如何做一款不怕摔的植保无人机?

2019-12-26| 发布者: admin| 查看: |

日前,山东风云航空有限公司在临沂举办了智慧农田战略合伙人签约仪式,当天下午,在户外进行了长达4个小时的飞行演示,其中最吸引人的大概是两架四旋翼植保机自杀式的撞向树木或直接落地。工作人员在现场进行快速修复处理,并复飞。

山东风云航空创始人王浩表示,植保无人机需要做到皮实耐用,已成为业内共识。因为农时就那么几天,一旦错过,损失不可挽回。在上百家植保厂商和供应链面前演示炸机和快速修复,是希望能将不怕摔这个特性推广开来,同时证明不怕摔的植保无人机确实是可以实现的。

植保无人机不怕摔十分必要

尽管农用植保无人机发展到今天,已届10年。但设备的可靠性问题是一大痛点,某种程度上来说,故障和意外已成为常年在田间地头作业的植保无人机常态了。

军用无人机由于担负特殊使命,在制造时常不吝成本,因此其部件均接受上千次的可靠性测试,从而保证其最小程度出现机械故障。

而目前随着硬件成本的降低和军用技术的外溢,民用无人机的发展也有草根化的趋势。而昂贵的测试设备、复杂的测试环境和较长的测试周期,都不是“草根”的无人机创业者能承担得起的,因此民用无人机的设备可靠性一直被军方专业人士诟病,甚至在很多国企眼中,民用无人机根本不能叫做无人机。

 

山东风云航空“飞行蜘蛛”

但植保无人机的需求又很旺盛。曾在一次闲聊中听到业内人士说,在东北,有些农民把两根钢管垂直焊在一起,装上药箱和飞控就用它来打药。这种机器的故障率当然高,但也能一窥植保无人机在农业上的广阔前景。

北京天翼合创科技发展有限公司董事长马勇指出,

植保无人机故障无法避免,在实际的飞防服务工作中,要时刻准备面临突发事件,比如因设备、人为、地理、天气等因素,以及一些意外情况导致的摔机或炸机。

尤其植保无人机在农村作业的环境普遍较为恶劣,经常遇到有高压线、低压线、水塘、瓜架、田埂、高于一米的草、树木、灌木等多种障碍物的复杂环境。此时,降低无人机的故障率或者实现快速修复,就尤为重要。

不怕摔≠摔不坏

之前笔者有一个误解,认为既然植保机号称不怕摔,就是指其皮实、怎么摔都没事。但王浩纠正:

不怕摔有两重含义,一是指耐摔,即轻微的摔机不影响正常作业;二是核心部件不易损坏,就算摔了,经过简单的维修也能迅速复飞,及时完成作业。

马勇也表示按时完成飞防作业是最重要的,“目前无人机在田间作业时的故障率非常高,但是有故障不怕,重要的是如何及时修复机器,保质保量的把农民的活干完。”

农时就在那几天,错过了就完成不了植保作业。并且防治病虫害作业是一次性的,如果药打坏了,要重新来过的话,一是时间上来不及,二是可能会产生重喷等恶劣后果。

植保无人机具备航空器和植保工具双重属性,因此,航空器应用到农业领域,必须满足农用特质:即故障率小,风险小,时效性强,非专业操作等。

 

目前的植保无人机大多比较粗糙

如果说在恶劣的环境之下,摔机是必然的,那么如何使得故障损失小,修复简单、快速,连续作业,不耽误农时,就成了植保无人机领域关注的焦点。

各种摔机测试笔者也见过不少。比如,祥农无人机在今年4月份的新品发布会上,就当着来宾和记者的面当场摔过机,事后紧急修复,在数分钟之内实现修复。而上文提到的山东风云航空日前在临沂举办的摔机演示,宇辰网记者全程观看,在3米左右的高度,用4米/秒的速度飞行,突然失去动力摔机,也没有造成太大的损伤,只有起落架略微受损,桨叶损坏了一点。当场维修只用十几分钟。之后经历了撞到树上,甚至出现了电池自燃等状况,也能很快修复。据王浩估计,摔了5、6次,维修成本不到5000元,不足飞机的十分之一。而江苏优埃唯则提供了长达3分钟的摔机视频,同样是经过简单的维修就能复飞。

 

电池燃烧起火

 

工作人员对无人机进行快速修复

其中,山东风云航空的“飞行蜘蛛”给记者留下较深的印象:铝镁合金机臂内壁结构采用x型支撑,对整体的强度起到了重要的作用;经多次暴力摔打实验,机器的损伤只存在于桨叶、电机座和起落架,较大损伤能在半小时之内维修完成;飞行器在折叠状态下,体积相当于展开时的四分之一。当天观看摔机演示的合作伙伴对飞行蜘蛛的表现比较满意。

如何才能打造一台不怕摔的植保无人机?

据宇辰网了解到,目前有三种比较主流的不怕摔无人机:以天翼合创为代表的卸力式结构,以山东风云航空为代表的易损件保护结构,还有以江苏优埃唯为代表的一体性结构。这三种结构各有优缺点,下面仔细梳理一下。

卸力式结构是指飞机在落地一瞬间模块突然散开,将冲击力分散掉,避免对核心部位造成致命伤害。之后再将散落的零件全部像拼积木一样拼起来,维修比较简单。其实这种结构借鉴了汽车的“碰撞吸能”设计,两车相撞时,巨大的动能如果能被汽车车体用形变的方式吸收,就能降低对人的伤害。卸力式结构的无人机在发生撞击时部件四散和汽车发生强烈形变,原理是相通的。但业内有专家表示,这不是十分高精尖的技术,在无人机上尽管可以用,但不一定就能推广。

 

无人机摔下瞬间模块四散开来

易损件保护是把机器分成易损件和核心部件,核心部件包括飞控、电池、机臂、电机、电调等,易损件则是指旋转机身件(机臂与机身连接处)、起落架、桨叶等。易损件保护是指飞机在发生坠落或撞击时,易损件优先损坏,释放部分能量,以此保护核心部件的功能完好。易损件通常用于模块的端头或拼接处,即使损坏也能快速维修和更换,不耽误农时,并且价格便宜,维修成本低廉。

在大部分植保厂家都在走模块化道路的时候,还有公司在坚持一体化道路。一体化的优点很多,包括机械结构简单,震动性小,因此飞行姿态稳定,不容易出现机械结构松动的情况。但一体化的结构在摔后修复的时候就稍微有点劣势,尽管相对牢固,但毕竟拆开后还需要组装,相对麻烦。

宇辰网记者采访了多位业内人士,有人表示,植保无人机的可靠性还需提高,而不是一味依赖不怕摔、摔不坏这样的概念。另外有人表示,可以在植保机上增加降落伞或安全气囊,一旦碰到猛烈撞击启动防护机制。鉴于植保机在作业时飞行高度较低(不超过5米),坠落速度较快,可能来不及打开。上述人士表示,还可以在飞机上加装保护罩,也是可以实现的。但也有人认为加保护机制会增加结构复杂性,增加重量。

 

球形无人机的设想也可能应用到植保无人机上/图 来源网络

在采访过程中,宇辰网记者发现,有的植保机使用的是铝镁合金,还有的是用碳纤维做主体,那么材料的选择对于机器的耐摔程度是否有影响呢?经过咨询,多位业内人士均表示影响不大,两种材料各有优势。铝镁合金在于价格低廉,有金属的塑性和韧性,不易折断,就算弯了还可以调整。而碳纤维的优点在于重量轻、硬度大,但价格昂贵。宇辰网记者询问碳纤维是否过于“宁折不弯”,受到冲击容易碎,这个说法被否认了。该人士指出,碳纤维是有纹路的,从不同方向受的力是能分散出去的,只有这个力达到承受极限才会断裂,故碳纤维没有那么脆弱。

宇辰网也询问了到底什么样的结构和材料组合比较耐摔,大多数的人意见是用模块化设计与易损件保护相结合:

将飞行器分为电路模块化,药路模块化,机架模块化,维护方便,可单独维修,大大降低模块之间的耦合度,提高整体的性能;

采用较粗的机臂和牢固的外壳保护核心部件;

出于成本考虑材料可以使用铝镁合金。

也就是说将卸力式和易损部件保护结合起来更容易实现耐摔性能。

明年将迎来植保无人机的大爆发,且看明年的植保机是否能真的皮实耐用不怕摔,一切都要交给市场验证。

 
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