植保無人機藥箱設(shè)計方案的制作方法
【專利摘要】植保無人機藥箱設(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；本裝置通過突縮過流截面和突擴過流截面的交替出現(xiàn)，來增大局部損失，減小流體的機械能；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。
【專利說明】
植保無人機藥箱設(shè)計方案
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種藥箱設(shè)計方案，特別是涉及一種植保無人機藥箱設(shè)計方案。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，市場上的植保無人機藥箱大多數(shù)靠捆綁或螺栓與機體連接，捆綁連接的牢 固程度差，機體振動大，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。
[0003] 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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(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藥箱設(shè)計方案。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:植保無人機藥箱設(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 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過流截面的交替出現(xiàn)，來增大局部損失，減小流體的機械 能。
[0006] 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。
[0007] 所述第一貼合處與無人機起落架的豎梁貼合，限制藥箱的前后竄動;所述第二貼 合處與無人機機身的左右側(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機身上電池匣的側(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。
[0008] -方面，藥箱的特殊形狀取決于植保無人機總體布局，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。
[0009] 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過流截面以增大局部損失，減小流體的機械能。
[0010] 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械能稱為局部損失，它與流速V 或當(dāng)量直徑比cU/cb有關(guān)，通常采用流體流動的伯努利方程計算：
(1)
[0012]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，通常采用達西-維斯巴赫公式 計算：
(2)
[0014]過流截面突然縮小和過流截面突然擴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：
[0016]忽略hfl~4并結(jié)合連續(xù)性方程ViAiivsAs，經(jīng)理論推導(dǎo)得突擴情況下的阻力系數(shù)(和 局部損失量hj為：
(4)
[0018]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：
(5)
[0020]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)。突擴段 的渦流主要發(fā)生在突擴斷面以后，而且cb/cU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cb'/cU'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)該盡量利用突擴或 突縮，使渦流去盡可能大。
[0021 ]在設(shè)計突擴段時，擴大系數(shù)越大，局部損失越大，但是當(dāng)cU/cb接近于1時，突擴過流 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，cU/cb要有一個 合理的范圍。
[0022]根據(jù)突擴阻力系數(shù)與突縮阻力系數(shù)的比值：
[0024]可知，只有iAi/AsW. 5或rf, <衣/2時，突擴的局部損失才比突縮的局部損失大， 所以如果cU/cb大于士/2,還不如將該段設(shè)計成突縮而不是突擴。
[0025]另外，根據(jù)生產(chǎn)實際，cU/cb應(yīng)大于1/3,否則容易出現(xiàn)生產(chǎn)缺陷。因此，突擴段的cU/ d2G (〇 ? 333，0 ? 707)，突縮段的cb'/d2' G (1 ? 414，3)。
[0026] 植保無人機機動時，藥液獲得機械能。如果把藥箱假想成一個串聯(lián)的變截面矩形 管，那么藥液的機械能就可以利用過流截面的突擴或突縮進行消耗，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藥箱內(nèi)藥液晃動的有效方法。
[0027] 如上所述，藥箱的結(jié)構(gòu)中必須包括突擴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)植保無人機總體布局而定，要充分利用藥箱的不同面與機體貼合、卡位來解 決安裝固定問題，不需要額外的卡扣或螺栓。
[0028] 與現(xiàn)有植保無人機藥箱設(shè)計技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果是：
[0029] (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，有利于飛機減重設(shè)計，有利于節(jié)約制作成本，有利于縮短制作周期；
[0030] (2)不需要柵格、多孔泡沫塑料等防晃動裝置，僅依靠自身機構(gòu)特點即可緩沖藥液 的晃動，同樣有利于飛機減重設(shè)計，有利于節(jié)約制作成本，有利于縮短制作周期。
[0031] (3)藥箱設(shè)有突縮過流截面和突擴過流截面，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】
[0032] 圖1為突縮過流截面和突擴過流截面的示意圖；
[0033]圖2為藥箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為藥箱的過流截面位置圖；
[0035]圖4為藥箱的安裝位置示意圖；
[0036]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:主機體，16:起落架豎梁，17:起落架橫梁，18:電池匣。
【具體實施方式】：
[0037]下面通過附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于 所述實施例。
[0038] 如圖2所示的植保無人機藥箱，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。
[0039] 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與無人機機身上電池匣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掛在主機體15上的，而是主機體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)面進行藥箱自由度的限定。
[0040] 這樣通過四個貼合處與無人機主機體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。
[0041 ]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的機動，造成藥液被動地獲得機械能，藥液要失去 原來的狀態(tài)穩(wěn)定重心位置重新達到一個新的狀態(tài)穩(wěn)定重心位置。如飛機向左翻滾，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，降低對整機系統(tǒng)重心和振動的影響。
[0042]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，是明顯的突擴過流截面，設(shè)藥液初始速度為vo,根據(jù)公式(4)可求出該過流截面處的局 部能量損失：
[0044] 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：
[0046]同理可求匕| b-b和匕| a-a，然后箱體左側(cè)的能量損失總量等于：
[0048]用同樣的方法可求箱體右側(cè)液體的能量損失：
[0050] 所以在藥液因隨植保無人機向左滾轉(zhuǎn)而向左流動時，藥液總的流量損失為：
[0051] h = hj laiffhj |榻
[0052]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藥箱設(shè)計方法。
[0053]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 為對本發(fā)明自身的限制。凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在形式上和細(xì)節(jié)上做出的各種 變化，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 植保無人機藥箱設(shè)計方案，其特征在于:藥箱為具有特殊形狀的變截面容器，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Η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Η段、箱體I段內(nèi)部相通、依次 相連，并且以機身縱軸為軸線左右對稱;所述箱體Α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Η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Η段呈倒立的"凸"字形結(jié)構(gòu)，箱體C段、箱體Ε段、箱體G段是半圓柱形結(jié)構(gòu);所述箱體 Β段與箱體Α段相連，箱體Η段與箱體I段相連;所述箱體C段位于箱體Β段和箱體D段之間，且 箱體C段的直徑小于箱體Β段和箱體D段的直徑;所述箱體G段位于箱體Η段和箱體F段之間， 且箱體G段的直徑小于箱體Η段和箱體F段的直徑;所述箱體Ε段位于箱體D段和箱體F段之 間，且箱體Ε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過流截面的 交替出現(xiàn)，來增大局部損失，減小流體的機械能。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植保無人機藥箱設(shè)計方案，其特征在于: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Α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段倒"凸"字形結(jié)構(gòu)的凸出位置;所述第四貼合處為箱體中部的凹槽 側(cè)面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植保無人機藥箱設(shè)計方案，其特征在于:所述第一貼合處與無 人機起落架的豎梁貼合，所述第二貼合處與無人機機身的左右側(cè)面貼合，所述第三貼合處 與無人機起落架的橫梁貼合;所述第四貼合處與無人機機身上電池匣的側(cè)面貼合。
【文檔編號】B64D1/18GK106005423SQ201610530394
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】郭向群, 陳浩, 姬書得, 姜文輝, 張賀, 張永偉, 呂卉, 甘子?xùn)|, 張奎文
【申請人】遼寧壯龍無人機科技有限公司