无人直升机体型小,操控灵活,可以实现航迹规划和自动导航飞行,不需要专用机场,可在田头灵活起降,不受地形地貌的限制,能够适应各种复杂的环境,能在地面机械难以企及的场所进行作业。因此,利用无人直升机进行播种可有效解决部分地区的种植机械化问题。国内已有关于无人直升机离心圆盘式播种装置研究的报道,但目前只适用于对均匀度要求不高的播种领域,适合无人直升机专用的高均匀性播种装置鲜见。本文在分析国内水稻生产基本情况和种植机械化发展现状的基础上,总结了国内外飞机播种技术的研究现状,分析了无人直升机播种技术的可能性,对圆盘式无人直升机播种装置进行了改进,同时设计了一种无人直升机气力式播种装置,通过台架试验和田间试验对两种播种装置的结构参数进行了优化,并对播种效果进行了对比,主要包括以下内容:(1)采用Ansys仿真软件对试验所用的电动6旋翼无人直升机的风场进行了仿真模拟,得到了该机型旋翼风场的变化规律:在悬停状态下,多旋翼无人直升机在机身下方的风场对称分布,各旋翼产生的气流螺旋向下,且在竖直方向上的气流扰动区域随着与机身底部的距离增大而扩大,同时风力强度逐渐衰弱,距离增大到约1m时,不同旋翼下的气流扰动区域出现交叉,逐渐扩大。其次,各旋翼正下方的气压较小,气压随着与旋翼正下方的水平距离的增大而增大,对风场内的稻种产生周向诱导力,使其趋向旋翼下方运动。上述规律表明,若稻种离开播种装置出口后进入旋翼风场气流扰动区域,其运动轨迹主要受旋翼风场影响,在区域内逐渐散开,能获得较大的幅宽;当稻种脱离旋翼风场气流扰动区域后,其运动轨迹主要由脱离时刻的初速度和方向决定,做自由落体运动后落入田面中。换言之,若无人机相对地面的飞行高度小于其旋翼风场衰减的距离,则播种幅宽主要受旋翼风场影响。(2)分析了影响无人直升机离心圆盘式播种装置播种均匀性的主要因素,对播种装置的关键部件进行了参数优选和结构改进。经过改进,排种器的槽轮可调转速为0~196 r/min,每槽充种量约为8g,播量可调范围为0~5.722kg/min。离心式抛撒圆盘直径为Φ210mm,厚度为2 mm,叶片数量为3,直线型,高度为15mm,圆盘无偏心,稻种的较佳落种位置半径为55mm,无偏角,圆盘转速约为1000r/min时的幅宽和呈弧形分布的落种区域的弧度较佳。(3)针对离心圆盘式播种装置存在落种区为圆弧形、撒播均匀性不稳定、在作业幅宽方向上的调控比较困难等问题,设计了一种无人直升机气力式播种装置。研究了分流箱气流出口尺寸与出口风速的关系,以及导流通道的锥角对导流通道内的气流与气压分布的影响及对播种幅宽和播种均匀性的影响。试验结果表明:分流箱气流出口风速与气流出口尺寸之间存在极强的负相关关系,根据设计需求选择φ32mm作为较佳的气流出口直径。播种幅宽与导流通道的锥角之间存在极强的线性相关关系,相关系数R~2=0.999。综合考虑导流通道内的气压和流速分布,以及锥角对幅宽和均匀性的影响,优选130?为导流通道的锥角。进一步研究了无人机作业高度对幅宽和播种均匀性的影响,结果表明:在1~2.8 m的范围内,播种幅宽与作业高度的相关性显著系数为0.359,播种均匀性与作业高度的相关性显著系数为0.197,在给定的高度范围内无人机作业高度对撒播幅宽和撒播均匀性的影响不显著(显著性水平?=0.05),在实际作业中,综合考虑播种幅宽和均匀性变异系数以及田间作业环境等因素,优选2 m作为该无人直升机平台的适宜作业高度。(4)试制了上述两种播种装置的样机,并设计了相应的播种控制系统,可与无人直升机飞行参数配合进行播种量控制。对上述两种播种装置进行了对比试验,结果表明:在播种区域边界的对比试验中,对于离心圆盘式播种装置,前进方向的左边边界波动的变异系数虽比较小(为6.53%),但右边却高达19.62%,边界分布不稳定,相比之下,气力式的播种装置区域边界的波动性较小,边界较稳定;在大田播种对比试验中,以常规稻黄华占为试验对象,在相同的作业条件下,从播种的稻种数来看,气力式播种装置下的采集点的稻种数较稳定,播种均匀性较好。