不同电动植保无人机稻田雾滴沉积分布试验研究

为了研究旋翼类型和喷头类型对雾滴沉积影响,针对5种电动植保无人机进行水稻田雾滴沉积分布试验研究,试验机型包括单旋翼和多旋翼,喷头类型涉及离心式和液力式,并设置15L/hm2相同施药量,研究测定各机型的有效喷幅、雾滴沉积分布和冠层间的药液沉积量。试验结果表明:单旋翼机型具有较大的有效喷幅;离心式喷头雾滴沉积粒径较小,但雾滴沉积密度更大;各机型在作物上层的雾滴分布均匀性和药液沉积量最优,中层最差;相比液力式喷头,离心喷头可以获得更好的雾滴穿透效果。     

高架草莓摆动式小型施药机设计与试验

针对温室高架草莓的机械化施药需要,在对高架栽培环境、草莓植株特性和病虫害防治等调研的基础上,设计开发了高架草莓摆动式小型施药机。利用CFD仿真模拟技术对不同竖直施药角度和辅助风速进行雾滴群体沉积运动模拟仿真实验,结果表明:风速越大雾滴沉积距离越远,角度越大雾滴沉积距离越远,雾滴在空间内的运动轨迹可以看作是圆锥形雾柱;喷筒角度在10°～50°、风速为12m/s时,雾滴沉积密度最大,且纵向喷幅范围最广,喷幅范围为0.5～5.1m。进行了棚内实地喷雾试验,结果表明:雾滴沉积量随风速增大而增大,沿纵向方向呈"近大远小"的分布特点,沿横向方向呈周期性"波浪线"分布,在0.5m/s行进速度和15°/s喷筒摆动速度下,雾滴横向沉积均匀性和覆盖率最佳。     

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。     

3种喷头雾滴输运沉积参数的试验与分析

为了研究在感应荷电状态下高电压对雾滴输运沉积参数的影响,选用3种德国Lechler公司生产的不同流量的TR80-01c、TR80-02c、TR80-03c型喷头,在相同的喷雾压力和液体介质条件下进行试验。利用显微图像结合数字图像处理技术对荷电雾滴输运沉积面积、覆盖率、沉积密度、分布均匀性等状态参数进行取样和分析。试验结果表明:随着输运距离的增加,3种喷头的雾滴覆盖率δ先上升后下降,最高峰值分别达到52.04%、54.89%和57.31%;而雾滴沉积密度ρ先下降后上升,最低值分别为241、268、283个/mm~2。随着静电电压的增大,3种喷头的雾滴沉积区域面积随之增大,最大值分别达到4 462、7 170、8 280 cm~2;而雾滴分布均匀性有所下降,最低值分别为33.23%、31.91%和30.47%。根据具体喷雾施药场合,调节适当的电压,是增加药液沉积和分布均匀的重要措施。     

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。     

烟雾机雾滴沉积分布的空间解

提出了一种雾滴沉积分布的空间解析方法,并利用该方法对棚室内常温烟雾机雾滴的当量直径、覆盖率和沉积密度等参数进行了分析研究.试验结果表明:雾滴当量直径和覆盖率在棚室的两侧大,中轴线小,而沉积密度正好相反;雾滴当量直径和覆盖率在距棚室入口25m处的两侧皆出现峰值,沉积密度在棚室中轴线上距入口13、35和52m处出现峰值.表明采用空间解析方法比单曲线分析方法更能反映雾滴在棚室内沉积分布的状况.     

远射程喷雾机喷雾参数优化与试验

针对远射程喷雾机作业参数选择不当导致施药过程中药液在果树冠层附着率低及浪费等问题，以3WF-100型远射程喷雾机为试验平台，研究喷雾距离、喷射角度、喷雾压力3个因素对果树药液附着性能的影响。通过单因素试验确定3个因素取值范围，利用三因素三水平的Box-Behnken Design响应面试验分析得到了优化的远射程喷雾机喷雾参数。结果表明：当喷雾压力为0.3～0.5MPa时，雾滴沉积覆盖率达到峰值，叶面为52.5%～71.8%,叶背为27.6%～32.4%;喷射角度为30°～60°时，雾滴流可覆盖果树冠层范围；喷雾距离为2.5～3.5m时，果树药液附着均匀性及雾滴沉积密度均较高。响应面试验方差分析得知：3个因素与喷雾效果呈极显著相关(P<0.01),远射程喷雾机对果树施药作业的优化参数组合为喷雾距离2.5m、喷射角度54°、喷雾压力0.48MPa时雾滴沉积量为7.09μL/cm²,提升了远射程喷雾机的施药效果。     

无人机飞行高度和速度对喷药效果的影响分析

为深入分析无人机进行施药作业过程中飞行高度和飞行速度对喷药效果带来的影响,对无人机喷药系统进行了设计。以无人机整体施药运作机理为载体,结合作业过程中的喷雾流量、雾滴粒径及飞行速度等核心参数,选择雾滴沉积密度、雾滴沉积覆盖率、雾滴沉积均匀度为衡量指标,建立喷药系统理论控制模型,并进行喷药系统的硬件系统设计和软件程序编写,展开无人机施药效果试验。结果表明:在一定的施药流量控制条件下,不同飞行高度的雾滴沉积平均覆盖率整体呈现出下降趋势,且当无人机选择飞行高度H=1.4m、飞行速度V=0.5m/s组合参数条件下,该喷药系统的雾滴沉积覆盖率为26.9%,雾滴粒径分布均匀度达90%以上,雾滴沉积密度保持在70%以上,为最佳施药参数组合。     

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。     

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.     

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。     

液体张力对风场中雾滴特性影响的试验研究

为研究液体表面张力对远射程风送式喷雾机外部流场中雾滴特性与分布的影响,使用ANSYS ICEM软件建立了远射程风送式喷雾机出风口及外部流场的三维模型,采用CFD数值模拟探究液体表面张力分别为60.3、54.5、44.6、38.4、31.8mN/m时流场中雾滴粒径、密度、速度和沉积分布情况。结果表明:喷雾压力为1.8MPa时,各采样面上雾滴体积中值粒径随着喷雾距离的增加而变小,降低液体表面张力可以细化流场中雾滴粒径。不同液体表面张力下,喷筒出风口轴心范围0～1m区间内雾滴密度在流场中是最大的;当液体表面张力从60.3mN/m下降至31.8mN/m时,雾滴密度0.07kg/m~3所占面积沿喷筒出口轴线方向逐渐增加。雾滴平均速度随喷雾距离的增加而减小,液体表面张力对距离喷筒出口1～6m区域内雾滴平均速度影响最大,表现在液体表面张力越大雾滴平均速度越小。相同采样点上,雾滴沉积量随液体表面张力降低而减少。将雾滴沉积量的数值试验结果与田间试验结果进行χ~2检验,证明了所采用的模型仿真结果可信。     

作物冠层雾滴沉积研究进展与展望

精准施药的目标是实现冠层内雾滴的全覆盖和均匀沉积。然而,作物冠层形态、郁闭度和枝叶力学参数等特征差异大,需综合靶标特征参数、器械施药能力、施药环境条件等作业工况参数,才能实现最少药液用量和最佳雾滴沉积的双重目标,从而提高药液利用率、确保防治效果、降低环境污染。雾滴沉积机理、检测与分析是精准施药参数优化与控制的决策依据,成为数字化、智能化植保作业装备技术发展的研究热点。首先分析了不同施药方式下冠层内雾滴沉积过程及辅助手段对沉积性能的影响机理,归纳了改善作物冠层内雾滴沉积的不同研究视角、方法和层次。然后从沉积性能田间试验研究、沉积机理分析与建模、雾滴沉积检测与评价、施药作业参数优化等方面重点阐述,分析了近年来冠层雾滴沉积中雾滴、枝叶、气流等交互作用研究的共性关键问题,归纳了该领域技术研究的开放性问题。最后总结了精准施药技术中作物冠层雾滴沉积相关研究面临的挑战和机遇,提出了融合多源传感技术和大数据分析及深度学习等人工智能技术,构建作物冠层雾滴运移及沉积数字孪生体,实现冠层雾滴运移沉积过程数字化描述与分析的研究建议。     

不同雾滴在柑橘树中的沉积分布及灭杀性研究

为寻找在柑橘树中沉积分布较好且能够高效灭杀柑橘木虱的雾滴粒径,选取了同一型号、不同粒径的4种喷头在柑橘树中进行试验,所选喷头型号为Lanao YZK8001、YZS8002、YZS8003、YZS8004等4种型号,并分别将4种喷头安装在搭建的龙门架上进行试验。选取的柑橘树树龄在3～5年,试验在密闭防虫网内进行,通过试验测定各个喷头在柑橘树树冠中的雾滴沉积分布。结果表明:2号防虫网在柑橘树冠层表面的雾滴沉积分布最好,为50.40%;3号防虫网内雾滴在冠层内部的穿透性最好,主要是因为雾滴太小飘移严重,雾滴太大无法穿过果树叶片。在喷施相同药液的前提下,不同粒径的雾滴对柑橘木虱的灭杀效果不同,对木虱灭杀效果最好的为2号防虫网,在施药1天后的虫口减退率达到80%。试验得出了在柑橘树中沉积分布性能好且对木虱灭杀性好的雾滴粒径,为实际喷雾作业参数的设置提供了参考~([1])。     

航空施药中雾滴沉积传感器系统设计与实验

基于变介电常数电容器原理设计雾滴沉积传感器及检测系统,由此实现对航空施药中雾滴地面沉积量的快速获取。通过实验,分析建立了传感器对电导率487μS/cm、25 mS/cm雾滴的沉积量测量线性回归方程,决定系数R2分别为0.9923和0.9544。利用M-18B型飞机和AU-5000型喷雾机,对系统进行了应用测试,结果表明:与水敏纸图像分析方法对比,2种方法获得的雾滴地面沉积量分布曲线拟合度可达0.914 6,样点单位面积沉积量的相对测量误差分布在10%~50%之间。     

雾滴在水稻叶片上的沉积部位分析与显微试验

针对农药雾滴难以在水稻叶片上沉积持留的问题,以叶片显微结构为基础研究了药液在水稻叶片的主要沉积部位。采用扫描电镜法观察研究了两种水稻品种在分蘖期、孕穗期叶片正、反面的显微结构,并对结构性状作了数据统计分析,测得球粒状乳突直径为1.5～4.2μm,而钩毛高度在70.4～154.5μm,其尺寸差异很大并且单位面积上乳突数量较多。以水稻叶片湿润性理论分析为基础,推导了雾滴临界脱落直径。依据水稻叶片不同表面微结构上农药雾滴的脱落直径,推断农药雾滴在水稻叶片上主要沉积部位为硅化木栓带的钩毛。通过滑石粉悬浮液喷雾试验及扫描电镜法,验证了农药雾滴主要沉积在水稻叶片的硅化木栓带并且在钩毛上最稳定。     

密植矮化茶园地面低容量仿形喷雾液滴沉积性能研究

为探究地面低容量仿形喷雾技术在茶园植保作业中的适应性,以自主设计的茶园低容量仿形喷雾轨道式测试系统为喷雾载体,通过正交试验方法对茶园地面低容量喷雾的雾滴沉积性能进行了试验研究。阐述分析了喷雾测试系统的结构及控制电路,依据解析法确定了喷头安装参数;以雾滴沉积密度、沉积均匀性为主要喷雾指标,探究了喷雾高度、喷施方向、风扇转速、喷头类型和冠层梯度对茶树低容量喷雾时液滴沉积的影响。田间试验结果表明:茶树冠层梯度对雾滴沉积密度有显著性影响,其雾滴数量在冠层上、中、下部依次减少,冠层上部雾滴个数明显多于中、下部,中、下部雾滴数量没有显著性差异;喷雾高度与雾滴沉积数量呈负相关,且喷雾高度30 cm时的雾滴个数明显多于50 cm时的雾滴数量,而40 cm高度与30、50 cm时的雾滴数量无显著性差异。喷施方向、冠层梯度对雾滴分布均匀性有显著性影响,喷施方向45°时,其变异系数均值为0. 610,显著大于0°、15°、30°时的变异系数,雾滴分布均匀性最差,而0°、15°、30°时变异系数无显著性差异;不同冠层梯度上的雾滴分布均匀性差异显著,其中冠层上部雾滴分布最均匀,而冠层中部雾滴分布均匀性最差。与常规喷雾相比,低容量喷雾的雾滴沉积量整体偏小;冠层梯度对雾滴沉积量有显著性影响,其中冠层上部沉积量均值为0. 608μL/cm2,显著大于中、下部沉积量,而中、下部雾滴沉积量差异不显著;喷施方向0°时,其雾滴沉积量均值最大,显著大于沉积量最小的45°方向。茶树低容量喷雾时,雾滴平均沉积密度均大于26个/cm2,冠层顶部变异系数均不大于标准中规定的0. 5,满足国家标准中农药喷雾机喷洒质量要求。     

地面弥雾机与六旋翼植保无人机在芒果冠层中雾滴沉积性能对比

为解决芒果园传统植保作业中农药用量大、施药不均匀、作业效率低等问题,并构建智慧芒果园,本研究对比了地面弥雾机和六旋翼植保无人机两种果园施药机具在芒果冠层中的药液雾滴沉积性能。将芒果冠层分为上中下层,以柠檬黄为示踪剂,使用高清相纸与滤纸采集药液雾滴,通过图像处理等手段分析雾滴沉积分布均匀性。试验结果表明,植保无人机在芒果树上部冠层叶片表面的雾滴覆盖率显著高于地面弥雾机,在其余冠层部位,两种施药机具在叶片表面药液无显著差异覆盖;植保无人机处理组叶片正反面平均覆盖率均为地面弥雾机的1.5~2倍,对叶片背面的防治优于地面弥雾机。地面弥雾机处理组叶片正面雾滴密度显著高于植保无人机,叶片背面无显著差异,植保无人机处理组正反面均未满足低量喷雾20个/cm2的病虫害防治要求。地面弥雾机药液沉积集中在中下冠层（61.1%）,植保无人机集中在上部冠层（43.0%）,冠层内部沉积比例地面弥雾机（48.6%）＞植保无人机（25.5%）,但地面弥雾机在冠层上部沉积能力不足,沉积占比仅为17%。研究表明,相较于植保无人机,地面弥雾机适用于芒果冠层中下部及内部病虫害防治,同时该机具较高的雾滴覆盖密度在喷洒杀菌剂时也有明显优势,植保无人机适用于针对芒果上部冠层如蓟马、炭疽等易发于外部花絮的病虫害防治。     

静电喷嘴雾化特性与沉积效果试验分析

为了探究电极材料对静电喷嘴雾化效果和荷电性能的影响,确定设计的静电喷嘴的最佳作业参数,并明确静电作用对雾滴沉积效果的影响,以电极材料、电极电压、喷施压力和喷孔直径为喷施变量,针对设计的静电喷嘴进行室内雾化和沉积试验。研究结果表明:设计的静电喷嘴最佳电极电压为8 k V,最佳电极材料为紫铜,最佳喷施压力为170 k Pa;相比于非静电喷雾,静电作用开启后,静电喷嘴的有效喷幅增加约50 cm;在3个采样层的雾滴沉积密度依次增加了23、19、10个/cm2;在喷嘴雾化的所有雾滴中,粒径在50~120μm区间的雾滴受静电作用影响最大,静电作用开启后,此区间段内的雾滴沉积数量增加了约2倍,当雾滴粒径大于120μm时,雾滴沉积密度随雾滴粒径的增大呈下降趋势;沉积的雾滴主要是粒径在180μm以下的雾滴,因此适合最佳生物粒径为180μm及180μm以下的作物。     

密闭空间冷烟雾滴沉积分布特性研究

对常温烟雾机进行了密闭棚室喷雾试验,研究常温烟雾施药技术在南方中档塑料棚室内的喷雾适应性、雾滴沉降分布规律、雾滴沉积密度及试验参数设置合理性。结果表明：雾滴沉积均匀性较好,变异系数平均为0．28;雾滴沉积密度很高,平均在31．44粒／mm^2;试验参数设置基本合理。采用常温烟雾施药技术将提升设施农业病虫害防治水平。