農用植保無人機動力系統現狀及應用

王俊凱 劉萍 王軍建

摘要 ? ?隨著農業耕作技術的發展，人工噴灑農藥的方式逐漸消失，出現無人噴灑作業。本文介紹了農用植保無人機機型及動力，闡述了農用植保無人機的動力系統應用現狀，以期為我國農業發展提供參考。

關鍵詞 ? ?農用植保無人機;動力系統;應用現狀

中圖分類號 ? ?S252 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）20-0158-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

農業病蟲害防治直接影響農業生產。在工業落后時期，病蟲害防治主要靠人力田間捕捉。隨著社會的發展，人力背負機械噴霧器、空中植保飛行器陸續被用于病蟲害防治。航空動力技術的發展，提高了植保無人機的性能。匹配的動力系統不僅能保證飛行安全，同時保證了高效的作業效率以及高機動性能。植保無人機在安全飛防范圍內可以完成山地、丘陵、平原植保作業，對各類作物施藥噴灑作業。隨著農用植保無人機噴灑技術的不斷成熟，其已成為農業病蟲害防治的主要手段[1]。

1 ? ?農用植保無人機機型及動力

農用植保無人機是農業生產工具的一種，是一種用于農業病蟲防治的、飛手在地面操控、無人駕駛的飛行器，可用于完成各項農業植保作業。按主要動力來源一般可以分為燃油動力和電動動力，但近年有相關公司研制出混動（燃油動力和電動動力組合）動力植保機，燃油動力多出現在固定翼以及單旋翼機型中，電動動力多出現在多旋翼（四軸及以上機型）機型中。這些機型因動力系統差異在操控方式上也有一定差異。

1.1 ? ?固定翼植無人機

該機型載荷大、續航作業能力強，可視噴灑藥劑及燃料多少而定，遇到強風操控性好，缺點是起降要有跑道等特殊場地，機動性能不如單旋翼及多旋翼[2]。動力以常規燃油動力發動機系統為主，也有一些機型會采用重油動力發動機。

1.2 ? ?單旋翼植無人機

該機型操控靈活性好、載荷力強、抗風效果好、氣流大霧滴附著效果好。普遍采用常規燃油動力，但近2年也有電動動力及混動動力出現。

1.3 ? ?多旋翼

該機型因外觀機翼旋翼不同又分為3種，分別為四旋翼、六旋翼、八旋翼等機型。目前，我國市場上使用最廣泛的也是這類機型。這類機型因操控簡單、使用方便而備受喜愛，同時其全部采用電動動力驅動系統，比較環保，但存在續航弱的問題。

2 ? ?農用植保無人機的動力系統應用現狀

農用植保無人機在動力系統上的應用，主要有以下3種形式。一是燃油動力，主要以固定翼和單旋翼機型為主。二是電動動力，主要以多旋翼機型為主。三是混動動力，主要以多旋翼和單旋翼為主，目前該動力與以上2種驅動相比普及率不高。

2.1 ? ?燃油動力

燃油動力系統應用最廣泛的是固定翼和單旋翼植保無人機，它們的主要動力來源于機身發動機帶動螺旋槳旋轉，利用機翼和機身流體性能通過空氣動力學原理帶動飛機飛行工作，最終實現植保作業[3]。

目前，市場上使用的航空燃油動力發動機分為2種。一種是重油發動機，其價格較高且農業使用普及率不高;另一種是常規燃油發動機，它也是市場上目前普遍使用的一種發動機。

燃油動力植保無人機一般續航能力強、載藥量大，適合大面積農田作業，如我國新疆建設兵團種植區，大面積農田種植區域很適合這類植保機作業。但這類植保機也有一定的弊端，如發動機噪聲大，不利于在村莊附近作業，維護維修困難，同時燃油動力的機型體積較大，起降受場地限制，如果沒有足夠大的場地則無法進行起降作業[4]。如彼岸航空發動機Rotax582UL是目前市場上適合較大型植保機使用的一種發動機型，它的總排量是580.7 cc，輸出功率48 kW，內置發電機輸出功率170 kW，最大轉速6 800 r/min，扭矩75 N，燃油90#以上無鉛汽油。同時相對較小型的發動機在植保機上也比較常見，但這種發動機載荷一般可以被電驅動代替，因而使用也相對較少。這類機型采用電機給電，噴桿多孔加壓方式噴灑，保證每個噴灑桿都能達到噴灑效果。

2.2 ? ?電動動力

電動動力使用機型最多的是多旋翼植保無人機，這類機型旋翼多，載荷量少，骨架全部采用超輕型復合材料，因而電驅動也是最好的驅動方式，不僅滿足了小型植保機在農業使用上的便利，也大幅提高了農藥噴灑效率[5]。主要是無刷電機通過電池電能帶動不同螺旋槳高速旋轉，從而使機器完成飛行作業。電驅動動力無人機在小面積作業上具有很大的優勢，迎合了我國當前的小塊農田使用狀態。該類驅動方式成本低，因而也是國內植保機主流的使用方式[6]。國內生產多旋翼植保無人機有一定知名度的品牌有大疆、富盛通、天鷹等，他們生產的這些機型都采用電驅動方式。這類機型在施藥方式上采用多孔加壓方式，保證當一個損壞的同時其他能夠正常工作。

2.3 ? ?油電混動動力

混動動力是目前植保機市場上一種新的動力類型，它能有效解決作業續航問題。目前，這款產品也主要應用于多旋翼機型，其他機型出現相關產品還相對較少?；靹觿恿χ饕捎冒l動機發電，儲存在蓄電池中，再由蓄電池的電能帶動植保機作業[7]。2018年6月在深圳第三屆國際無人機展覽會上展出了由“南方天途”“瑞深動力”聯手打造的10 kg級植保噴灑無人機M4H型機，這款機油耗2.5 L/h，續航>20 min（可延續噴灑2個循環），兼具了電動無人機和油動無人機的操控靈敏和長續航雙重優點，較傳統以電池為能量源的植保無人機，在作業便攜度方面突出作業時無需更換電池。在施藥方式這類機型也和上述電動動力一致。

3 ? ?結語

目前，我國農業生產處于上升水平，農業技術仍在完善。隨著農用植保無人機的應用，相信未來我國農業生產水平將會上一個更高的臺階，保證農業可持續發展，糧食健康穩定生產，農民收入提高。

4 ? ?參考文獻

[1] 婁尚易，薛新宇，顧偉，等.農用植保無人機的研究現狀及趨勢[J].農機化研究，2017，39（12）：1-6.

[2] TESKE M E，THISTLE H W.Aerial application model extension into the far field[C]//ASAE Annual Meeting.Las Vegas：American Society of Agr-icultural Engineers，2003.

[3] 薛新宇，蘭玉彬.美國農業航空技術現狀和發展趨勢分析[J].農業機械學報，2013，44（5）：194-201.

[4] WANG SHI-lIN，SONG JIAN-LI，HE XIONG-KUI，etal.Performances Evaluation of Four Typical Unmanned Aerial Vehicles Used for Pesticide Application in China[J].Int J Agr Biol Eng，2017，10：22-31.

[5] 郭香.植保無人機廣闊的發展市場給農業的發展注入新動力[EB/OL].[2019-06-01]http：//m.robt.ofweek.Com/2016-07/ART-8321204-8420，2016-11-14.

[6] HUANG YANBO，C M OUELLET-PLAMONDON，S J THOMSON，et al.Characterizing downwind deposition of the off-target drift from aerially applied glyphosate using Rb Cl as tracer[J].nt J Agric & Biol Eng，2017，10（3）：31-36.

[7] 周志艷，臧英，羅錫文，等.中國農業航空植保產業技術創新發展戰略[J].農業工程學報，2013，29（24）：1-10.