小型无人机航喷实验及影响因素分析开题报告

1. 研究目的与意义

农林业病虫害防治是农林业生产的重要内容，是保证农林业高质量、高产量，实现农林业经济可持续发展的基础。针对我国各地区土地资源、农林业经营规模和农林业栽培模式的特点，农林业病虫害的防治越来越趋于绿色化、高产质化和精准化。我国丘陵山区占土地总面积的百分之六十一，但丘陵地区是我国水稻、油菜等农作物的主产区，在这些丘陵地区用普通的地面防治装置难度比较大。此外，湿地、滩涂、林地等特殊地形也不适合地面装置作业。因此必须结合现代化的小型无人驾驶空中作业技术，才能在这些特殊地形上完成完整的机械化植保体系。无人机具有作业效率高、利于规模化生产，体积小巧、方便转场和运输，适用性好、不受地形条件限制，安全性高、有效避免驾驶人员伤亡等优势。所以以上因素促进了小型无人机航喷的诞生及发展。在无人机工作过程中，不同的喷药量、环境风速以及无人机的飞行高度、姿态和速度都会影响其效率。通过小型无人机室内航喷实验和室外实际航喷进行影响因素分析，从而减少了防治成本，提高农药的使用效率以及科学保护好生态环境。

2. 国内外研究现状分析

在国际上，农业是无人机民用领域第一个，也是最大的一个市场。根据国际无人机系统协会（AUVSI）2013年的一份报告预测，2015~2025年无人机在民用领域中的应用将为美国经济贡献820亿美元，其中756亿直接来自农业领域。与传统农业机械相比，无人机的工作效率大大提高了。拖拉机一小时能给2英亩农田喷药，而无人机可以喷洒12~15英亩，而且还不会破坏土壤和农作物。日本是无人机农业应用领域中的佼佼者。现在每年有超过2000台雅马哈生产的RMax直升机被用来给大约250万英亩稻田喷洒农药[5]近几年来，具有作业效率高、单位面积施药液量小、农药飘移少等优点的无人驾驶超低空作业农用轻型直升飞机在日本发展迅猛，截止到2005年底，日本登记在册的无人驾驶农用轻型直升飞机保有量已经从1997年的892架增加到2002架，防治面积从1997年的200khm2增加到663Mhm2．超过了有人驾驶农用直升飞机的防治面积这种无人直升机主要用于播种、施肥、喷洒农药等作业．每小时可喷洒农药7～lOhm2。美国加州大学戴维斯分校的农业工程教授吉尔斯在该校位于奥克维尔的葡萄园研究基地展示了一款无人机RMax直升机，并在试飞中利用无人机进行农药喷洒。通过飞行的高度和速度改变，来观察喷洒效果。吉尔斯认为把直升机投入到山坡农场将会是其农业应用的起点。

无人机的发展具有全球性的趋势，所以在国内，无人机的研究是广泛开展的。我国研究应用无人机系统技术已经有40多年的历史，有西北工业大学、北京航空航天大学和南京航空航天大学等无数无人机研制和发展中心，在无人机总体设计、飞行控制、组合导航、遥控遥测、任务设备等诸多技术领域发展很快[7]。随着近几年无人机技术的日趋成熟，性能的日益完善，无人机系统的应用也越来越广泛。与此同时，快速发展的无人机技术促进了整个无人机产业的进步、培养和造就了大批的无人机技术领域的科研生产人员，在全国形成了一个完整的科研、生产配套体系、已具有相当的产业规模和技术储备。随着市场经济的成熟、竞争机制的引入，新的无人机不断涌现，无人机研制标准的重要性逐渐凸显出来。因为我国人口众多，在农业中应用无人机技术将产生更大的经济效益。无人机技术将提高中国农业生产效率，并带来巨大的投资回报。在民众镇举行的中山市2013年秋季蔬菜新品种展示观摩会上，一架FM_520(10公斤)机型的无人植保机升空，低空盘旋向农场农作物喷洒农药，工作人员介绍，机身底端安装有雾化喷头，通过不断调试飞行高度，作业时可通过压缩机从空中距离50厘米向农作物喷洒农药，使得农作物各部位均能受药到位，达到理想的杀除病虫害效果。

3. 研究的基本内容与计划

实验内容：在本次设计中所研究的无人直升机航喷实验，主要针对直升机姿态变化对喷雾效果的影响，因此研究工作环境是：室外平整试验场地，微风，无雨及室内空旷场地。

研究计划:12周：前期知识储备

36周：选定实验环境条件和直升机姿态参数，设计实验方案

4. 研究创新点

多次试验，记入多组数据，依赖于高速摄影技术(PIV)、现代光学测量技术(LDV)和计算机检测控制技术进行试验