对小型无人农业林业作业飞机的研究 - 福建省南平一中.doc

17届全国青少年科技创新大赛二等奖 17届全国青少年科技创新大赛二等奖 作者：曾纵望 指导教师：林 晓 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： （１）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。 （２）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。 （３）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。 （４）造价高。即使是国产的农林５Ａ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。 （１）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。 （２）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。 （３）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。 （４）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１～２万元左右甚至更低。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。无需专业培训，就能熟练地操纵它，能大大提高这类飞机的普及率。 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，验证其可行性，并提出对样机的要求开始设计样机，并绘出图纸．通过资料收集，验证其可行性，并提出对样机的要求．通过缩比样机的试飞及有关数据的处理得出结论并作出试飞报告． 通过资料收集，验证其可行性，并提出对样机的要求 开始设计样机，并绘出图纸． 通过资料收集，验证其可行性，并提出对样机的要求． 通过缩比样机的试飞及有关数据的处理得出结论并作出试飞报告． ① ② ③ ④ 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： ①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。 ②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。 ③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。 ④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。 ⑤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，我拿出了如下方案：（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4.3ｍ２ 翼载荷（空重）：9.3kg／ｍ２ 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