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对小型无人农业林业作业飞机的研究

2017-10-28 5页 doc 17KB 7阅读

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对小型无人农业林业作业飞机的研究对小型无人农业林业作业飞机的研究 对小型无人农业林业作业飞机的研究17届全国青少年科 作者:曾纵望 指导教师:林 晓 技创新大赛二等奖 一、研究目的: 传统的农业林业作业飞机虽然大大减轻了农民的生产负担,提高了生产速度,并在喷洒农药、播种、浇水等方面得到了广泛运用。但是,它也存在不少的缺点,具体表现在: (,)效费比较低。只有在大范围作业的情况下才有较好的经济效益,不适合小范围作业。飞机的折损、维修、油耗及人员工资(主要指驾驶和维护人员)方面的开支都比较大。 (,)对场地要求严格。一般必须在平坦的地面起飞,且作业区的...
对小型无人农业林业作业飞机的研究
对小型无人农业林业作业飞机的研究 对小型无人农业林业作业飞机的研究17届全国青少年科 作者:曾纵望 指导教师:林 晓 技创新大赛二等奖 一、研究目的: 传统的农业林业作业飞机虽然大大减轻了农民的生产负担,提高了生产速度,并在喷洒农药、播种、浇水等方面得到了广泛运用。但是,它也存在不少的缺点,具体现在: (,)效费比较低。只有在大范围作业的情况下才有较好的经济效益,不适合小范围作业。飞机的折损、维修、油耗及人员工资(主要指驾驶和维护人员)方面的开支都比较大。 (,)对场地要求严格。一般必须在平坦的地面起飞,且作业区的地形不能太复杂,地面障碍物要少,无法在山地和丘陵地区作业。 (,)安全性不佳。据统计,农林作业飞机每年所发生的事故在民用航空事故中的比率是较大的。由于飞机要经常在离地3,5米的超低空区域作业,且作业区域的净空条件一般都相对较差,使得飞行员在飞行中对于突然出现的情况可能做出错误的判断,导致事故,轻则伤机,重则伤人。 (,)造价高。即使是国产的农林,,型飞机,出厂价也在十几万人民币左右,相当于一辆豪华轿车的售价,一般的农业林业生产经营者不具备购机的能力。 正是因为上述这些原因,限制了具有“空中拖拉机”美称的农林飞机在我国的运用,也阻碍了我国农业林业科技化的发展。 本人通过自己平时对航空的业余爱好及研究,盟发了使用小型无人飞机进行农林作业的思想。 由于无人机在农业林业上的运用在我国尚属空白,因此,通过对这一领域的研究,希望能对农业林业生产力的发展起一定作用。 二、具体思路: 通过有关资料的收集及比较,我发现用无人机代替传统的载人飞机具有明显的优点。 (,)经济性好。使用无人机进行农林作业,由于不需载人,不但不必请专门的飞行员及技师,且飞机省去了坐舱及其它多余的重量,可携带更多的药剂,且油耗降低了。效费比大大提高。 (,)适应性强。使用体积较小的无人机进行农林作业,由于机体强度相对较高,体形小巧,可以在较恶劣的场地起降、作业。即使山区也能使用。 (,)由于无人机不载人,几乎不存在安全问题,其较小的体积较轻的重量,较低的速度,即使与地面物体相撞,也不会造成太大后果。 (,)造价低。这种只用于农林作业的无人机结构是很简单的。整架飞机去掉发动机,控制设备、喷洒装置及药箱,就没有什么可去掉的了。这样,飞机的成本估计只有,,,万元左右甚至更低。一般的农林个体生产或服务经营者都有能力购买。 此外,随着无人飞机专用遥控设备的商品化,不仅成本不断降低,功能不断增多,而且操纵上越来越人性化、“傻瓜”化。这就使得对飞机的控制也越来越容易。无需专业,就能熟练地操纵它,能大大提高这类飞机的普及率。 1 正是由于该机的这些巨大潜力,我通过各种资料的查找及自己有限的航空知识,决定设计一架具有上述优点的小型无人农林飞机。 课题实施步骤: 通过资料收集,通过资料收集,通过缩比样机开始设计样机,验证其可行性,验证其可行性,的试飞及有关 并提出对样机并提出对样机数据的处理得 的要求( 的要求 出结论并作出并绘出图纸( 试飞报告( ? ? ? ? 三、设计要求: 根据我国国情,我对该飞机的性能提出了如下要求: ?经济性好。这个条件是研究该飞机的重要前提,没有它的存在,也就失去了研究的意义。具体表现是该机一次起飞的载量要大,油耗低,且维护保养等后勤工作所花的人力物力要小。 ?场地适应性要好,能在一般的柏油路及田间土路(如打麦场)起降,换装浮舟后能在水田或鱼塘中起降。 ?在确保载量的情况下机体应小巧。因为体积太大就容易夫去该机的优势。只有小体积才适合在恶劣地形作业。但是体积也不能太小,否则则无法带足够的药量飞行,且会导致抗风性下降。 ?能在离地2,3米的超低空以不大于80km,h的速度飞行。且飞 机在这一高度和速度飞行时应处于油耗最低和载量最大的经济巡航阶段。 ?飞机应易于操纵,能实现“傻瓜”式飞行。它的抗风性能和盘旋性能都要非常优秀,机体的结构应尽可能简单便于拆装、搬运、贮藏。飞机的维护和保养也应尽可能地简单。 四、设计结果及依据: 经过大量的论证和计算,我拿出了如下:(外形可参见设计图) 翼展:5.6米 机长:3.46米 动力:15,20马力汽油机 , 空重:约40千克 有效载荷:约30,45千克 翼面积:约4.3, ,翼载荷(空重):9.3kg,, 理论飞行速度20,180km,h 理论滞空时间:30分钟(加一次油) 控制方式:比例遥控 最大重量:86千克(理论) 一次作业面积:?15亩 上述部份数据其实计算得很保守,完全有潜力进一步挖掘。当然样机图纸还得经过试飞进行不断修改,最后才能定型。下面具体谈谈我的设计依据: 将机体的尺寸定为5.6,×3.46,是经过多次计算得出的。这个尺寸不但和飞机一次飞行能带足足够药量(30~45kg),而且体积小巧,场地适应性强。其动力根据需要选装15~20马力汽油机,油耗低。 在整体的气动布局上,曾尝试多种方案。如拉进鸭式布局、推进鸭式布局,下单翼布局、高置翼台的上单翼推进式布局。最后采用了传统的上单翼拉进式布局。这种结构适合载重量大,动力偏小的低速飞机,整体结构简单,飞行中能充分利用地效且桨效高。 2 由于考虑飞机要低速低空飞行,且要在动力有限的情况下带尽可能多的载重,必须提高机翼升力,增加飞机的有效载荷。根据升力 ,,1/2ρV SL ,要减小飞机的翼载荷及使用高升阻比的机翼翼型。这架飞机不但具有较大的翼面积,且选用了,系数较大的克拉克,—,,的薄翼型,机翼在机身上有,? 的安装角,确保了足够的升力。为了减小阻力及使抗风性不至于太差,机翼展弦比达到7.2,已接近滑翔机。翼梢小翼的使用,防止了飞行中机翼下表面的气流绕到机翼上表面而造成的升力丢失。 减少飞行阻力也很重要。因为这类飞机重量大、速度低。如果机体空气阻力太大,直线飞行也许不成问题,但一转弯阻力便会大增,势必使飞机失速坠地。因此,在机身设计上,应尽可能减小其截面积。前机身为箱式结构,后段机身只有一根管组成,不但简单,且阻力非常小,再加上高而瘦的垂直尾翼,大展弦比的机翼及宽大的舵面,在最大程度上控制了机身的废阻力。翼梢小翼的使用对于减小翼尖的诱导阻力也功不可没。 这架飞机使用前三点式起落架并配以橡胶机轮,满足了在恶劣场地起降的要求,同时这种起落架结构简单,无需避震器和刹车装置。但可加装前轮导向装置。 良好的安定性非常重要。首先要确保的是机体的横侧安定性。如果横侧安定性太差,由于飞机动力弱,飞行中很容易受侧风的干扰造成姿态不稳定。我在设计上使用了三折上反翼,两侧上反角达到,?,加上有7.2的机翼展弦比,既保证了升力又保证了良好的横侧安定性。同时创造性地使用了内段副翼结构,即副翼只从内翼根开始到外翼根结束,使得飞机对副翼的操纵反应不是太灵敏。这样,它具有类似于低速副翼的功能,对微调姿态起到很大帮助。机身的侧面积很大,这样在转弯副时,大的侧面积弥补了部分丢失的升力,提高了转弯性能。其次,要确保俯仰安定性,要求飞机在爬升和下降时,机头俯仰角变化不大,拐弯不甩尾巴,我通过增加飞机的尾力臂和平尾面积来提高俯仰安定性,这种结构在以前的飞机上也使用过多次,效果很显著。 五、关于缩比样机: 一架飞机设计完成后,必须立即制造样机并进行试飞实验,以便不断修改以满足设计要求。由于条件有限不可能制造全尺寸样机进行试飞论证,只好采用了用缩比样机试飞的方式。根据自己的大量计算,并根据手头上的器材确定缩比样机的尺寸和原机比例为1:3.5,并绘制了相应图纸以进行施工,其整体布局和结构和原机无太大差别,具体情况可参见图纸。 附:飞机整体设计图 3
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