今天,跟大家分享一下,极飞科技最新发布的 V 系列农业无人机,以及它背后的创新原理。
V 系列,是极飞基于 7 年来在农业无人机领域经验积累的创新产品。它与传统农业无人机最大的不同之处,在于双旋翼结构和完全智能化的作业能力。
最理想的植保无人机结构
V 系列采用了结构非常简单的倾转双旋翼设计。这使得 V 系列在同等载重能力下,体积、重量、成本都可以有效降低。机臂和螺旋桨的双折叠结构,也让运输和使用更加方便。
在 V 系列发布后,很多朋友问,为什么极飞要做双旋翼?回答很简单,因为双旋翼飞行器是最理想的植保无人机结构,而极飞在结构设计、材料科学,和飞行控制上的技术积累,已经足够驾驭双旋翼无人机。
你可能会继续问,为什么双旋翼是农业无人机最理想的结构呢?
这里就涉及到农业无人机作业原理了。目前的农业无人机主要有两大功能,也就是液体药肥的喷洒和固体颗粒的播撒。我们就拿喷洒农药和化肥来举例。
在作业过程中,无人机在空中飞行,通过雾化装置,也就是喷头,将农药和肥料均匀地喷洒出来,散布在农田上空,与此同时,螺旋桨产生的下旋气流会带着这些药雾往下吹,让农药和肥料能够均匀地落在农作物上面。
不仅如此,一部分气流还能翻动叶片,让药物能接触到到叶子的背面,甚至是下方的杂草上,起到对病虫草害的有效防治。这就意味着,喷头雾化的效果越均匀,螺旋桨气流能够覆盖的范围越宽,农业无人机的植保效果就越好。
对抗内卷的结构创新
极飞从 2014 年开始推出第一代农业无人机以来,一直采用四旋翼结构。原因是四旋翼无人机的结构强度、制造成本和飞行稳定性这三者比较平衡。加上极飞独创的智能离心雾化喷洒技术,和全自主飞行作业能力,让极飞农业无人机的效率和效果一直处于市场领先地位。
但四旋翼也有它的缺点,那就是在飞行作业过程中,只有飞机后方的两个螺旋桨气流起到了携带药物的作用,前面两个螺旋桨的气流只用来保持飞机的飞行姿态。
学过物理的朋友都知道,力的作用是相互的。也就是说,要让多重的飞机飞起来,螺旋桨就要产生多大的向下气流。
拿极飞 P 系列农业无人机举例,它的满载起飞重量是 46 公斤,飞在空中,四个螺旋桨大约产生了 46 公斤的向下气流,标准作业高度下,这股气流所能覆盖的有效面积约为 4.5 米乘以 4.5 米。因为是前后对称的四旋翼布局,后方两个螺旋桨大约产生了 23 公斤的气流,它承担了 XP 无人机的喷洒任务,精准喷幅约为 4.5 米。也就是说,XP 无人机在飞行作业中,对气流的利用率只有 50%。
其实经过 6 年的迭代,多旋翼无人机在性能和成本方面都做到了极致。也是在这 6 年里,农业无人机技术的发展出现了非常明显的内卷化,大家都在不断增加载重,增加螺旋桨,甚至增加喷头和水泵。
试图通过这样简单的叠加,提升农业无人机的作业性能,导致的结果就是飞机越来越大,结构越来越复杂,而单位体积和成本带来的边际效率提升,却越来越低。按照这样的发展趋势,其实大家都能猜到下一代农业无人机的参数会如何变化了。
其实,极飞的研发团队始终在思考,农业无人机在成本、效率和效果上,是否还能有新的突破?能不能通过控制算法的提升,来减少螺旋桨?能不能通过气流利用率的优化来减少喷头的数量?—— 答案就是它,V 系列农业无人机。
那么它的技术到底创新在哪里呢?为什么 V 系列一发布,会引发农业无人机领域那么大的轰动呢?
首先,V 系列采用了双旋翼结构。我们知道熟悉的四旋翼或者六旋翼飞行器,控制起来很简单,只要调整对应螺旋桨的转速,就能实现飞行姿态的调整。
而双旋翼无人机的姿态控制,是通过调整旋翼倾斜的角度和螺旋桨速度实现的。
这就给飞控系统,也就是飞机的大脑提出了更苛刻的要求,它必须能够运行更高难度的控制算法,解析高级数学方程。
正好我们最新研制的第四代 SuperX飞控系统具备这个能力,再加上全新的避障雷达和飞行员视角影像功能,让 V 系列能够安全、稳定地飞行。
V40 的最大起飞重量约为48 公斤,两个螺旋桨能产生 48 公斤的下旋气流,两个喷头置于螺旋桨正下方,在5 米的飞行高度下,喷幅能够达到10 米以上,实现了100%的气流利用率。
高效精准的作业效果
在双旋翼的基础上,V 系列还配备了全新的智能喷洒系统,我们把它命名为睿喷。睿喷依旧采用极飞获得多项大奖的离心雾化喷洒技术。
它和传统压力喷头最大的区别在于将流量控制和雾化控制分开,不但可以通过蠕动泵实时调节喷洒的流量,还能通过调节雾化喷头的转速,实时调节喷洒雾滴颗粒的大小。
正是这项技术,让极飞农业无人机可以胜任各类液体剂型的喷洒,从60 微米的杀虫剂,到 400 微米的除草剂,睿喷都能很轻松地实现,不用像传统植保无人机那样更换喷头和水泵。
与此同时,V40 的喷洒流量可以达到惊人的 10 升每分钟,不但提高了大田作业的效率,更让对于施药量和穿透力都有很高要求的果树作业也成为了可能。
除了喷洒液体,V 系列还能搭载睿播系统,在空中高效率地播撒固体颗粒,比如种子和化肥。
睿播系统的创新优势在于它采用了螺旋送料机制,这使得传统离心播撒装置存在的出料不均匀问题得到了有效解决。睿播系统有两个离心播盘,能够分别向两侧均匀播撒固体颗粒,比单个播盘的幅度更宽,效率更高。
灵活低耗的飞行能力
此外,双旋翼还有一个革命性的优势,那就是由倾转旋翼带来的,更加灵活低耗的飞行能力。我们知道,传统多旋翼无人机在飞行中想改变姿态,需要通过倾斜整个机身来完成。
而 V 系列要改变飞行姿态只需调整螺旋桨与机身的夹角,不但灵活,而且可以大幅节省能源的损耗,把更多电力用在飞行作业里,可以说更加节能环保。
这种螺旋桨与机身吊装式的结构,也为农业生产带来了更多新的可能性,让无人机可以在未来担任更多农田管理的工作,这里就先卖个关子,我们以后再谈。
高维度的智能突破
那么,除了创新的二旋翼平台,V 系列还有更高维度的突破吗?
有,那就是睿图系统,睿图是极飞地理研发团队在过去 5 年里的创新成果。它把原来复杂的,高成本的农田高清地图测绘变得极其简单快速。
简单来说,睿图就是一个插在 V 系列农业无人机上的图像采集和处理模块。每一次飞行作业前,用户只要装上睿图模块,让无人机在农田上空 30 米的高度飞一圈,无人机就能自动拍摄农田的照片,自动拼接生成一张农田三维高清地图,整个过程都是自动完成,不需要任何专业设备和专业知识。
生成的三维高清地图可以用来规划作业范围,作业航线,也可以用来识别农田作物的长势,统计作物数量和密度等。
说的酷一点,就是“只要睿图飞一圈,农田立刻数字化”。
是的,这项技术会加速中国农业的数字化进程。把原本高门槛、高成本的数字地图带到农业生产中去,让农业可以像工业一样轻松实现数字孪生,大规模地进入数字时代。
此外,睿图还能生成植保作业处方图,让农药变量喷洒技术得以落地应用,大幅减少农药的使用,保障食品安全,保护生态环境。
我们相信,V 系列的技术创新,将让农田的生产管理方式大不相同,也能让更多农民享受到数字农业带来的好处,提升全球农业的生产效率。
以上就是我对于极飞 V 系列农业无人机的解读。它是极飞提升农业生产效率道路上的又一个里程碑,背后也蕴含着极飞科技对于创新的理解。
当我们试图去解决农业生产环节中的各种问题时,我们总是以第一性原理去思考问题产生的根源,从物理、化学、生物学的本质出发,用终局思维和科学的方法,创造性地解决一个个生产难题。
更多无人机行业资讯,请关注宇辰网微信,扫描下方二维码免费阅读。