轻型飞机的转笼喷雾系统设计文献综述

 2022-08-04 11:31:49

轻型飞机的转笼喷雾系统设计

[摘要]: 航空喷雾在现代化农业生产中具有重要作用,本文从国内外农用航空发展、航空喷洒技术特点、航空喷雾搭载装备、喷雾系统等方面对航空喷雾技术进行了解。基于直升机作业灵活,适应性强等优点,加上转笼喷雾喷出雾滴均匀、雾滴谱窄、适用于低量喷雾、降低污染环保等特点,提出有人驾驶直升机转笼喷雾系统设计,并对喷雾系统组成、转笼喷雾工作原理、喷雾效果展开了解,为下一步设计工作做准备。

[Abstract]:Aerial spray plays an important role in the modern agricultural production.This thesis makes some acquaintance with the aerial spray technique from several aspects including the development of home and aboard agricultural aviation,traits of aerial spray technique,carrying machine of aerial spray,spray system and so on. On one hand, helicopter is equipped with flexible operation, strong adaptability etc.On the other hand,the rotating cage spray nozzle atomizing has advantages such as average size,narrow droplet spectrum,adaptation to low volume spray and environmentally-friendly.Based on these two aspects,I put forward the designation of rotating cage spray system used on helicopter.Then,I search information about the composition,working principle and spraying effect of the rotating cage spray system in order to make preparation for the next design job.

关键词:航空喷雾、直升机、喷雾系统、转笼式喷雾

1.课题研究目的和意义

中国是一个人口大国,同时也是一个农业大国,保证粮食产量和安全是保障人民生活质量的基石,所以农业发展的机械化智能化大型化是当今农林业发展的主旋律。虽然近年来我国的植保机械在不断发展,但目前正在使用的主要还是以手动施药机械和背负式机动施药机械为主,分别占比93%和5.5%,拖拉机悬挂式植保机械约占0.57%[1],因此为了满足我国众多人口的粮食需求,寻找高效、环保、低廉的农业植保创新突破点是我们亟待解决的问题。

江苏地处中原、又是南北过渡地区,得天独厚的地理和气候条件造就了丰富的农作物产区,在江苏有众多的水稻、小麦、蔬菜、林果和棉花产区,因此也成为病虫害高发区和蝗虫重灾区,病虫害爆发速度快,面积大,仅靠传统的手工作业很难控制住疫情。据统计,我国每年因防治不及时、病虫害造成的粮食产量损失达10%左右,要想及时地扑灭一些大面积、爆发性的病虫害,没有高效、高质量、高性能的施药机械是不可能的。如果能将农用航空大规模投入使用就能大大解决这个问题。

谈到农用航空,早在1951年,中国民航广州管理处派出一架C-46型飞机在广州市上空连续两天执行灭蚊蝇飞行任务,揭开了中国农业航空发展的序幕。[1]基于航空飞机的优势,采用航空喷洒既可以适应各种复杂环境的要求而且效率高、及时性好;不破坏作物生长;能够快速进行大面积覆盖作业,大大提升了作业效率,比地面机械作业效率高5-7倍,相当于人工喷雾的200-250倍[14];直升机喷雾具有效率高,不需要跑道等优势,但是直升机用的雾化喷头存在雾化不均匀、效果不理想的问题。飞机施药的发展趋势是采用超低量喷雾技术,转笼式喷头应用于低量和超低量喷雾,大大提高了雾滴尺寸均匀性和沉积覆盖率。因此本课题中基于轻型直升机设计转笼雾化喷雾系统,包括喷雾动力、喷杆、转笼雾化喷头、药箱等主要部件,设计结果将改善直升机农业航空施药喷洒效果、提高航空作业安全水平及保护环境的目的,为我国航空喷雾的应用指导奠定基础。

2.农用航空发展概况

1918年,美国第一次用飞机喷洒农药灭虫,开创了农业航空的历史,之后,前苏联、加拿大、德国、新西兰等国也开始用飞机进行农林作业。[15]首批使用的农用飞机主要是第一次世界大战后的二战后的双翼机改装,如“德哈维兰虎蛾”(图1)和“斯蒂尔曼”。[2]由于杀虫剂、除草剂等相继出现,军用小型飞机过剩,促成了农业飞机的发展。20世纪50年代后,农业专用机和多用途飞机相继出现,[15]其中著名的有苏联的安-2、美国的“农用马车”(图2)、澳大利亚的

图1.“德哈维兰虎蛾” 图2.“农用马车”

图3.“空中卡车”PL-12 图4. AgHusky农用飞机

“空中卡车”PL-12(图3)等。大多数农用飞机只装一台气冷式活塞发动机或涡轮螺旋桨发动机。与普通飞机的最大区别是安装了喷洒系统,主要由药桶、风扇搅拌器和喷洒装置等组成。[2]50年代末,直升机也凭借机动灵活的特性加入农业航空行列。[15]随着精准农业技术的发展,美国逐渐将GPS导航系统、机载遥感系统、变量喷嘴等应用到农业航空,并在世界处于领先地位,如(图4)Cessna 公司生产的AgHusky农用飞机,装载了一个GPS导航系统和变量控制系统,主要用于变量航空喷洒技术的研究。[5]

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