飘移规律。
3.传统作业采用压力喷头喷雾，雾滴大小不一，小雾滴易产生飘移损失，大雾滴又因为沉积均匀性差造成流失。风驱雾化器是依靠飞机飞行产生的高速气流驱动雾化器桨叶，带动转笼转动使药液雾化，能产生粒径较为一致的雾滴。但当作业速度较快时，其转速相应增大，从而产生更多小雾滴，导致飘移损失增加。在对作业效率不断追求，飞机作业速度不断提升的情况下，转笼雾化器面临转速和雾滴粒径难以控制的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种航空施药旋转雾化器无人机设计方法及装置。
5.本发明提供一种航空施药旋转雾化器无人机设计方法，包括：基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型；根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型。
6.根据本发明一个实施例的航空施药旋转雾化器无人机设计方法，所述基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型，包括：基于不同层流翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的层流翼型。
7.根据本发明一个实施例的航空施药旋转雾化器无人机设计方法，所述基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型，包括：根据不同翼型的升阻力曲线中的失速攻角，选取失速攻角较小的翼型，作为失速性能较低的候选翼型。
8.根据本发明一个实施例的航空施药旋转雾化器无人机设计方法，所述根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型，包括：根据所述候选翼型，确定所述候选翼型扭转后的目标翼型，作为风驱雾化无人机的翼型；其中，所述扭转后的目标翼型为根据所述候选翼型增大翼根攻角，减小翼尖攻角得到。
9.根据本发明一个实施例的航空施药旋转雾化器无人机设计方法，所述基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型之前，还包括：根据翼型库和/或翼型模型气动天平风洞吹风数据，获得不同翼型的升阻力曲线。
10.根据本发明一个实施例的航空施药旋转雾化器无人机设计方法，所述根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型之后，还包括：获取基于确定的翼型安装完成后，分别在空载和满载时在不同作业速度下的转笼转速，得到转笼转速范围；基于所述转笼转速范围，确定转笼参数，所述转笼参数包括网孔参数和转笼直径；基于测定的喷雾粒径，对风驱转笼雾化器定型。
11.本发明还提供一种航空施药旋转雾化器无人机，基于上述任一项所述的航空施药旋转雾化器无人机设计方法得到。
12.本发明还提供一种航空施药旋转雾化器无人机设计装置，包括：翼型选取模块，用于基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型；翼型确定模块，用于根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型。
13.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述航空施药旋转雾化器无人机设计方法的步骤。
14.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述航空施药旋转雾化器无人机设计方法的步骤。
15.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述航空施药旋转雾化器无人机设计方法的步骤。
16.本发明提供的航空施药旋转雾化器无人机设计方法及装置，根据失速性能较低的候选翼型确定风驱雾化无人机的翼型，低速下效果等同于常规转笼雾化器，而在高速作业条件下，桨叶迅速失速以控制转笼转速，降低雾化器产生的小雾滴比例，最终达到减小雾滴飘移损失的目的。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明提供的航空施药旋转雾化器无人机设计方法的流程示意图；
19.图2是本发明提供的不同翼型升阻力曲线与攻角关系示意图；
20.图3是本发明提供的不同翼型在不同攻角下的升力系数示意图；
21.图4是本发明提供的航空施药旋转雾化器无人机设计装置的结构示意图；
22.图5是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.针对传统转笼雾化器在作业速度提高后转速相应提高造成的小雾滴偏多的问题，本发明提出航空施药旋转雾化器无人机设计方法及装置，以实现高速作业条件下对雾化器产生小雾滴比例的控制，最终达到减小雾滴飘移损失的目的。
25.下面结合图1-图5描述本发明的航空施药旋转雾化器无人机设计方法及装置。图1是本发明提供的航空施药旋转雾化器无人机设计方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供航空施药旋转雾化器无人机设计方法，包括：
26.101、基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型。
27.不同翼型与来流的夹角从0开始逐渐增加到某个角度时，由于逆压梯度导致边界层突然分离，翼型升力从逐渐增大到突然减小，称为失速，该角度称为失速攻角。攻角继续增大时，因翼面边界层分离，其升力不再增加，因此不同形状的翼型能达到的升力上限是不同的。
28.当作业速度增加时，转笼转速增大，翼面一边做旋转运动，一边做直线运动，空气来流与翼面夹角增加并逐步接近翼型失速攻角，当翼型达到失速攻角并发生失速时，转笼转速趋于稳定。因此可以通过选择合适翼型，控制在最大作业速度时的旋转雾化器转速，从而控制雾化粒径。
29.图2是本发明提供的不同翼型升阻力曲线与攻角关系示意图，翼型失速原理如图2所示，两种翼型达到相同攻角时，翼型二发生失速，为转笼提供较低旋转驱动力，对应转笼转速较慢。可选择满足其他需求情况下，失速性能最低的候选翼型。
30.102、根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型。
31.候选翼型可直接作为风驱雾化无人机的翼型，也可对翼型进行一定变形扭转生成翼面，再作为风驱雾化无人机的翼型。
32.本发明提供的航空施药旋转雾化器无人机设计方，根据失速性能较低的候选翼型确定风驱雾化无人机的翼型，低速下效果等同于常规转笼雾化器，而在高速作业条件下，桨叶迅速失速以控制转笼转速，降低雾化器产生的小雾滴比例，最终达到减小雾滴飘移损失的目的。
33.在一个实施例中，基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的层流翼型，包括：基于不同层流翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的层流翼型。
34.目前各行业常用翼型达数百种，不同类别的翼型在不同攻角下的升力系数存在差异，设计对应不同工况，图3是本发明提供的不同翼型(airfoil)在不同攻角下的升力系数示意图，如图3所示。航空翼型升阻比高，抗失速性能好，对飞机安全性高，如naca2512，naca4418等，但不适合用于失速控制转速的工况。风力机翼型考虑了被动失速控制，但同时侧重结构强度和低速性能，如tr35-10，s814等，也不能直接应用于桨叶设计。因此本发明经过综合考虑，在已有航空翼型中选择抗失速性能较低的层流翼型，如naca66-618，当然，也可在此基础上进行一定变形扭转和截断，以获得现有叶片外形。该翼型拥有较易失速及层流状态下效率高的优势，可同时满足低速作业时的转笼旋转效率和高速条件下的转速限制要求。除naca66-618外，其他抗失速性能较低的层流翼型也可以考虑。
35.本发明的航空施药旋转雾化器无人机设计方法，能够进一步降低雾化器产生的小雾滴比例，最终达到减小雾滴飘移损失的目的，同时以层流翼型为对象，减少翼型的筛选数量，具有针对性。
36.在一个实施例中，所述基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型，包括：根据不同翼型的升阻力曲线中的失速攻角，选取失速攻角较小的翼型，作为失速性能较低的候选翼型。具体说明可参见上述实施例，此处不再赘述。
37.在一个实施例中，所述根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型，包括：根据所述候选翼型，确定所述候选翼型扭转后的目标翼型，作为风驱雾化无人机的翼型；其中，所述扭转后的目标翼型为根据所述候选翼型增大翼根攻角，减小翼尖攻角得到。
38.为进一步提升低速来流条件下的升力效率，同时降低临界失速攻角，本发明实施例对候选翼型作进一步改进。具体方法是翼根大攻角，翼尖小攻角，满足安装在旋转雾化器上的动态强度要求，以及根据翼根攻角和翼尖攻角调节失速攻角。本发明实施例的航空施药旋转雾化器无人机设计方法，通过增大翼根攻角，减小翼尖攻角，从而减小失速攻角，减小桨叶失速的速度，从而减小雾滴飘移损失。
39.在一个实施例中，所述基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型之前，还包括：根据翼型库和/或翼型模型气动天平风洞吹风数据，获得不同翼型的升阻力曲线。
40.具体而言，可通过现有翼型库获取不同翼型的升阻力曲线，对于翼型库没有相关数据的翼型，可通过气动天平风洞吹风方式实测获得相关数据。
41.在一个实施例中，所述根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型之后，还包括：获取基于确定的翼型安装完成后，分别在空载和满载时在不同作业速度下的转笼转速，得到转笼转速范围；基于所述转笼转速范围，确定转笼参数，所述转笼参数包括网孔参数和转笼直径；基于测定的喷雾粒径，对风驱转笼雾化器定型。
42.确定了风驱雾化无人机的翼型之后，雾化器叶片安装完成进行空载和满载带水测试，测定其在不同作业速度下的转速范围，确定高速作业条件下的失速效果。根据不同作业范围下的转笼转速范围，设计转笼网孔、直径等其他参数。再基于风洞和激光粒度仪测定喷雾粒径，将风驱转笼雾化器定型。
43.本发明还提供一种航空施药旋转雾化器无人机，基于上述任一项实施例的航空施药旋转雾化器无人机设计方法得到。具体内容可参见上述方法，通过选定的翼型便可基于现有的无人机方案得到本发明的航空施药旋转雾化器无人机，具体内容此处不再赘述。
44.下面对本发明提供的航空施药旋转雾化器无人机设计装置进行描述，下文描述的航空施药旋转雾化器无人机设计装置与上文描述的航空施药旋转雾化器无人机设计方法可相互对应参照。
45.图4是本发明提供的航空施药旋转雾化器无人机设计装置的结构示意图，如图4所示，该航空施药旋转雾化器无人机设计装置包括：翼型选取模块401和翼型确定模块402。其中，翼型选取模块401用于基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型；翼型确定模块402用于根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型。
46.在一个装置实施例中，选取模块401具体用于：基于不同层流翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的层流翼型。
47.在一个装置实施例中，选取模块401具体用于：根据不同翼型的升阻力曲线中的失速攻角，选取失速攻角较小的翼型，作为失速性能较低的候选翼型。
48.在一个装置实施例中，翼型确定模块402具体用于：根据所述候选翼型，确定所述
候选翼型扭转后的目标翼型，作为风驱雾化无人机的翼型；其中，所述扭转后的目标翼型为根据所述候选翼型增大翼根攻角，减小翼尖攻角得到。
49.在一个装置实施例中，还包括曲线获取模块，用于：根据翼型库和/或翼型模型气动天平风洞吹风数据，获得不同翼型的升阻力曲线。
50.在一个装置实施例中，所述根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型之后，还包括：获取基于确定的翼型安装完成后，分别在空载和满载时在不同作业速度下的转笼转速，得到转笼转速范围；基于所述转笼转速范围，确定转笼参数，所述转笼参数包括网孔参数和转笼直径；基于测定的喷雾粒径，对风驱转笼雾化器定型。
51.本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。
52.本发明实施例提供的航空施药旋转雾化器无人机设计装置，根据失速性能较低的候选翼型确定风驱雾化无人机的翼型，低速下效果等同于常规转笼雾化器，而在高速作业条件下，桨叶迅速失速以控制转笼转速，降低雾化器产生的小雾滴比例，最终达到减小雾滴飘移损失的目的。
53.图5本发明提供的电子设备的结构示意图，如图5示，该电子设备可以包括：处理器(processor)501、通信接口(communications interface)502、存储器(memory)503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信。处理器501可以调用存储器503中的逻辑指令，以执行航空施药旋转雾化器无人机设计方法，该方法包括：基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型；根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型。
54.此外，上述的存储器503中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
55.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的航空施药旋转雾化器无人机设计方法，该方法包括：基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型；根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型。
56.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的航空施药旋转雾化器无人机设计方法，该方法包括：基于不同翼型的升阻力曲线，筛选失速性能较低的候选翼型；根据所述候选翼型，确定风驱雾化无人机的翼型。
57.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单
元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
58.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
59.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。