直升机航空施药供液装置设计研究.docx

直升机航空施药供液装置设计研究 刘彬 茹煜 陈旭阳 刘洋洋摘要：为解决航空施药供液装置存在的喷洒范围小、能耗高、作业效率低等问题，设计一款适用于R44轻型直升机的供液装置通过延伸喷杆扩大作业喷幅，利用防晃结构减少药液晃动施药试验结果表明，装置适用于轻型直升机施药作业关键词：供液装置;航空施药;设计;药箱;驱动装置：S224.3 ：A ：1674-1161（2021）04-0026-03我国是林业大国，人工林面积现居世界首位然而，随着我国林业种植面积的进一步扩大，林业病虫害多发频发，降低林木产量和破坏林区生态人工林种植面积广、地形复杂，传统的人工施药和车载式施药机无法满足病虫害防治要求，需要采用航空施药方式目前，航空供液装置大多由航空公司自行设计，存在喷洒范围小、能耗高、作业效率和药液利用率低等问题为此，设计一款适用于R44轻型直升机的航空施药供液装置，其与直升机简单连接，且具有施药喷幅大、药液晃动小、能耗低的特点，以期为人工林的航空施药提供适用装置1 航空施药供液装置的设计背景我国人工林种植地形相对复杂，人工施药和车载式施药困难，而航空施药可以摆脱地形和作物长势的影响目前，大多采用固定翼飞机、轻型飞机和无人机开展施药作业。

与有人驾驶的飞机相比，无人机速度变化灵活，但存在载药量小和续航时间短的问题轻型直升机可以垂直起降，无需机场和专用跑道，单次作业承载的药量较大，因此能够胜任地形复杂林区的施药作业目前，航空施药供液装置大多是针对无人机的，将药箱、液泵和喷雾装置直接固定在机身下方常见的航空施药供液装置尚存在一些问题：供液装置与飞机连接不合理，甚至直接焊接在机身上，用途局限性大;施药供液装置移动不便，安装时加重前期准备工作，影响作业效率;喷杆单次的作业范围较小，延长喷洒作业时间，增加多施、重施的可能性，既浪费农药又污染环境;在作业过程中，飞机转向、加速、减速和爬坡导致箱体内部的药液发生剧烈晃动，影响机身稳定性，增加飞行员操作难度;箱体内残留的药液无法得到有效清理，腐蚀箱壁2 航空施药供液装置的结构与原理2.1 整体结构施药供液装置包括药箱、药液驱动装置、喷雾装置和连接装置，三维模型如图1所示药箱设有行走装置，便于移动和安装药箱借助吊装组件与飞机的滑橇连接，保证药箱稳定药液驱动装置安装在飞机的滑橇上，通过软管与药箱及喷雾装置连接喷雾装置通过连接杆安装在药箱上，由主喷杆及延伸喷杆构成，保证足够的作业范围2.2 工作原理使用时，供液装置安装在直升机的滑橇上，通过进液口将药液注入药箱内;汽油机水泵通过软管连接药箱底部出液口，泵启动后抽出药液，经过滤装置去除杂质后传输给主喷管和延伸喷管，最终通过喷管喷头实现喷洒。

完成作业后，利用液位计确定药液剩余量，再通过药箱上的清洗口向其内部注水，对药箱进行浸泡和冲洗3 航空施药供液装置关键结构的设计施药过程中的药液储存、抽取和喷洒，主要由药箱、药液驱动装置、喷雾装置和连接装置完成3.1 药箱药箱通过药液驱动装置与喷雾装置连通，方便拆卸，如图2所示为适应林业面积大的特点，药箱容量设置为180 L药箱上设有行走装置，方便药箱移动行走装置为间隔设置的一对车轮和一支撑块或者两对车轮，其中一组车轮和支撑块能支撑药箱的重量，减轻车轮受力支撑块的高度等于车轮最低点到药箱底部的距离药箱通过吊装组件与直升机的滑橇连接药箱上设置有进液口、出液口和清洗口其中进液口2个，放置在药箱尾部两侧，可以同时加药;出液口设置在药箱底部，便于与泵连接;3个清洗口分别设置在药箱的前、中、后位置，可以实现对药箱内部不同位置的清洗，减少药液对于箱体的腐蚀药箱采用密度较小的铝合金一体成型制得，有效减少整体质量，节约燃料为给飞机上的通讯设备留有安装空间，药箱上留有中部通孔和方形通孔药箱上还设有液位计，用于观察药液量为减少施药作业过程中的药液晃动，设计药液防晃结构，如图3所示在药箱内顶面上设置2个隔板，间距为805 mm，将整个药箱分为3个部分，隔板与药箱边缘的距离为600 mm。

为保证药箱内的药液正常流动，在隔板底部与药箱底板间留有一定间距，高度为1～20 mm3.2 药液驱动装置药液驱动装置为汽油机水泵，借助软管与药箱出液口相连在汽油机水泵的出水口设置一网片式过滤器，以避免药渣堵塞喷头，其结构如图4所示3.3 喷雾装置喷雾装置包括喷杆和喷头喷杆上均匀设置有若干个喷头，最大压力载荷为1 MPa喷杆通过连接架与药箱连接，连接架的设计采用插销原理喷杆包括主喷杆和延伸喷杆，结构分别见图5和图6两者通过快速接头连接，喷杆上均匀布满喷头接口，能够提高作业范围在主喷杆上装有压力表，用于监测喷雾装置内的压力3.4 连接部件连接部件主要用于连接药箱和直升机滑橇、汽油机水泵和直升机滑橇吊装组件用于连接药箱与滑橇，包括卡箍、吊装杆和吊装片在飞机滑橇（图7）的两侧各设置一对卡箍，距离滑橇底部500～600 mm处药箱两侧焊接有U型槽状吊装片，通过吊装杆与卡箍连接吊装片设有3个不同高度的安装孔，用于调节高度如图8所示，防滑托架用于固定汽油机水泵，位于滑橇前端350 mm处防滑托架分为上、下两部分，用紧固螺栓固定，水泵利用4个螺栓安装在防滑托架上4 航空施药供液装置应用试验制作航空施药供液装置的样机后开展航空施药试验。

对直升机进行安全检查后，安装航空施药供液装置通过试验发现：在整个航空施药过程中，主喷杆和延伸喷杆能有效增加作业范围，提高单次作业效率;连接部件使供液装置与飞机连接可靠，增加飞行稳定性;铝合金材料减轻供液装置的重量，有利于降低能耗但在施药过程中，液体晃动幅度依然较大，反复冲击药箱内壁，势必会加速药箱的疲勞和老化同时，药液剧烈晃动会使直升机振动，影响迎角安定性和仪器精度今后，应该重点改进供液装置中的药液防晃结构5 结语针对目前航空施药供液装置存在的安装复杂、质量过重等问题，设计一款适用于R44轻型直升机的供液装置药箱与直升机连接简单方便，通过延伸喷杆扩大施药喷幅设置有清洗口，便于作业结束后清洗药箱内部同时，防晃设计能减少作业时的药液晃动样机施药试验结果表明，该装置适用于轻型直升机的施药作业，但施药过程中的液体晃动幅度依然较大，需要后期改进相关的结构设计参考文献[1] 郑永军，陈炳太，吕昊暾，等.中国果园植保机械化技术与装备研究进展[J].农业工程学报，2020，36（20）：110-124.[2] 王冰洁，潘波，姜蕾，等.植保无人机作业参数对雾滴在火龙果树冠层沉积分布的影响[J].中国农业科技导报，2020，22（10）：101-109.[3] 张慧春，周宏平，郑加强，等.农药助剂对空中和地面防控林业有害生物的雾滴粒径影响[J].林业科学，2020，56（5）：118-129.[4] 蔡良玫，李昆，王林萍.美、日、中航空植保产业发展的比较与启示[J].中国植保导刊，2019，39（7）：60-63.[5] 陈盛德，兰玉彬，周志艳，等.植保无人机航空喷施飞行质量的试验与评价[J].华南农业大学学报，2019，40（3）：89-96.[6] 田志偉，薛新宇，李林，等.植保无人机施药技术研究现状与展望[J].中国农机化学报，2019，40（1）：37-45.Study on the Design of Helicopter Aerial Spraying Liquid Supply DeviceLIU Bin， RU Yu*， CHEN Xuyang， LIU Yangyang（College of Mechanical and Electronic Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037， China）Abstract： In order to solve the problems of small spraying range， high energy consumption and low operation efficiency caused by imperfect spraying liquid supply device in aerial spraying process， an aviation liquid supply device suitable for R44 light helicopter is designed.Expand the working spray amplitude by extending the spray rod， and use the anti-shaking structure to reduce the shaking of the medicinal fluid. The application test results show that the device is suitable for light helicopter application operations.Key words： liquid supply device; aerial spraying liquid; design; medical kit; driving device -全文完-。