油菜是我国分布区域最广、播种面积最大的油料作物,具有较高的经济价值和实用价值。目前我国油菜的种植方式以人工撒播或移栽为主,机械化播种水平不高。为提高我国油菜生产全程机械化水平,基于极飞P20型植保无人机平台,本文设计了一种基于电驱离心条播式排种器的油菜飞播装置,为解决常见地面播种机器难以进入或进入经济效益不高场景下的油菜播种问题,提供一种新的技术装备。论文围绕油菜飞播排种系统的设计、试制、试验和种子落地成条效果优化,按照“理论分析—方案拟定—结构设计—模拟仿真—试制试验—评估优化”的基本技术路线,设计了油菜飞播专用离心集排式排种器和导种投种装置。完成的主要内容如下:(1)基于油菜条播农艺技术要求和无人机产生的旋翼气流影响,确定了无人机飞播装置的总体结构设计方案,阐述了飞播装置的结构组成和工作原理,确定了离心集排式油菜精量排种系统和导种装置等关键部件的结构参数。(2)开展了离心集排式油菜精量排种系统结构设计和参数分析确定。基于传统的离心式集排器进行改进设计,提出了一种上凸式排种盘,以油菜籽为质心,在排种盘表面建立二维直角坐标系,分析了油菜籽在排种盘表面的运动规律,得出了影响排种盘工作性能的关键参数。根据排种盘工作过程,设计充种室充种厚度为5 mm,进种口直径为14 mm。设计了一种适应性较广的漏斗型种箱,油菜籽依靠自身重力沿种箱出口落入排种盘与排种器外壳所夹的充种室中,根据无人机最大作业飞行速度、无人机电池供电时间和排种盘转速三者的关系,最终确定种箱容积大小为3.5 L。分析了型孔堵塞形式,采用型孔外侧倒角的方法对型孔进行改进设计,确定了型孔直径为3.8 mm,对油菜籽在排种口中的运动轨迹进行了分析,确定了排种口出口部分设计成四分之一圆弧弯管。经过计算分析,排种系统正常工作所需总扭矩为1.7N·m,选用型号为J-5718HB4401的步进电机,其扭矩为2.5 N·m,能够满足实际作业需求。(3)运用ANASY-Fluent软件,开展了无人机旋翼气流模拟仿真工作。借助逆向工程技术,实现无人机桨片三维实体模型的逆向重建,简化无人机模型,建立流场仿真计算域,进行网格划分,采用了标准k-?湍流模型。仿真结果表明,每个旋翼正下方均存在急速变化的气流扰动区,旋翼平面下方0～1.5 m的范围内,下洗气流速度较大,各旋翼下洗气流交叉较少,但之后逐渐汇聚成一体,且水平面内存在分速度;气流作用区域内的各方向分速度随离旋翼平面的距离增大而逐渐减小。对气流模拟仿真结果进行分析研究,为导种装置的参数设计提供了理论依据。(4)开展了导种装置结构设计和参数分析确定,阐明了导种装置的整体结构及工作原理,分析了导种装置的主要参数。考虑到无人机平台下方受限空间,罩壳内表面与梯形接头外表面整体尺寸为下表面长为360 mm,宽为150 mm,上表面长为300mm,宽为100 mm,上下表面高度为50 mm,罩壳上表面进种口尺寸为8 mm×6mm×20 mm(外径×内径×高度)。根据旋翼气流仿真分析,设计了1.5、2.0和2.5 m三种导种管。依据牵引机构工作过程,选择型号为LOBOT LX-16A的串行总线智能舵机作为驱动装置。设计了尾部投种管,确定了尾部投种管的基本结构及设计参数,针对尾部投种管的投种性能借助EDEM软件开展模拟仿真分析,在投种速度最大为2m/s的状态下,尾部投种管投种性能良好,仿真过程中未发生堵塞,说明该投种管的设计满足实际要求。(5)基于电驱离心式油菜排种系统,开展了排种性能台架试验,试验结果表明:当排种盘转速在40～220 RPM范围逐渐增加时,总排量呈现先增加后减小的趋势,且在转速190 RPM时达到最大排量179.65 g/min,能够满足无人机1～5 m/s的作业速度要求;各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数先减小后增大,分别分布在4.5%～12.6%和0.7%～6.2%范围内;种子破损率逐渐增大,均在1.673%以内;基于JPS-12型排种器视觉检测试验台开展了排种均匀性分析,结果表明,试验台种床带上每米平均油菜籽粒数为23.03粒,平均排种均匀性变异系数为18.28%。(6)基于试制完成的飞播装置样机,开展了样机场地测试试验,试验结果表明,手持导种装置高度在1.5～2.5 m范围内变化时,成条宽度均不到设定行距的1/4,成条指数与手持导种装置高度没有显著相关性(相关性分析的显著系数为0.0769>0.05),综合考虑到在实际作业过程中人员操作风险和便利性以及田间作业环境等因素,建议选用2 m作为该手持导种装置的适宜高度,在该条件下开展田间试验结果为:成条指数为35.0%,播种均匀性变异系数为19.26%,满足油菜条播农艺技术要求。