植保无人机作业参数对雾滴在火龙果树冠层沉积分布的影响

为探究多旋翼植保无人机作业参数对火龙果树冠层雾滴沉积分布的影响,应用极飞P20多旋翼植保无人机对火龙果树进行喷雾作业,采用正交试验对主要作业参数（航线方向、作业高度与作业速度）进行优选。结果表明,植保无人机对火龙果树施药在航线平行于种植行、作业高度为1.5 m (距离冠层顶部高度)、作业速度为1.5 m·s-1条件下,雾滴在火龙果树各个冠层的雾滴沉积密度,覆盖率最大。极差分析结果显示,作业速度是雾滴沉积密度和火龙果树上层雾滴覆盖率的最主要影响因素;而作业高度是火龙果树中层、下层雾滴覆盖率和雾滴分布均匀性的最主要影响因素,当作业高度为1.5 m 时雾滴分布均匀性最好。根据P20多旋翼植保无人机喷雾在火龙果树冠层的雾滴沉积分布情况,对植保无人机的作业参数进行了优选,为提高植保无人机施药雾滴在火龙果树冠层的有效沉积分布,实现所选机型在火龙果树病虫害防控中的高效应用奠定了基础。     

小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响

【目的】探索小型植保无人机对果树喷施作业的雾滴沉积分布效果及应用前景,研究小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响。【方法】采用三因素(飞行高度、飞行速度、喷施流量)的正交试验,应用小型六旋翼植保无人机进行喷雾试验。【结果】根据雾滴沉积密度和雾滴沉积均匀性结果,较佳的作业参数是喷头流量1.0 L·min~(-1)、作业高度2.5 m、作业速度4 m·s~(-1),影响雾滴沉积密度的主次顺序依次为作业速度、作业高度、喷头流量;根据雾滴沉积穿透性结果,作业高度均为2.0 m的试验号2(作业速度4 m·s~(-1),喷头流量0.6 L·min~(-1))和试验号8(作业速度1 m·s~(-1),喷头流量1.0 L·min~(-1))中雾滴沉积穿透性分别为22.21%和22.41%,其雾滴覆盖密度大且穿透性较好;影响雾滴沉积穿透性的因素主次顺序为作业高度、作业速度、喷头流量。【结论】针对植保无人机旋翼风场的影响和橘树独特的树形结构,对植保无人机的作业参数进行了优选,以保证航空喷施作业雾滴在橘树冠层的有效沉积分布。本试验研究可为小型无人机对果树的合理喷施、提高喷施效率提供参考和指导。     

四旋翼植保无人机喷雾参数对东北粳稻雾滴沉积的影响

为研究多旋翼植保无人机低空喷施作业过程中,水稻冠层雾滴沉积的分布规律,本研究在水稻冠层叶片正反面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。本研究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冠层的分布结果。试验结果表明:(1)植保无人机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。雾滴冠层覆盖率为54.86%。(2)水稻冠层雾滴扩散比为0.38,平均粒径范围处于110~140um之间,粒径大小适合用于植物病虫的防治。本研究在一定程度上说明了植保无人机雾滴在水稻冠层方向的沉积分布情况,对于利用无人机进行植保作业、提高药剂利用率、降低农药化肥污染具有指导意义。     

柑橘园植保无人飞机低容量喷雾技术探索——以柑橘木虱和潜叶蛾防控为例

【目的】探索植保无人飞机(unmanned aerial vehicle,UAV)喷雾在柑橘冠层的雾滴沉积分布规律和无人机植保作业参数,并开展柑橘木虱(Diaphorina citri)和潜叶蛾(Phyllocnistis citrella)无人飞机防控实效研究,评估防治效果、作业效率和综合效益,为UAV低空低容量喷雾技术的建立和在柑橘产区的应用提供依据。【方法】在丰产期的鸡尾葡萄柚园,将4行约100株自然圆头形树冠修剪成开心形,另选4行自然圆头形树冠作为对照。在采样植株冠层内部搭设立体网格架,网格架垂直方向分上、中、下3层,每层设置3×5共计15个采样点,每株树共计45个观察点,每个点放置两张4 cm×6 cm铜版纸卡作为雾滴承接载体。以0.5%诱惑红水溶液作为示踪剂,六旋翼UAV分别在不同飞行作业速度(v_1=0.7 m·s~(-1)、v_2=1.2 m·s~(-1)、v_3=1.7 m·s~(-1))和不同作业高度(h_1=1.0 m、h_2=1.5 m、h_3=2.0 m)处理下喷雾。每次处理后采集纸卡,通过300 dpi分辨率扫描仪扫描,计算纸卡上诱惑红水溶液的铺展面积百分数,计为雾滴在柑橘叶片上的雾滴覆盖率,分析所喷洒雾滴在植株冠层的沉积分布规律,优选作业参数。以管道系统人工手持喷枪喷雾为对照,通过筛选出的优选作业参数开展柑橘木虱与潜叶蛾的UAV防控试验验证。施药日期依据果园气候和害虫发生情况确定,试验周期从2017年4月始到10月止,即此园春梢萌发到秋梢老熟的全部时期,其中包括了全年柑橘木虱和潜叶蛾危害高峰期。每次作业时,记录UAV和人工喷雾的作业量、耗费时间、用药量、用工人次、用水量、农药价格及其他支出等信息,喷药后每隔15 d左右调查一次虫口情况。【结果】柑橘园UAV喷雾施药,在兼顾作业效率和有效雾滴沉积的情况下,以开心形树冠、飞行高度1.0 m和飞行速度1.7 m·s~(-1)为作业参数,其作业雾滴穿透和分布效应较佳,平均雾滴覆盖率达19.1%;采用此作业参数,在柑橘园实施柑橘木虱与潜叶蛾的UAV防控试验,与人工喷雾作业相比,防治效果不存在显著性差异,但UAV喷雾作业的效率、总成本、施药量分别是人工喷雾的45倍、63.3%和10%。【结论】基于适宜的喷雾作业参数和树形结构的柑橘木虱和潜叶蛾多旋翼UAV飞防作业,可获得较好的防治效果,并且可显著提高作业效率、显著减少农药施用量,降低植保作业的综合成本。     

单旋翼无人机流场分布特征及作业性能试验研究

为探究Z-3N单旋翼油动无人机在梨园进行病虫害防治作业的适用性,对其旋翼流场进行流体仿真并在梨园进行喷雾试验。结果表明:旋翼下压风场分布较为均匀,压强分布为上层>中层>下层,下层最低压强为3.54 N/m2,说明旋翼下压风场可以较好地穿透到果树下层,下层最小风速≥3 m/s,有助于雾滴到达梨树叶面叶背。单旋翼油动无人机喷雾作业后的梨树冠层雾滴沉积覆盖率上层叶面平均覆盖率为9.31%,叶背为1.34%;中层叶面平均覆盖率为10.79%,叶背为3.46%;下层叶面为2.47%;叶背为1.58%。靶标果树冠层叶面的平均体积中值直径为上层>中层>下层,叶背的平均体积中值直径为中层>上层>下层,雾滴均匀分布为中上层优于下层。田间试验表明单旋翼油动无人机的旋翼下压风场分布和药液雾滴沉积覆盖率适用于梨园的病虫害防治作业。     

无人机喷雾参数对雾滴在香梨花期冠层沉积分布的影响

为探索无人机喷雾参数对雾滴在香梨花期冠层沉积分布的影响,以密植库尔勒香梨为试材,选用四旋翼电动植保无人机为喷施器械,采用三因素（飞行高度、亩喷液量、飞行速度）三水平正交试验方法,以授粉液雾滴沉积密度、均匀性及雾滴覆盖率为评价指标,进行了无人机喷雾参数对雾滴在香梨花期冠层沉积分布的影响试验。结果表明,雾滴沉积密度和均匀性以处理6的飞行参数较优（飞行高度1.5 m、亩喷液量4.0 L/亩、飞行速度3.0 m/s）,从雾滴沉积密度极差分析结果可以看出,影响雾滴沉积密度的主要因素依次是亩喷液量、飞行高度、飞行速度。     

柑橘园植保无人飞机低容量喷雾技术探索——以柑橘木虱和潜叶蛾防控为例

【目的】探索植保无人飞机（unmanned aerial vehicle,UAV）喷雾在柑橘冠层的雾滴沉积分布规律和无人机植保作业参数,并开展柑橘木虱（Diaphorina citri）和潜叶蛾（Phyllocnistis citrella）无人飞机防控实效研究,评估防治效果、作业效率和综合效益,为UAV低空低容量喷雾技术的建立和在柑橘产区的应用提供依据。【方法】在丰产期的鸡尾葡萄柚园,将4行约100株自然圆头形树冠修剪成开心形,另选4行自然圆头形树冠作为对照。在采样植株冠层内部搭设立体网格架,网格架垂直方向分上、中、下3层,每层设置3×5共计15个采样点,每株树共计45个观察点,每个点放置两张4 cm×6 cm铜版纸卡作为雾滴承接载体。以0.5%诱惑红水溶液作为示踪剂,六旋翼UAV分别在不同飞行作业速度（v₁=0.7 m·s^-1、v₂=1.2 m·s^-1、v₃=1.7 m·s^-1）和不同作业高度（h₁=1.0 m、h₂=1.5 m、h₃=2.0 m）处理下喷雾。每次处理后采集纸卡,通过300 dpi分辨率扫描仪扫描,计算纸卡上诱惑红水溶液的铺展面积百分数,计为雾滴在柑橘叶片上的雾滴覆盖率,分析所喷洒雾滴在植株冠层的沉积分布规律,优选作业参数。以管道系统人工手持喷枪喷雾为对照,通过筛选出的优选作业参数开展柑橘木虱与潜叶蛾的UAV防控试验验证。施药日期依据果园气候和害虫发生情况确定,试验周期从2017年4月始到10月止,即此园春梢萌发到秋梢老熟的全部时期,其中包括了全年柑橘木虱和潜叶蛾危害高峰期。每次作业时,记录UAV和人工喷雾的作业量、耗费时间、用药量、用工人次、用水量、农药价格及其他支出等信息,喷药后每隔15 d左右调查一次虫口情况。【结果】柑橘园UAV喷雾施药,在兼顾作业效率和有效雾滴沉积的情况下,以开心形树冠、飞行高度1.0 m和飞行速度1.7 m·s^-1为作业参数,其作业雾滴穿透和分布效应较佳,平均雾滴覆盖率达19.1%;采用此作业参数,在柑橘园实施柑橘木虱与潜叶蛾的UAV防控试验,与人工喷雾作业相比,防治效果不存在显著性差异,但UAV喷雾作业的效率、总成本、施药量分别是人工喷雾的45倍、63.3%和10%。【结论】基于适宜的喷雾作业参数和树形结构的柑橘木虱和潜叶蛾多旋翼UAV飞防作业,可获得较好的防治效果,并且可显著提高作业效率、显著减少农药施用量,降低植保作业的综合成本。     

阿维菌素无人机喷施的沉积特征及防效研究

分析不同剂型农药使用植保无人机和电动喷雾器喷雾后,农药雾滴在水稻冠层的沉积分布特征,阐明不同剂型的沉积结构及空间分布对药剂防治效果的影响。以农药雾滴采集器械和水敏纸采集农药雾滴,通过DepositScan软件分析雾滴覆盖率和雾滴密度,并利用高效液相色谱测定农药沉积量。在施药量(a.i.)45 g/hm~2条件下,植保无人机喷雾的雾滴体积中径和雾滴密度低于电动喷雾器。无人机喷雾在水稻冠层的沉积分布为由上到下递减,电动喷雾器在水稻冠层的沉积由上到下分布均匀。5种剂型应用于植保无人机喷雾的雾滴粒径由小到大依次为干悬浮剂、悬浮剂、水乳剂、乳油和水分散粒剂,沉积密度从大到小依次为干悬浮剂、水分散粒剂、水乳剂、乳油和悬浮剂,沉积量由高到低依次为干悬浮剂、乳油、水乳剂、水分散粒剂和悬浮剂。在施药量(a.i.)45 g/hm~2条件下,植保无人机干悬浮剂防效最高,电动喷雾器各剂型防效无显著性差异。植保无人机和电动喷雾器稻田喷雾,5种剂型中干悬浮剂在无人机喷雾中效果最好,同一施药量下干悬浮剂防效最高,与其他剂型差异显著。与植保无人机相比,5种剂型在电动喷雾器上的喷雾效果和防效无显著性差异。     

多旋翼植保无人机棉花飞防作业效果

目的 研究植保无人机喷施作业雾滴的沉积分布规律和病虫害防治效果,为植保无人机田间作业提供理论依据和技术支持。方法 使用无人机和喷杆喷雾机进行喷施试验,以卡罗米特纸卡和滤纸作为取样器采集雾滴,研究雾滴在棉花冠层的沉积规律,比较两种植保机械的病虫害防治效果。结果 在有效喷幅范围内,无人机喷施作业雾滴主要集中在棉花冠层上部,棉花冠层中部和下部雾滴沉积量和覆盖率均较低;无人机施药雾滴在上风向和下风向的飘移量有显著差异,上风向雾滴平均飘移百分比为4.93%,下风向平均飘移百分比为14.96%,且波动较大;JT-30植保无人机和3W-1000Y悬挂式喷杆喷雾机在施药7 d后对棉蚜防治效果较好,在施药后15 d对棉叶螨防治效果较好。结论 雾滴在棉花冠层的穿透性较差,下风向雾滴飘移现象较突出,对蚜虫的防治效果较好。     

山地果园固定管道喷雾装置设计与性能研究

针对山地果园植保作业困难,传统固定管道喷雾系统对果树内膛施药效果较差的问题,设计了1种由果树内膛向外喷药的固定管道喷雾装置,为探究喷雾装置对高纺锤形苹果树的施药效果以及施药过程中果园内微域环境的变化情况,对装置性能进行了田间试验研究。试验结果表明:雾滴可穿透冠层附着在外侧靶标,果树下方冠层雾滴沉积覆盖率均集中在30%,固定管道喷雾设备对下层较厚冠层的穿透性能良好;在垂直方向,上、中、下冠层雾滴沉积密度变异系数分别为11.21%、13.24%、12.56%;测量喷雾后果园内环境温湿度,温度最大降幅为7.2℃,湿度最大升幅为21%,果园微域环境温湿度变化明显。本研究为山地果园植保作业提供了1种新方法。     

航空喷施与人工喷施方式对水稻施药效果比较

【目的】找出小型无人直升机航空喷施雾滴在水稻植株的沉积分布规律,并比较农用无人机航空喷施方式和人工喷施方式的不同。【方法】通过喷施试验研究了市场上主流的2种不同型号无人机(油动单旋翼和电动单旋翼小型无人直升机)、不同作业参数对水稻冠层雾滴沉积分布结果的影响,并比较了不同农用无人机航空喷施方式和人工喷施方式的效果和效率。【结果】航空喷施方式下的作业参数对雾滴沉积量和穿透性均有着相同的影响趋势,均表现出作业速度越慢,雾滴在植株间的沉积量越多,穿透性越好;作业高度越低,沉积量越多,但穿透性较差。但由于不同类型无人机旋翼风场强度的不同,油动单旋翼小型无人直升机喷施作业时作业高度对雾滴的沉积均匀性影响明显,而电动单旋翼小型无人直升机喷施作业时作业速度对雾滴的沉积均匀性影响明显。人工喷施作业的雾滴在水稻植株上、中、下3层的沉积均匀性最差,且雾滴在水稻植株间的穿透性也最差,为110.42%,人工喷施雾滴大部分都沉积在植株上层,只有3.27%的药液量到达植株的底部,而航空喷施作业有10%~30%的药液量能到达植株的底部。【结论】从不同喷施作业方式的效果和效益来看,航空喷施雾滴沉积效果优于人工喷施雾滴沉积效果,作业效率约为人工喷施方式的10倍,且成本低,效益高。     

防飘喷头在植保无人飞机水稻病害防治应用研究

为了解植保无人飞机应用文丘里防飘喷头对水稻病害的防效影响。利用植保无人飞机搭载文丘里防飘喷头的方法,分析雾滴沉积特性及水稻纹枯病、稻曲病的防治效率。结果表明:应用文丘里防飘喷头雾滴在冠层上部与下部以及总体沉积量均超过应用常规扇形喷头的雾滴沉积量,相对于小雾滴,植保无人飞机采用大雾滴可以改善雾滴在冠层中的穿透性及喷幅范围内的雾滴分布均匀性;不论是粗雾滴还是细雾滴,植保无人飞机均可以有效防治稻曲病,而且防效优于传统的背负式喷雾器;纹枯病植保无人飞机应用文丘里防飘喷头施药后,其防效达到80%,与背负式喷雾器防效相当,较常规扇形喷头防效提高30%。因此,水稻叶部病害应用文丘里防飘喷头能够达到病害防治要求。     

M45型多旋翼植保无人机减量施药对稻飞虱防治效果的影响

目的 研究多旋翼植保无人机减量施药对雾滴沉积效果以及稻飞虱防治效果的影响,促进水稻减量施药技术发展。方法 采用M45多旋翼植保无人机开展水稻施药田间试验,选取15.0和22.5 L/hm² 的施药液量,以及人工施药推荐剂量100%、90%、80%的3种减量农药剂量,研究不同施药液量和减量农药剂量对雾滴沉积效果以及稻飞虱防治效果的影响。结果 水稻冠层上部的雾滴沉积量明显优于冠层下部,2种施药液量以及3种减量农药剂量对雾滴沉积量的影响不显著;施药1周后稻飞虱数量显著减少。在相同施药液量条件下,减量农药剂量的变化对稻飞虱防治效果影响不明显。80%的农药剂量能满足稻飞虱防治要求。结论 无人机水稻施药作业中可选择80%的农药剂量进行减量施药。本研究可为水稻减量施药、减少水稻植保作业成本提供有益参考。     

植保无人机水稻田间农药喷施的作业效果

【目的】测试和对比电动单旋翼与电动多旋翼植保无人机在水稻田间的作业效果。【方法】测试的植保无人机为HY-B-15L型单旋翼植保无人机(单旋翼机)和MG-1S型多旋翼植保无人机(多旋翼机)。以一定比例的罗丹明B与善思纳米农药的混合溶液作为喷施溶液,通过改变无人机作业高度和农药喷洒量进行田间喷施试验,采用荧光示踪剂法和水敏纸图像分析法获得2种无人机在不同喷施条件下喷施的雾滴在靶标上的沉积效果。按田间药效调查准则,调查不同处理下的纳米农药对水稻病虫害的防治效果。【结果】2种无人机喷施的雾滴在各采样点上的沉积量随农药喷洒量的增加而增加,当农药喷洒量为66.67和100.00 mL·hm~(–2)时,单旋翼机在各采样点上的沉积量比喷洒量为46.67 mL·hm~(–2)时的分别增加了48.50%和137.73%,多旋翼机分别增加了66.60%和111.88%。作业高度影响了无人机喷施雾滴在采样点上的沉积量和沉积均匀性,当作业高度由1.5 m增加至2.5 m时,单旋翼机喷施的雾滴在采样点上的沉积量和沉积均匀性分别降低了19.3%和53.6%、多旋翼机分别降低了48.7%和22.9%。在4种喷施条件下,单旋翼机在采样点上的沉积量比多旋翼机同条件下分别高出85.8%、26.5%、59.4%和123.4%。单旋翼机在1.5 m和46.67 mL·hm~(–2)作业条件下,农药对稻飞虱Nilaparvata lugens、稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis、稻秆潜蝇Chlorops oryzae、细菌性条纹病及稻瘟病5种水稻病虫害的防治效果最好,防效分别为87.63%、76.67%、84.08%、59.26%和82.33%;多旋翼机在1.5 m和66.67 mL·hm~(–2)作业条件下,农药对上述水稻病虫害的防治效果最好,防效分别为86.54%、78.62%、89.47%、66.67%和83.33%。【结论】2种植保无人机由于旋翼风场不同,导致雾滴沉积效果不同,单旋翼植保无人机喷施效果更好;2种无人机喷施的农药最终对水稻病虫害的防治效果无明显差异,且防治效果均达到国家防效标准。     

The computational fluid dynamic modeling of downwash flow field for a six-rotor UAV

The downwash flow field of the multi-rotor unmanned aerial vehicle (UAV), formed by propellers during operation, has a significant influence on the deposition, drift and distribution of droplets as well as the spray width of the UAV for plant protection. To study the general characteristics of the distribution of the downwash airflow and simulate the static wind field of multi-rotor UAVs in hovering state, a 3D full-size physical model of JF01-10 six-rotor plant protection UAV was constructed using SolidWorks. The entire flow field surrounding the UAV and the rotation flow fields around the six rotors were established in UG software. The physical model and flow fields were meshed using unstructured tetrahedral elements in ANSYS software. Finally, the downwash flow field of UAV was simulated. With an increased hovering height, the ground effect was reduced and the minimum current velocity increased initially and then decreased. In addition, the spatial proportion of the turbulence occupied decreased. Furthermore, the appropriate operational hovering height for the JF01-10 is considered to be 3 m. These results can be applied to six-rotor plant protection UAVs employed in pesticide spraying and spray width detection.     

植保无人机对水稻病虫害防治条件与防效的研究

为了探索植保无人机对水稻病虫害防治条件和防治效果,研究了植保无人机飞行高度、飞行速度、飞防助剂等条件对农药雾滴特性的影响,同时研究了两种不同施药方式对水稻纹枯病、稻曲病、螟虫防效的影响。结果表明,在植保无人机飞行高度距离水稻冠层2 m、飞行速度3 m·s^-1时,雾滴沉降密度（22.3个·cm^-2）最大,雾滴在水稻冠层不同部位的沉降密度存在差异：上部＞中部＞下部;添加飞防助剂药液湿润面积增加764%,雾滴中直径、覆盖率由未添加助剂前 256.3 μm、5.56%增加至327.5 μm、9.82%,雾滴密度由未添加助剂前20.3个·cm^-2降低至16.4个·cm^-2。在水稻孕穗期,相同药剂配方条件下,植保无人机喷施化学药剂和生物药剂对水稻纹枯病的防治效果分别为86.20%、83.20%,显著优于传统人工电动喷雾器喷洒防治效果;而对稻曲病的防治效果分别为86.51%、84.01%,对螟虫的防治效果分别为89.32%、81.47%,两种喷药方式的防治效果无显著差异。研究结果表明,植保无人机在最适飞行高度、飞行速度和添加飞防助剂等条件下,对水稻病虫害防治效果显著,具有大面积推广应用价值。