本實用新型涉及一種藥箱設(shè)計方案，特別是涉及一種植保無人機(jī)藥箱設(shè)計方案。
背景技術(shù)：
：目前，市場上的植保無人機(jī)藥箱大多數(shù)靠捆綁或螺栓與機(jī)體連接，捆綁連接的牢固程度差，機(jī)體振動大，而且安全性難以得到保證。螺栓連接比較牢靠，但是如果要在藥箱上開孔，會增大工藝復(fù)雜性，延長制作周期，增大制作成本，而且不利于減重設(shè)計。在減輕液體晃動問題時，大多數(shù)借鑒油箱的設(shè)計，在藥箱內(nèi)部設(shè)置柵格或多孔泡沫塑料，這樣做確實會起到較好的防晃動效果，但是會額外地增加重量，同時增大工藝難度，延長制作周期，比如，本來可以一次吹塑成型的，可能需要改成嵌件注塑，或手糊對半膠接。技術(shù)實現(xiàn)要素：本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種依靠自身結(jié)構(gòu)特征和流體力學(xué)原理來解決安裝固定和藥液晃動問題的植保無人機(jī)藥箱設(shè)計方案。本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種植保無人機(jī)藥箱設(shè)計方案，將藥箱設(shè)計成具有特殊形狀的變截面容器，靠自身結(jié)構(gòu)特征來解決安裝固定和防止晃動問題；所述藥箱結(jié)構(gòu)組成包括：注水口、箱體A段、箱體B段、箱體C段、箱體D段、箱體E段、箱體F段、箱體G段、箱體H段、箱體I段、第一貼合處、第二貼合處、第三貼合處和第四貼合處；所述箱體A段、箱體B段、箱體C段、箱體D段、箱體E段、箱體F段、箱體G段、箱體H段、箱體I段內(nèi)部相通、依次相連，并且以機(jī)身縱軸為軸線左右對稱；所述箱體A段和箱體I段為側(cè)立的圓柱形結(jié)構(gòu)，所述注水口分別位于箱體A段和箱體I段上部；所述箱體B段、箱體C段、箱體D段、箱體E段、箱體F段、箱體G段、箱體H段構(gòu)成箱體中部，且其中上部設(shè)置有凹槽；所述箱體B段、箱體D段、箱體F段、箱體H段呈倒立的“凸”字形結(jié)構(gòu)，凸出部分是為了與起落架橫梁貼合以限制藥箱的向下竄動；箱體C段、箱體E段、箱體G段是半圓柱形結(jié)構(gòu)，箱體B段與箱體A段相連，箱體H段與箱體I段相連；所述箱體C段位于箱體B段和箱體D段之間，且箱體C段的直徑小于箱體B段和箱體D段的直徑；所述箱體G段位于箱體H段和箱體F段之間，且箱體G段的直徑小于箱體H段和箱體F段的直徑；所述箱體E段位于箱體D段和箱體F段之間，且箱體E段的直徑小于箱體D段和箱體F段的直徑；通過突縮過流截面和突擴(kuò)過流截面的交替出現(xiàn)，來增大局部損失，減小流體的機(jī)械能。所述箱體C段和箱體G段的側(cè)端面為第一貼合處；所述箱體A段和箱體I段的內(nèi)側(cè)面為第二貼合處；所述第三貼合處位于箱體D段和箱體F段的倒“凸”字形結(jié)構(gòu)的凸出位置；所述箱體中部的凹槽側(cè)面為第四貼合處。所述第一貼合處與無人機(jī)起落架的豎梁貼合，限制藥箱的前后竄動；所述第二貼合處與無人機(jī)機(jī)身的左右側(cè)面貼合，限制藥箱的左右竄動；所述第三貼合處與無人機(jī)起落架的橫梁貼合，限制藥箱的向下竄動；所述第四貼合處與無人機(jī)機(jī)身上電池匣的側(cè)面貼合，主要限制藥箱的向上竄動，同時限制向左、右和向前、后竄動。一方面，藥箱的特殊形狀取決于植保無人機(jī)總體布局，目的是依靠藥箱的外壁通過簡單的貼合與卡位，即能固定藥箱的6個自由度，避免使用額外的卡扣或螺栓來安裝固定藥箱，有利于減輕重量，簡化工藝流程，縮短制作周期和降低制作成本。另一方面，特殊形狀取決于對流體力學(xué)的應(yīng)用，即要充分利用流體流動時的局部損失，即設(shè)置多處突縮過流截面和突擴(kuò)過流截面以增大局部損失，減小流體的機(jī)械能。流體在變截面管道內(nèi)流動時，由于管截面或流量的改變，均勻流動在變截面處局部遭到破壞，引起液體分子的無規(guī)則運(yùn)動，分子與管壁的碰撞，分子與分子的碰撞，以及分子間的相互摩擦，消耗了部分液體的機(jī)械能。另外，當(dāng)這部分低能流體遭遇主流體時，必須克服粘性剪切應(yīng)力，才能達(dá)到速度的匹配，這也損耗了部份能量，這種發(fā)生在局部范圍內(nèi)，由于分子與管壁、分子與分子之間的摩擦和碰撞而消耗的機(jī)械能稱為局部損失，它與流速v或當(dāng)量直徑比d1/d2有關(guān)，通常采用流體流動的伯努利方程計算：流體流動中為克服流體與管壁及流體本身的內(nèi)部摩擦而損耗的能量稱為沿程損失。它與長度、粗糙度及流速的平方成正比，而與管徑成反比，通常采用達(dá)西-維斯巴赫公式計算：hf=λldv22g---(2)]]>過流截面突然縮小和過流截面突然擴(kuò)大是最常見的兩種局部損失形式，在兩側(cè)截面上分別應(yīng)用伯努利方程可得：z1+p1ρg+α1v122g=z2+p2ρg+α2v222g+hf1-2+hj---(3)]]>忽略hf1～4并結(jié)合連續(xù)性方程v1A1＝v2A2，經(jīng)理論推導(dǎo)得突擴(kuò)情況下的阻力系數(shù)ζ和局部損失量hj為：ζ=(1-A1A2)2hj=ζαv122g---(4)]]>突縮情況下的局部阻力系數(shù)和局部損失量需要根據(jù)經(jīng)驗公式求得：ζ′=0.5(1-A2′A1′)hj′=ζ′αv2′22g---(5)]]>根據(jù)流體力學(xué)原理，凡是流道邊界突變處，一定會形成大小不一的渦流區(qū)。突擴(kuò)段的渦流主要發(fā)生在突擴(kuò)斷面以后，而且d2/d1越大，渦流區(qū)也越大，損失也越大。而突縮段的渦流在收縮斷面前后均有，突縮前僅在死角區(qū)有小渦流，且強(qiáng)度較小，而突縮的后部產(chǎn)生了紊動度較大的渦流區(qū)，而且d2’/d1’越小，渦流越明顯，損失也越大。從以上分析知，為了減小局部阻力損失，變斷面管道幾何邊界應(yīng)設(shè)計成流線型或盡量接近流線型，以避免渦流的形成，或使渦流區(qū)盡可能小。但是，如果是為了減輕液體晃動，在設(shè)計時應(yīng)該盡量利用突擴(kuò)或突縮，使渦流去盡可能大。在設(shè)計突擴(kuò)段時，擴(kuò)大系數(shù)越大，局部損失越大，但是當(dāng)d1/d2接近于1時，突擴(kuò)過流截面的水流形態(tài)接近于緩變過流截面的流動，因而阻力損失降到最小。所以，d1/d2要有一個合理的范圍。根據(jù)突擴(kuò)阻力系數(shù)與突縮阻力系數(shù)的比值：可知，只有當(dāng)A1/A2<0.5或時，突擴(kuò)的局部損失才比突縮的局部損失大，所以如果d1/d2大于還不如將該段設(shè)計成突縮而不是突擴(kuò)。另外，根據(jù)生產(chǎn)實際，d1/d2應(yīng)大于1/3，否則容易出現(xiàn)生產(chǎn)缺陷。因此，突擴(kuò)段的d1/d2∈(0.333，0.707)，突縮段的d1’/d2’∈(1.414,3)。植保無人機(jī)機(jī)動時，藥液獲得機(jī)械能。如果把藥箱假想成一個串聯(lián)的變截面矩形管，那么藥液的機(jī)械能就可以利用過流截面的突擴(kuò)或突縮進(jìn)行消耗，這是在控制減重、成本和周期的前提下，提出的一種減輕植保無人機(jī)藥箱內(nèi)藥液晃動的有效方法。如上所述，藥箱的結(jié)構(gòu)中必須包括突擴(kuò)過流截面和突縮過流截面。另外，藥箱的結(jié)構(gòu)還需要根據(jù)植保無人機(jī)總體布局而定，要充分利用藥箱的不同面與機(jī)體貼合、卡位來解決安裝固定問題，不需要額外的卡扣或螺栓。與現(xiàn)有植保無人機(jī)藥箱設(shè)計技術(shù)比，本實用新型的有益效果是：(1)不需要卡扣、螺栓等固定裝置，僅依靠自身結(jié)構(gòu)特點即可完成6個自由度的限制和藥液晃動的減弱，有利于飛機(jī)減重設(shè)計，有利于節(jié)約制作成本，有利于縮短制作周期；(2)不需要柵格、多孔泡沫塑料等防晃動裝置，僅依靠自身機(jī)構(gòu)特點即可緩沖藥液的晃動，同樣有利于飛機(jī)減重設(shè)計，有利于節(jié)約制作成本，有利于縮短制作周期。(3)藥箱設(shè)有突縮過流截面和突擴(kuò)過流截面，充分利用流體流經(jīng)管道時的局部損失來消耗藥液的機(jī)械能，減輕藥液的晃動，增加了飛行作業(yè)時的穩(wěn)定性。附圖說明圖1為突縮過流截面和突擴(kuò)過流截面的示意圖；圖2為藥箱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為藥箱的過流截面位置圖；圖4為藥箱的安裝位置示意圖；其中，1：注水口，2：箱體A段，3：箱體B段，4：箱體C段，5：第一貼合處，6：箱體D段，7：箱體E段，8：箱體F段，9：箱體G段，10：箱體H段，11：箱體I段，12：第二貼合處，13：第三貼合處，14：第四貼合處，15：主機(jī)體，16：起落架豎梁，17：起落架橫梁，18：電池匣。具體實施方式：下面通過附圖對本實用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。如圖2所示的植保無人機(jī)藥箱，其結(jié)構(gòu)組成包括注水口1、箱體A段2、箱體B段3、箱體C段4、第一貼合處5、箱體D段6、箱體E段7、箱體F段8、箱體G段9、箱體H段10、箱體I段11、第二貼合處12、第三貼合處13和第四貼何處14。如圖4所示，第一貼合處5與起落架豎梁16貼合，限制藥箱的前后竄動；第二貼何處12與主機(jī)體15的左右側(cè)面貼合，限制藥箱的左右竄動；第三貼合處13與起落架橫梁17貼合，限制藥箱的向下竄動；第四貼合處14與無人機(jī)機(jī)身上電池匣18的側(cè)面貼合，主要限制藥箱的向上竄動，同時限制向左右和向前后竄動；這里不是為了把限制藥箱的向上、向前、向后、向左、向右竄動才把電池匣18掛在主機(jī)體15上的，而是主機(jī)體15上本身就有這么一個電池匣18，所以才在藥箱上設(shè)置一個凹槽，一方面是為了避免結(jié)構(gòu)干涉，另一方面是為了利用電池匣的側(cè)面進(jìn)行藥箱自由度的限定。這樣通過四個貼合處與無人機(jī)主機(jī)體15的貼合，即可實現(xiàn)藥箱6個自由度的完全限定，不需要額外設(shè)計卡扣、螺栓或其它裝置，有利于降低工藝難度，減輕結(jié)構(gòu)重量，縮短制作周期。如圖2所示，加藥水時，藥液從注水口1向箱體重心部位流動，而晃動時，藥液從重心位置向四周流動，這是因為植保無人機(jī)的機(jī)動，造成藥液被動地獲得機(jī)械能，藥液要失去原來的狀態(tài)穩(wěn)定重心位置重新達(dá)到一個新的狀態(tài)穩(wěn)定重心位置。如飛機(jī)向左翻滾，那藥箱的藥液相應(yīng)的向左流動，重心位置左移，我們控制不了它左移，但是我們可以控制它左移的速度，減輕對藥箱壁的猛烈撞擊，降低對整機(jī)系統(tǒng)重心和振動的影響。如圖3所示，藥液的重心原本在d-d和e-e的中間位置，飛機(jī)向左滾轉(zhuǎn)，藥液隨之向左流動。藥液向左流動過程中，首先遇到的是d-d過流截面，d-d截面左側(cè)直徑大，右側(cè)直徑小，是明顯的突擴(kuò)過流截面，設(shè)藥液初始速度為v0，根據(jù)公式(4)可求出該過流截面處的局部能量損失：hj|d-d=(1-A1A2)2α1v122g]]>c-c截面左側(cè)直徑小，右側(cè)直徑大，來流在右側(cè)，所以是突縮過流截面，該處局部能量損失為：hj|c-c=0.5(1-A3A2)α3v322g]]>同理可求hj|b-b和hj|a-a，然后箱體左側(cè)的能量損失總量等于：用同樣的方法可求箱體右側(cè)液體的能量損失：所以在藥液因隨植保無人機(jī)向左滾轉(zhuǎn)而向左流動時，藥液總的流量損失為：h＝hj|左側(cè)+hj|右側(cè)事實上，在箱體內(nèi)填充網(wǎng)狀泡沫塑料或柵格的原理也是通過減小局部空間，增大流動阻力，增大能量損耗，以降低藥液的機(jī)械能，減小藥液晃動程度。大量飛行試驗表明，用本發(fā)明提出的方法設(shè)計的藥箱，其減輕晃動的能力大約是傳統(tǒng)的填充柵格或網(wǎng)狀泡沫塑料方法的80％，但是可以減重20％～40％，制作成本降低15％左右，制作周期縮短1/3，因此該設(shè)計技術(shù)是一種非常實用的植保無人機(jī)藥箱設(shè)計方法。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本實用新型自身的限制。凡是按照本實用新型提出的技術(shù)思想，在形式上和細(xì)節(jié)上做出的各種變化，均落入本實用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3