锥形风场式防飘移装置雾滴沉积特性研究

喷雾机械在进行植保作业时雾滴飘移和沉降是影响作业效果的重要因素。为减少雾滴飘移和非靶标区域内的无效沉降,设计了一种锥形风场式防飘移装置,以锥风风速、侧风风速、喷雾压力为因素,通过三因素三水平室内雾滴飘移沉积试验,明晰锥形风场对雾滴沉积效果的影响规律。结果表明：3种因素对雾滴的沉积特性都有较为显著的影响,其影响由大到小依次为：锥风风速、侧风风速、喷雾压力。当侧风风速为2m/s时,有锥风作用的雾滴体积中径较无锥风平均降低了11.7%,雾滴覆盖率、沉积密度、沉积量分别提高了21.9%、26.7%、22.6%。响应曲面模型优化结果显示,当侧风风速2m/s、喷雾压力为0.34MPa、锥风风速为16.53m/s时,雾滴沉积量最优值为3.14μL/cm2。当侧风风速大于2m/s时,应该降低喷雾压力、增大锥风风速,从而保证较优的雾滴沉积量。试验验证结果与模型预测基本吻合。     

微型无人机低空变量喷药系统设计与雾滴沉积规律研究

针对我国施药机械和农药使用技术严重落后带来的农药用量大、资源有效利用率低、农作物产量和品质下降等问题,设计了微型无人机脉宽调制型变量喷药系统,并利用风洞的可控多风速环境,通过荧光粉测试方法对悬停无人机变量喷药的雾滴沉积规律进行了试验研究。变量喷药系统由地面测控单元和机载喷施系统两部分组成,基于Lab Windows/CVI的地面测控软件,采用频率为10 Hz、占空比可调的脉冲信号经无线数传模块远程控制机载喷施系统;机载喷施系统以ARM Cortex-M3系列的STM32F103VC微处理器为核心,接收地面控制信号实时调节电动隔膜泵电动机转速,以改变系统喷雾压力和喷药量,实现变量喷雾调节。悬停风洞试验中,选择了PWM占空比、喷孔直径、电动离心喷头转速等变量,对不同距离和风速条件下雾滴沉积效果进行了试验研究。试验结果表明,风速是影响雾滴沉积效果的最显著因素,雾滴沉积以抛物线形式分布在采集区域,沉积高峰区随风速增加不仅远离喷头,且飘移沉积量逐渐减少;雾滴粒径在风速小于3 m/s时对沉积效果影响不显著,当风速大于3 m/s时,不同粒径的雾滴均发生飘移,飘移沉积量明显减少且沉积范围向远离喷头运动;粒径101.74μm的雾滴更易发生飘移,沉积高峰区集中在距离喷头4 m以外,且飘移沉积量明显低于粒径164.00μm与228.16μm的雾滴。     

喷雾参数对雾滴沉积性能影响研究

为了研究扇形喷嘴不同喷雾方式下的空间沉积情况,利用自行设计的NJS-1型植保风洞,搭建雾滴粒径测试装置与雾滴沉积分布测试装置。选用LURMARK-04F80型标准扇形喷嘴开展雾滴粒径分布与沉积特性试验,分析了喷雾压力与风速对雾滴粒径的影响,同时研究了不同风速、喷雾压力、雾流角及喷头倾角下雾滴沉积特性,并采用3种不同的计算方法对比了雾滴飘移减少百分比的影响因素。雾滴粒径分布试验结果表明,相同风速下,增大喷雾压力会导致DV0.1、DV0.5和DV0.9都变小,同时ΦVol＜100μm变大,雾滴谱宽S变化不大;相同压力下,增大风速导致DV0.1和DV0.5变大,DV0.9变化较小,同时ΦVol＜100μm变小,雾滴谱宽S减小。雾滴沉积分布试验结果表明,压力从0.2MPa增加至0.4MPa时,水平喷雾平面上,距离喷头2～3m处雾滴沉积量基本呈增加趋势,竖直喷雾平面上,距离地面0.1～0.2m处雾滴沉积量呈增加趋势;风速从1m/s增加至5m/s时,在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上,雾滴沉积量整体呈增加趋势;雾流角从-15°变化到15°时,在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上,雾滴沉积量明显加大;喷头倾角从0°变化到30°时,在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上,总体趋势是喷头倾角越大,沉积量越低,但差异不大;同时与参考喷雾相比较,采用3种计算方法得到的雾滴飘移减少百分比（DPRP）表明,喷雾压力、风速以及雾流角对雾滴飘移减少百分比影响较大,特别是侧风风速影响尤为显著。该研究可为田间喷雾作业参数的选择提供试验数据指导。     

环境风速对四旋翼植保无人机喷施雾滴飘移的影响研究

为了研究四旋翼植保无人机田间施药过程中风速对雾滴飘移的影响,分别在风速为0.1、2.4、2.5、3.1、3.4、4.0m/s6种不同风速下进行喷施试验。试验结果表明:随着风速的增大,沉积区雾滴起始点会产生位移,当风速增大到3.1m/s时,雾滴沉积的起始点移动1.75m,风速增大到4m/s时,雾滴沉积的起始点移动3.5m;风速对沉积区采集点上的雾滴覆盖度影响显著,对雾滴密度影响不显著;风速对飘移区采集点上的雾滴覆盖度和雾滴密度影响均显著;风速越大,雾滴飘移距离越远,风速为4m/s时,采集点50m处仍有雾滴沉积。研究可为植保无人机在不同环境风速下作业时的飘移缓冲区的设置提供参考。     

M18系列飞机不同施药浓度下的雾滴沉积分布

针对航空施药中存在的雾滴飘移严重、利用率低等问题,对水稻田施药后药液的沉积分布进行了分析。通过M18系列飞机在水稻田进行田间试验,在施药作业中雾化喷头在50m/s的喷洒速度下,进行了3种不同的液体直径对雾滴的直径、数量和沉积密度的比较。结果表明:-40～50m的水敏纸均有药液沉积,主要集中在-25～-20m之间,且随着漂移距离的增加,药液沉积量逐渐减少。分析结果表明:3个采样区中液体直径越大,相应的雾滴粒径越大,雾滴数量越少,沉积点数主要分布在-25m和至0m范围内。本研究对合理喷施农药、提高喷洒效率、防治病虫害大面积暴发具有重要意义。     

植保无人飞机油菜杂草防治与效果评估研究

为探索油菜田杂草看麦娘的有效防治,进行植保无人飞机低量施药防治试验,分析不同雾滴粒径、不同飞行高度、不同飞行速度和不同施药液量下雾滴沉积覆盖率、雾滴密度等,结果表明在其他条件相同时,小雾滴粒径(195μm)喷洒的雾滴覆盖率和沉积密度明显大于大雾滴粒径(235μm)喷洒。选取雾滴粒径195μm、高度1.5 m、速度4 m/s、施药液量12 L/hm~2条件下植保无人飞机施药(UAV)与空白对照(CK)、人工施药(Manual)对比,采用反射光谱信息和植被指数进行防治后10天的效果评估,敏感波段区间光谱反射值和植被指数(NDVI、PRI)值均是CK>UAV>Manual,表明常规药液量的人工施药较优,建议植保无人飞机防治杂草看麦娘应增加单位面积的施药液量以提高防效。研究结论为植保无人飞机防治油菜田杂草看麦娘提供参考。     

大载荷植保无人直升机喷雾气液两相流动数值模拟

为研究大载荷植保无人直升机喷雾流场特性,基于FR-200型大载荷植保无人直升机喷洒系统,建立FR-200型大载荷植保无人直升机无植物冠层三维雾滴沉降仿真模拟平台,利用Fluent软件的SST k-ω湍流模型和DPM离散相模型对无人直升机喷雾沉降过程进行了仿真模拟,分别研究了飞行速度、喷杆相对位置、喷施角度对喷雾流场的影响,并进行户外试验验证。试验结果表明,下洗流场垂直方向速度(Z向)呈不对称分布,旋翼x/R为0.8处垂直方向速度(Z向)最大;仿真模拟的雾滴沉积总量与户外试验的雾滴沉积密度基本一致,线性决定系数R2为0.999 6,无人直升机前飞速度与雾滴群抗飘移系数及沉积量呈线性关系,前飞速度3 m/s时,靶标上雾滴总沉积密度为4.208μL/cm~2,前飞速度5 m/s时,靶标上雾滴总沉积密度为1.766μL/cm~2;随着采样面的升高,雾滴群抗飘移性能增强;位于喷杆不同位置处喷头的抗飘移性能不同,主要表现在位于喷杆两端的喷头1和9受到旋翼尾涡的影响,雾滴群抗飘移性能变差,机身正下方的喷头5由于机身阻挡作用,造成雾滴群分散性增加,雾滴因垂直方向动能衰减而难以到达采样面;喷施角度越小,雾滴群总体抗飘移性能越好。     

植保无人机作业参数对雾滴在茶树冠层沉积分布影响研究

为获得相对较好的植保无人机喷雾雾滴沉积效果,提高病虫害防治效果,本文采用喷头流量、作业高度、飞行速度的三因素三水平正交试验法,应用小型四旋翼农用植保无人机进行喷雾试验。根据雾滴沉积密度和沉积量及其均匀性数据结果,分析得出影响雾滴沉积密度和均匀性,以及沉积量的因素主次顺序均为飞行速度、喷头流量、作业高度,而影响沉积量均匀性的因素主次顺序则是作业高度、喷头流量、飞行速度;较佳的作业参数组合是喷头流量2.5 L/min、作业高度2.5 m、飞行速度2.0 m/s,此参数组合下,雾滴覆盖率为17.4%,雾滴粒径DV.1、DV.5、DV.9分别为263.39μm、546.33μm、872.67μm,雾滴密度及其变异系数分别为97.30个/cm~2、57.97%,雾滴沉积量及其变异系数分别为1.45μL/cm~2、42.70%。通过优选植保无人机作业参数,不仅可以提高喷雾雾滴沉积效果,还将为获得较好病虫害防治效果奠定基础。     

基于Fluent的重载植保无人机雾滴沉积特性的研究

以有效载荷为135kg的FBH-300T纵列式重载油动双旋翼无人机为研究对象，测量了飞机旋翼风场和喷头数据，并使用Fluent建立喷头在外流场中的仿真模型。采用计算流体力学(Computer Fluid Dynamic, CFD)的方法，对FBH-300T无人机飞行速度、侧风和载荷对飞机施药过程中雾滴沉积的影响进行了仿真计算和试验验证。结果表明：植保无人机的飞行速度、侧风和载荷都会影响雾滴的沉积分布，雾滴沉积受侧风的影响最大，其次为飞行速度，受载荷的影响最小；在0～2m/s的侧风和0～5m/s的飞行速度范围内，雾滴的穿透性和漂移变化不大；飞机从满载到空载的施药过程中，雾滴沉积特性基本不发生变化，符合田间试验结果。由此证明：使用Fluent开展植保无人机雾滴沉积特性的相关研究是可行的，能够为植保无人机雾滴漂移、运动及沉积研究提供参考。     

嘉乐牌3WBJ－15D型多功能静电喷雾器

由苏州稼乐植保机械科技有限公司等单位研制。该喷雾器应用静电技术,在喷头与喷洒作物局部区域建立起静电场,药液经喷头雾化后形成群体荷电雾滴,在静电场作用下,细微雾滴被强力吸附到作物叶片正面、反面和隐蔽部位,沉积效率高,散布均匀,飘移散失少。     

多旋翼无人机不同作业参数对花生冠层雾滴沉积分布特性的影响

为探究无人机航空喷施时花生冠层雾滴沉积分布规律,设计无人机不同喷雾作业参数对花生冠层的雾滴沉积分布影响的试验。该试验以DJ T20型多旋翼电动无人机进行作业,以清水代替农药喷施采集雾滴沉积数据,以图像处理软件Depositscan来分析采集来的水敏纸数据。结果表明：各组试验的雾滴沉积分布趋势均相似,在靶区内雾滴沉积大致呈正态分布,受环境风场的影响,大量雾滴在中心航线左侧沉积,受无人机起飞时速度和高度的影响,各区域内第一条采样带R1的雾滴沉积效果较好;从雾滴沉积量、沉积密度均匀性分析可知,当飞行速度为2.5 m/s、喷雾流量为1.6 L/min,飞行高度为3.5 m时,喷雾效果最佳,为最佳作业组合;飞行高度、飞行速度对靶区内雾滴沉积量、雾滴沉积均匀性影响均显著。该研究对提高无人机喷施效率具有十分重要的指导意义。     

植保无人机下洗气流对作物冠层作用规律研究

植保无人机作业过程中,旋翼下洗气流不仅会对雾滴沉积效果产生影响,还会对作物冠层产生扰动作用.揭示冠层扰动区域的特点,有助于理解无人机作业特征,可为优化雾滴沉积效果和施药系统提供理论依据.本文通过航拍方法和机器视觉技术研究了无人机下洗气流对作物冠层的影响.结果表明:单旋翼和多旋翼无人机下洗气流所引起的作物冠层扰动区域特征...     

多旋翼无人机旋翼下方风场对航空喷施雾滴沉积的影响

风场是影响航空喷施雾滴沉积分布特性的重要因素之一。为了揭示多旋翼无人机旋翼下方风场对雾滴沉积分布的影响机理,通过无人机旋翼风场测量系统测量多旋翼电动无人机旋翼下方的风场分布,同时结合航空喷施雾滴在水稻冠层的沉积情况,分析旋翼下方X、Y、Z 3个方向的风场对雾滴沉积分布的影响,并对试验结果进行了方差分析和回归分析。结果表明:在无人机旋翼下方3向风场中,X和Y向风速对有效喷幅区内雾滴沉积量的影响不显著,Z向风速的影响极显著;X向风速对有效喷幅区内雾滴沉积穿透性的影响不显著,Y和Z向风速的影响分别为显著和极显著;X和Y向风速对雾滴沉积飘移的影响均不显著,Z向风场的影响显著;且当水平方向上X、Y向风速峰值越小、垂直方向上Z向风速峰值越大时,雾滴沉积均匀性越好,最佳值达到36.44%。另外,有效喷幅区内雾滴沉积量与因素Z向风速之间的回归模型及有效喷幅区内雾滴沉积穿透性与因素Y和Z向风速之间的回归模型的决定系数R~2分别为0.868和0.842,表明模型可以为实际作业提供指导。     

水平棚架式梨树多旋翼无人机液体授粉试验

针对我国梨树授粉用工量大、作业效率低等问题,基于液体授粉技术,以水平棚架式栽培的梨树为研究对象,开展多旋翼无人机液体授粉试验,探究多旋翼无人机单位面积液体喷施量、飞行高度及授粉方式等对雾滴沉积分布及授粉效果的影响。试验结果表明多旋翼无人机液体喷雾授粉作业性能稳定,雾滴沉积分布组内变异系数不超过20%;雾滴覆盖率及雾滴覆盖密度均与喷施量呈正相关,当液体喷施量为6mL/m2时,飞行高度的变化对雾滴沉积分布影响显著,飞行高度为4m时,雾滴覆盖率及覆盖密度分别为7.06%、84.77个/cm2,花朵坐果率为49.70%,花序坐果率为85.83%,较自然授粉分别提高91%及43%。当花粉液体喷施量为4.5、6mL/m2时,无人机液体授粉与自然授粉花序坐果率差异显著,且无人机液体授粉与背负式喷雾器授粉花序坐果率无显著差异,花序坐果率可达80%以上。研究结果表明,无人机液体授粉作业时雾滴覆盖率及覆盖密度越高,对提升花朵坐果率、花序坐果率作用越显著,当无人机飞行高度为4m、花粉液体喷施量为4.5mL/m2时为较优的无人机液体授粉参数组合。     

植保无人机旋翼下洗气流对喷幅的影响研究

基于XV-2植保无人机,利用流体仿真,探究了该无人机旋翼下洗气流的速度分布特性。在此基础上,分析了在下洗气流影响下的雾滴运动方式,并进行实地测试。仿真分析说明:旋翼下洗气流从中心向外的流速差使流场从上向下有向外的铺展效应,使得喷幅增大,且喷幅与飞行高度成正比;旋翼外沿的卷扬气流使得喷幅范围内的雾滴沉积数出现2个峰值。试验结果表明:当飞行高度为6 m时,有效喷幅为10 m;飞行高度8 m时,有效喷幅为12 m。2种飞行高度下的雾滴分布均匀性基本一致。试验结果与仿真结果基本一致。研究结果可为无人机喷雾系统设计和航空植保作业参数的选择提供参考依据。     

助剂影响大载荷植保无人机喷洒沉积特性的试验研究

为了研究助剂对大载荷植保无人机喷雾沉积分布均匀性、雾滴抗飘移性和抗蒸发性的影响,通过添加5种喷雾助剂改变液滴的表面张力,并利用热线风速仪测量了FR-200大载荷植保无人机不同作业环境下的风速和温度,对FR-200大载荷植保无人机的雾滴沉积分布均匀性、抗飘移性和抗蒸发性这3种喷洒沉积特性进行了试验研究.试验采用图像处理软件DepositScan分析雾滴沉积参数,获得雾滴沉积分布规律.结果表明:大载荷植保无人机添加喷雾助剂进行施药作业时,能提高靶区范围内的沉积浓度,溶液的表面张力越低、雾滴沉积分布越均匀;在侧风作用下大载荷植保无人机不使用助剂时飘移现象十分明显,加入5种喷雾助剂后均能明显改善雾滴抗飘移性;通过分析不同温度对雾滴沉积的影响,发现温度升高时,添加助剂可以提高大载荷植保无人机喷洒雾滴的沉积浓度,说明助剂可以改善雾滴的抗蒸发性.     

施药技术参数对旋翼植保无人机喷雾特性的影响

植保无人机的高质量作业是农业航空实现精准作业的前提,因此对喷雾系统作业特性进行研究显得尤为重要。为了探究影响植保无人机喷雾质量的因素,本研究应用喷雾性能综合试验台（吉林省农业机械研究院研制）对无人机在不同旋翼转速、喷雾高度、离心喷头转速情况下的雾滴沉积分布、雾滴粒径进行了试验测试并对12组试验的沉积特性和粒径数据进行了回归分析。结果表明,同组参数的3次重复试验一致性较好,雾滴发生明显飘移且最大有效沉积率为46.31%,最小为31.74%,由此雾滴有效沉积率均低于50%;对比雾滴粒径D_V10、D_V50和D_V90的回归分析结果,喷雾高度P值大于0.5,喷头转速和旋翼转速P值小于0.5,由此可知,喷雾高度对沉积量影响极显著,但对雾滴粒径的影响不显著;喷头转速和旋翼转速对雾滴粒径影响极显著,而对沉积量影响不显著。本研究试验结果可为提高无人机作业质量和喷洒效率提供理论依据及数据支撑。     

植保无人飞机作业参数对田外除草靶标区内外雾滴沉积规律的影响

雾滴大小、气象条件和施药装备的作业参数对雾滴的覆盖范围、靶标的吸附性能有影响。无人飞机(UAV)是目前有助于高效喷雾的现代施药技术装备。然而作业参数对靶标区和脱靶区的影响依然尚待确定。开展了田间试验并运用沉积扫描软件测定了在田外除草中不同飞行高度(2 m和3 m)和飞行速度(2 m/s和3 m/s)下雾滴的沉积量、覆盖密度、覆盖率和雾滴直径。结果表明,当无人飞机在处理T_1中以2 m/s速度、2 m高度飞行时,靶标区域平均沉积量最高,为2.29μL/cm~2,飞行航线中央0点位置的覆盖率达到36.19%。处理T_1、T_2、T_3和T_4在飞行航线中央的雾滴谱相对宽度分别为0.70、1.01、1.03、1.05。处理T_1体积中值直径(VMD,也即D_(v0.5))最大,为448.75μm;而处理T_4的D_(v0.5)最小,为238.95μm。单旋翼无人飞机在脱靶区的沉积量几乎可以忽略不计。本研究为无人飞机运营商、农民和生产企业提供了参考,从而优化航空植保技术在除草上的应用。     

超高地隙风幕式喷杆喷雾机施药性能试验

对超高地隙自走式喷杆喷雾机风幕系统进行田间试验,研究了喷雾压力、喷雾机作业速度、风幕出口风速及植物冠层特性对雾滴沉积量、沉积量均匀程度以及飘移率的影响。研究结果表明,风幕出口风速是雾滴沉积量、沉积均匀程度和飘移率的决定因素,风幕出口风速与雾滴穿透性能呈正相关关系,风幕系统能够有效地减少雾滴的飘移;植物冠层的特性对雾滴穿透性能有较显著影响;相同作业速度时,增大喷雾压力可使雾滴单位面积沉积量增加,提高喷雾沉积效果,但对穿透性能影响不大;喷雾机作业速度对雾滴沉积量也有一定的影响,但影响较小。     

喷雾参数间互作效应对农药雾滴飘移的影响

为了了解喷雾参数间互作效应对农药雾滴飘移的影响.建立了风速调节是0~6 m/s的低速风洞,采用碳纤维棒收集垂直方向和水平方向上含荧光素钠的雾滴,由荧光分光光度计测定了收集杆上的荧光素钠的含量,利用SPSS软件进行分析.结果发现：雾滴飘移沉积与喷头类型、压力、喷雾介质、风速密切相关,影响雾滴飘移沉积的喷头结构参数和操作技术参数因素次序依次为风速、喷头类型、喷雾介质、压力.喷雾参数之间存在互作效应,喷雾介质与喷头类型、风速与喷头类型、风速与喷雾介质、喷雾介质与喷头类型与风速之间的互作效应较显著,其余喷雾参数之间的互作效应不显著.随着垂直高度和水平距离的增加,雾滴的沉积减少,随着喷雾压力和风速的增大,雾滴飘失严重,为了减少飘移,在实际田间喷雾作业时,要注重风速的选择.防飘移助剂 Greenwet 720有效的控制了雾滴的飘移沉积,表面活性剂Greenwet X-100增大了雾滴的飘移沉积.研究喷雾参数对雾滴飘移的互作效应的机理能减少雾滴飘移,提高施药的作业效率、增强病虫害防治效果、减少环境污染,对农业生产具有重要的理论和现实意义.