植保无人机飞行作业参数对玉米施药作业效果影响研究

为了研究植保无人机在玉米病虫害防治及叶面肥喷洒中的作业效果,以无人机的飞行高度和飞行速度为试验因素进行正交试验,分析植保无人机在不同的作业参数下,玉米上、中、下3个层级的雾滴沉积密度和雾滴沉积均匀度,并结合极差和方差分析选择最优作业参数。试验结果表明：无人机在飞行高度为2.5 m、飞行速度为5 m/s时,无人机施药作业效果较好,上、中、下层的雾滴沉积密度分别为10.89、4.18、2.65个/cm²,雾滴沉积均匀度分别为25.06%、27.40%、48.56%。同时,考虑无人机作业参数受作业地点限制,无人机在不同飞行高度下的最优飞行速度参数分别为：高度2 m时速度为5 m/s、高度2.5 m时速度为5 m/s、高度3 m时速度为5 m/s。     

飞行参数对结荚期花生航空施药雾滴沉积特性的影响

花生结荚期是提高花生群体质量、促进产量形成的关键阶段,此时正值高温高湿期,容易遭受病虫害的影响,在这一时期做好病虫害防控对于花生高产具有重要意义。为探究花生结荚期使用植保无人机施药时,飞行参数对雾滴沉积特性的影响,采用三因素五水平的正交试验方法,研究极飞P30植保无人机飞行高度、飞行速度、喷药量对雾滴覆盖率、雾滴沉积密度和雾滴沉积量的影响。极差分析结果表明,飞行高度为2 m、飞行速度为3.5 m/s、喷药量为15 000 mL/hm~2时雾滴覆盖率和雾滴沉积量最优,分别为5.48%、0.448μL;飞行高度为2.5 m、飞行速度为3.5 m/s、喷药量为15 000 mL/hm~2时雾滴沉积密度最优;并得出飞行参数对雾滴沉积影响的主次顺序。使用SPSS对试验结果进行方差分析,结果表明,喷药量对雾滴沉积特性的影响均为极显著。本试验可为花生结荚期进行植保无人机施药作业参数确定提供参考依据。     

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。     

植保无人机作业参数对水稻冠层雾滴沉积分布影响研究

为获得相对较好的植保无人机水稻病虫害防治效果,以小型四旋翼农用植保无人机开展水稻喷雾试验,采用三因素三水平正交试验法对无人机喷头流量、作业高度、飞行速度的三个作业参数优化组合。根据雾滴沉积密度和沉积量及其均匀性结果,较佳的作业参数是喷头流量3.0 L/min、作业高度2.5 m、飞行速度4.5 m/s;影响雾滴沉积密度的因素主次顺序为作业速度、飞行高度、喷头流量,而影响沉积量均匀性的因素主次顺序亦是作业速度、飞行高度、喷头流量。通过优选植保无人机作业参数,既能提高喷雾雾滴沉积效果,又为获得较好病虫害防治效果奠定基础。     

多旋翼无人机对低矮草地植保作业喷洒效果试验研究

该文以无人机的飞行高度和飞行速度为试验因素,研究草地植保过程中,试验因素在6组不同作业参数组合状态下对雾滴覆盖密度和雾滴覆盖均匀度的影响。试验结果表明:不同作业参数组合下采样点的雾滴覆盖密度和雾滴覆盖均匀度不同;雾滴覆盖密度总体变化范围为3.71～63.29个/cm2;雾滴覆盖均匀度总体变化范围为24.65%～49.10%;当飞行高度为1.5 m,飞行速度为4和5 m/s时,试验指标均呈现最优状态;通过方差分析,飞行高度对试验指标的影响均为极显著（P＜0.01）,飞行速度对试验指标的影响均为显著（P＜0.05）;通过Duncan′s新复极差检验各组试验得出试验指标的差异显著情况（P＜0.05）。      

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。     

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。     

植保无人机动态变量施药系统设计与试验

针对我国植保无人机施药系统控制方式单一,施药流量无法根据飞行参数自动调整造成的雾滴分布不均匀、重喷、漏喷等问题,设计了基于ARM架构单片机的施药控制系统,提出基于PWM(脉宽调制)的施药流量控制方法,采用多传感器融合技术,实现施药参数的实时动态监测。设计了基于LabVIEW的地面站控制软件,实现对施药系统的远程控制和作业数据存储。基于3CD-15型单旋翼无人机平台对动态变量施药系统实际作业性能及施药效果进行了测试。试验结果表明,在飞行速度为0.8~5.8 m/s时,该动态变量施药系统可实现施药流量与飞行速度自动匹配,实际流量与理论流量之间平均偏差为1.9%,实际施药作业优选飞行速度为3.91~5.10 m/s,此时有效喷幅为5 m,雾滴覆盖密度为18~41个/cm~2,变异系数为34%~75%,雾滴沉积量为42.1~52.4μg/cm~2。     

航空植保喷施参数对苹果树雾滴沉积特性影响

为提高植保无人机在果树上的喷施效果、增加雾滴在果树上的穿透力和分布均匀性,进行了系列试验,研究了喷头间距和飞行高度参数对雾滴沉积分布的影响,并优化出最佳喷头间距参数。确定了喷洒系统喷头安装位置参数,并通过正交试验,研究了飞行高度、飞行速度和喷洒系统喷头安装位置参数对雾滴在苹果树上分布的影响。试验以S40电动直升机为载体,以诱惑红为液体染色剂、铜版纸为雾滴采集卡。结果表明:飞行高度Sig.=0.811,P0.01,喷嘴间距Sig.=0.006,P0.01,喷头间距对喷幅影响极其显著;当飞行高度为2m,喷头间距为55、50、50、55cm时,喷幅最大均为7m,雾滴密度变异系数最小为63%和44.5%。苹果树喷施正交试验中,飞行高度2m、飞行速度1m/s、喷洒系统中4个喷头位于交叉角度为90°的十字形喷杆上且距离交叉点均为105cm时,雾滴在苹果树上的沉积较好。     

玉米植保无人机热雾喷施系统设计与雾滴分布特性试验

针对玉米中后期封行后高地隙植保机难以下田、传统植保无人机雾滴穿透性差导致病虫害难以防控等问题,本文将脉冲烟雾机的热力雾化和低量喷雾技术与高效率的植保无人机进行结合,提出了植保无人机搭载热雾喷施系统的植保作业方案,设计了热雾喷施管路与遥控作业系统,并开展了灌浆期玉米植保作业试验。以清水代替农药进行喷雾作业,在试验区域设置水平和垂直采样点,通过水敏试纸收集沉积在各采样点的雾滴,并利用雾滴分析软件测出热雾植保无人机雾滴在不同采样区域的沉积分布结果。试验结果表明：喷雾区域采样范围-2~6m的雾滴粒径和雾滴密度分布差异较为明显,在距喷口0~2m水平位置雾滴较为集中,垂直方向玉米冠层至底层的雾滴粒径和密度依次减小,整个采样区域内雾滴密度均超过20个/cm2。雾滴覆盖率和沉积量总体变化趋势一致,其中,距喷口前方1m位置各垂直采样层叶片正面的雾滴覆盖率均取到最大值,从上层到地表依次为18.02%、13.48%、4.37%和2.11%,冠层叶片正面雾滴沉积量在此区域也达到最大值,为0.36μL/cm2,整体上叶片正面的雾滴覆盖率和雾滴沉积量均大于同位置叶片反面数值。此外,除少数采样点位置因雾滴重叠、黏连导致雾滴谱宽度大于2μm以外,其他采样点的数据均符合低容量喷洒条件下雾滴谱宽度小于等于2.0μm的技术指标。该研究可为热雾植保无人机在玉米等高秆作物中后期植保作业的参数优化和使用提供参考依据。     

农用航空静电喷雾系统喷雾性能的研究

在植保无人机静电喷雾系统中,喷头孔径、系统压力、无人机飞行高度都会对其喷雾性能产生影响。为此,在植保无人机静电喷雾系统中静电电压和飞行速度不变时,搭建了室内喷杆式静电喷雾系统试验平台,通过测量不同试验喷头孔径和系统压力下雾滴直径来模拟无人机不同飞行高度下的喷雾性能。试验结果表明:喷头孔径和系统压力都对雾滴直径有很大的交互影响;根据农业植保雾滴喷洒直径要求,得出满足喷洒条件的组合有喷头孔径为0.8mm、系统压力为0.3MPa与喷头孔径为1.0mm、系统压力为0.5MPa两种;在系统压力和喷头孔径不变时,同等飞行高度下两种组合的喷雾性能没有显著差别,但随着飞行高度的增加,两种组合的喷洒效果都表现不佳;从植株叶片正反两面的均匀度、沉积密度、沉积量及覆盖率等综合参数来看,喷头孔径0.8mm、系统压力0.3MPa、飞行高度1.5m时植保喷洒效果最好。     

无人驾驶直升机航空喷雾参数对雾滴沉积的影响

研究了无人驾驶直升机航空喷雾参数对药液雾滴沉积效果的影响.使用红外热像仪与无人机联用测试喷雾前、后作物冠层温度,通过温度变化率反映雾滴在水稻冠层的沉积效果.结果表明:以雾滴沉积量与冠层温度变化率为评价指标得到的结果一致,红外热成像技术可以准确反映雾滴在水稻上的沉积规律.WPH642型无人驾驶直升机作业时选取喷雾参数为:飞行高度2m、飞行速度1.5 m/s.     

粳稻多旋翼植保无人机雾滴沉积垂直分布研究

为研究多旋翼植保无人机低空喷施作业过程中,水稻垂直方向雾滴沉积的分布规律,在水稻冠层叶片、中部叶片、底部叶片分别放置了雾滴测试卡,收集植保无人机喷洒过程中的雾滴信息。使用清水代替农药来模拟喷施过程,利用雾滴沉积分析软件i DAS分析雾滴测试卡,得出植保无人机雾滴在水稻垂直方向的分布结果。试验结果表明:植保无人机低空喷雾在水稻垂直方向的雾滴覆盖率存在显著差异,有效喷幅内旋翼下方区域的雾滴覆盖效果最好,而远离旋翼的位置,雾滴覆盖率较差。从水稻垂直方向的不同位置分析,雾滴总体覆盖率为冠层54.86%,中部32.69%,底部24.7%;水稻垂直各位置的粒径分布中,平均粒径范围处于110~140μm之间,粒径大小适合植物病虫的防治。冠层的点密度最大,而水稻中间部位和水稻底部的点密度分布较为相似;水稻中部雾滴扩散比(0.465)优于冠层(0.38)和底部(0.31),整体喷雾的雾滴扩散比与相对粒谱宽度的数值均低于正常值(0.67)。     

植保无人机作业参数对棕榈树雾滴沉积的影响

为探究单旋翼油动无人机对高大乔木棕榈树的雾滴沉积效果,设置三因素三水平的正交试验,通过方差分析研究喷头流量、作业高度、飞行速度对棕榈树雾滴沉积、雾滴穿透性、地面流失量的影响程度,并分析试验指标与雾滴沉积、雾滴穿透性、地面流失量的关系。结果表明:最佳作业参数为喷头流量4.2 L/min、作业高度3 m、飞行速度3 m/s,此时雾滴沉积量和雾滴穿透性为0.397μL/cm~2和5.01%;影响雾滴沉积效果的主次顺序依次为:作业高度、飞行速度、喷头流量;适当的增加作业高度可以提高雾滴穿透性,增加飞行速度可减小地面流失量。针对棕榈树型高大特点和病虫害位置,优选植保无人机的作业参数,以保证其良好的雾滴沉积效果,本试验可为棕榈树病虫害飞防作业提供参考。     

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。     

不同飞行参数下八旋翼植保无人机下洗气流场对雾滴沉积分布特性的影响

近年来,应用植保无人机防治农业有害生物已成为中国植保机械发展的一大新亮点。无人机旋翼提供飞行升力的同时具有下洗气流场,低空低量施药作业雾滴沉积分布质量优劣与旋翼下洗气流场的作用密不可分。为探究植保无人机旋翼下洗气流场对喷雾效果的影响,本研究以当前植保无人机主流机型——“X型”布局八旋翼无人机为研究对象,采用实际作业测试方式,利用微气象测量系统测定无人机飞行状态下旋翼下方不同水平位置下洗气流场风速,同时采用诱惑红示踪剂水溶液代替农药喷雾获取喷雾沉积分布情况,重点对下洗气流场分布实测结果进行可视化分析,包括不同飞行高度、不同速度下旋翼下洗气流场分布特性与雾滴沉积分布特性以及二者的相互关系。测试结果显示：八旋翼植保无人机飞行过程中随着飞行速度加快（1.0~6.0 m/s）和飞行高度升高（1~2 m）,冠层位置X、Y、Z三向下洗气流场总体表现为气流强度由强到弱、分布状态由集中到分散的变化趋势;X方向气流来源于下洗气流与外界空气相互作用产生的卷扬气流,对喷施雾滴的作用为逆飞行方向;Y方向为下洗卷扬气流以及地面效应共同作用的结果,对雾滴的作用为垂直于航线朝向两侧;Z方向为下洗气流竖直向下方向分量,对雾滴下降沉积具有直接促进作用;飞行速度与下洗气流场范围内风速峰值（P＜0.05,r=-0.836）和有效喷幅内平均沉积量（P＜0.05,r=-0.833）均表现出显著负相关;在飞行速度为1.0 m/s和3.0 m/s时,雾滴沉积量与下洗气流场风速均呈现极显著正相关关系（P＜0.01,r＞0）,即垂直地面方向的下洗气流场越强,有效喷幅内沉积的雾滴越多;速度加快至6.0 m/s,风速显著降低,气流场对雾滴沉积的促进作用逐步消失（P＞0.05）。因此,植保无人机作业时飞行速度不应设置超过6.0 m/s,避免因下洗气流场作用减弱而导致雾滴损失。本研究结果可为改善低空低量施药作业质量和无人机田间作业规范的制定提供技术参考和支撑。     

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。     

大载荷无人直升机静电喷雾沉积特性试验研究

为探索在大载荷植保无人直升机下洗气流作用下各因素对静电喷雾沉积特性的影响规律,将正交试验与Box-Behnken响应面试验相结合,在定性分析的基础上,建立起沉积特性参数与荷电电压、飞行参数等影响因素之间的数学预测模型,定量地分析了各因素对沉积特性的影响.结果表明:大载荷无人直升机静电喷雾沉积特性受施药过程中荷电电压和飞行参数的影响显著.雾滴单位面积沉积量与荷电电压成正相关,与飞行速度、飞行高度成负相关.相同飞行参数下(飞行速度5m/s、飞行高度4m),荷电电压8kV的静电喷雾单位面积沉积量为0.3180μL/cm²,比非静电喷雾单位面积沉积量提高了1.17倍.与此同时,沉积量变异系数与飞行速度成正相关,与荷电电压、飞行高度成负相关,即增加荷电电压、降低飞行速度或者提高飞行高度能有效改善雾滴的沉积均匀性.     

单旋翼植保无人机翼尖涡流对雾滴飘移的影响

为研究单旋翼植保无人机翼尖涡流对雾滴飘移的影响特性,基于格子玻尔兹曼(Lattice-Boltzman,LBM)方法的自适应细化物理模型,对单旋翼无人机的旋翼流场进行了数值模拟。通过改变无人机喷杆的垂直距离和喷头在旋翼下方的位置,研究了不同飞行速度下,无人机翼尖涡流对雾滴飘移的影响规律。为捕获到不同粒径的雾滴在无人机下洗流场中的运动轨迹,采用基于拉格朗日离散相粒子跟踪法模拟了雾滴的运动轨迹。为验证数值模拟的准确性,进行了试验验证,研究结果表明:当无人机飞行速度大于3 m/s时,机身后方开始出现螺旋型尾涡,且飞行速度越大、飞行高度越高,尾涡向机身后方的扩散距离越远;当飞行速度为5 m/s、飞行高度为3 m时,38%的雾滴因螺旋尾涡而造成空中飘移,其中粒径小于100μm的雾滴约占总飘移雾滴数的80%;喷杆距离主旋翼的高度对雾滴因翼尖涡流造成的飘移影响不明显,但喷头的位置越靠近主旋翼的边缘,雾滴越容易被翼尖涡流卷吸。     

飞行速度对无人机喷雾流场影响规律数值分析

为了解单旋翼无人机飞行速度对于其喷雾流场和雾滴沉积分布的影响,采用ANSYS FLUENT开展了单旋翼无人机喷雾作业气液两相流场的数值分析研究,重点分析了单旋翼无人机的飞行速度对于其喷雾流场的影响规律。数值分析的结果表明:单旋翼无人机下方的旋翼风场沿主旋翼的旋转方向具有一定的旋转分量,气流流速随离地高度的增大而增大;随着单旋翼无人机飞行速度由3m/s增加至5m/s,雾滴轨迹与水平线的夹角由25°减小到17°,沉积采样带上的变异系数CV均值由0.95减小到0.3;随着飞行速度的增大,雾滴沉积均匀性随之提高,单旋翼无人机的飞行速度对于其雾滴沉积均匀性具有显著影响。本文采用了更为贴近于实际的CFD模拟方法,可以比较准确地模拟出实际的雾滴沉积情况,为单旋翼无人机实际作业提供具有参考价值的指导。