气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对沉积性能影响解耦研究

气流辅助喷雾中气流导致的冠层孔隙变化和对雾滴胁迫作用的影响是耦合的,两者最终影响雾滴沉积性能,明晰两者的耦合比例对沉积性能的影响,可为风送参数优化和喷雾模式改进提供指导。本文以盛花期棉花为研究对象,通过设计解耦试验方案,分析气流辅助施药过程中气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对雾滴沉积行为的不同影响。首先,借助高速相机标定棉花枝叶风载下的变形量,得到气流速度、叶面积、变形量三者间的拟合关系,通过仿真叶片风载变形试验得出,仿真叶片与真实叶片的风载变形相对误差在17%之内,从而确定了仿真枝叶模型应用于风送喷雾试验的可行性;然后,基于棉花生长发育的枝叶构型3/8规律,搭建冠层孔隙可风载变形的方案1棉花模型,测量方案1棉花冠层内气流场数据,计算风载后枝叶变形量,并使用物理手段固定枝叶变形量,形成风载变形后冠层孔隙固定的方案2棉花模型,将自然状态下棉花枝叶固定,保持风载下冠层孔隙不变作为方案3棉花模型;最后,针对3种试验方案的棉花模型,通过改变辅助气流风速进行了风送沉积试验。结果表明：相较于冠层孔隙变化,气流对雾滴的胁迫作用更有利于雾滴在冠层内的沉积行为,两者对于雾滴沉积量的提升比例分别为39.81%和10.52%;相比于气流对雾滴的胁迫作用,冠层孔隙增大形成的雾滴运移通道更有利于雾滴在冠层内的均匀分布,两者对沉积均匀性的提升比例分别为42.71%和1.10%。本研究可为基于不同作物冠层孔隙变化特性的新型喷雾模式设计提供参考。     

高地隙隧道式循环喷雾机设计与试验

为实现烟草、葡萄等作物的高效施药,本文设计了一种高地隙隧道式循环喷雾机,各控制系统模块均通过485总线连接到嵌入式工控机,通过工控机对数据采集和执行机构进行统一控制。进行了雾滴沉积试验和药液循环回收试验,试验测得在"П"式作业形态下改变喷头安装角度会影响雾滴在冠层内的沉积分布。喷头安装偏角15°时,叶片正面的雾滴沉积均匀性最好,沉积均匀性变异系数为19.22%。喷头安装偏角30°时,叶片反面的雾滴沉积均匀性最好,沉积均匀性变异系数值为25.50%。随着喷头安装偏角的增加,外冠层叶片反面的雾滴沉积量逐渐增大,而内冠层叶片反面的沉积量在喷头安装偏角为30°时达到最大值2.93μg/mL。不同喷头安装偏角下,上冠层叶片正面的雾滴沉积量明显高于中冠层和下冠层叶片正面的雾滴沉积量,上冠层叶片反面的雾滴沉积量略高于中冠层和下冠层叶片反面的雾滴沉积量。在"П"式形态循环喷雾作业下,测定喷雾机的药液回收率为7.33%左右。试验结果表明:喷雾机具有较好的药液喷雾沉积和回收性能,在喷头安装偏角为15°和30°时喷雾机有更好的雾滴沉积均匀性和更高叶片反面雾滴沉积量。     

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.     

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。     

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。     

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。     

不同施药机具在玉米田间的雾滴沉积分布试验

针对我国玉米等高秆作物生长中后期的机械化植保难题,进行了3WX-1000G喷杆喷雾机、3WX-2 0 0 0 G喷杆喷雾机、STORM1 5 0 0风送远程喷雾机等3种大型自走式施药机具的玉米田间喷雾试验,比较分析了不同施药技术与机具对雾滴沉积分布规律的影响,为筛选技术水平先进,并与玉米病虫害防治要求相适应的施药技术与植保机具的技术提升提供依据。试验结果表明:风幕辅助气流能有效提高雾滴在玉米冠层内的沉积量和覆盖率,在冠层中部和下部的平均沉积量比无风幕时提高了36.4%和17%;冠层各部分的覆盖率均比无风幕时有所提高,冠层下部增长率最高,达到28%;风幕辅助气流还能有效改善雾滴在玉米植株上的分布均匀性;风送式远程喷雾机的风力辅助作用有助于将雾滴向远程输送,大大提高了喷幅及作业效率,但大量雾滴集中于喷幅的前段区间,使其在整个喷幅范围内的雾量分布均匀性远差于喷杆喷雾机,最大变异系数超过1。     

无人植保喷烟机的设计及试验研究

针对高秆、密植作物的病虫害防治,喷雾雾滴穿透性差,防治效率低的问题,将无人机远程控制技术、烟雾载药技术与低量喷雾技术进行融合,设计一种高效的无人植保喷烟机以及远程喷烟与飞行控制技术集成系统,通过整机能源匹配优化各个系统的工作时长并确定载药、燃油的体积,以及无人喷烟作业参数,实现无人植保喷烟作业。开展无人植保喷烟机在不同航高、液泵开度和时间节点条件下烟雾雾滴在林间穿透及沉积的研究。结果表明,当航高为8 m时,烟雾雾滴沉积浓度平均为2 542.58μg,穿透效果最好,烟雾雾滴沉积量最均匀;增大液泵开度有利于改善烟雾雾滴在树苗冠层垂直方向上的沉积量;傍晚作业时的雾滴穿透及沉积效果优于中午作业。研究结果为农林病虫害防治提供新的无人植保装备,也为高秆、密植作物的有效病虫害防治提供的新的手段。     

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。     

无人机喷雾参数对粳稻冠层沉积量的影响及评估

主要研究了植保无人机在水稻灌浆期喷施磷酸二氢钾(KH2PO4)的作业效果及八旋翼无人机喷雾参数对水稻叶片雾滴沉积分布的影响,测试分析了无人机在水稻灌浆期植保作业时雾滴的沉积效果。研究采用雾滴测试卡接收雾滴,通过调节无人机的作业高度进行雾滴沉积量评估试验。根据作业高度不同,共设计3组试验,高度分别是3、4、5m。结果表明:不同作业高度时,雾滴在水稻冠层和下层具有不同的沉积效果,且分布均匀性的变异系数也不同。作业高度5m时,雾滴在水稻叶片上的总沉积量最少,均匀性最差,冠层和下层的变异系数分别为92.11%、150.29%;作业高度3m时,雾滴在水稻叶片上的总沉积量高于4m和5m时的沉积量,均匀性较好,冠层和下层的变异系数分别为32.94%、49.47%。3组作业高度均显示:雾滴在水稻冠层的沉积量高于下层叶片,叶片正面的沉积量高于反面,叶片反面沉积量可达到正面叶片的1/2以上。本研究对八旋翼无人机高效利用、提高农药喷施作业效率、增加水稻产量具有深远的意义。     

喷雾技术参数对雾滴沉积分布影响试验

为了研究果园轴流风机风送喷雾机喷雾技术参数对雾滴沉积分布的影响,分别设置了4种喷雾压力、风机出口风速和行驶速度,3种采样高度,对稀疏靶标(沉积架)和仿真树靶标进行了喷雾试验并进行回归分析.试验结果表明,喷雾压力对雾滴沉积无明显影响,减小行驶速度可增加枝叶正反面雾滴的沉积,增大风机出口风速可有效增加雾滴在枝叶反面的沉积;...     

设施固定管道式二相流常温烟雾系统雾滴沉积试验

针对缺乏设施专用高效施药机具,现有机具雾化性能差,农药有效利用率低,人员受毒害严重等问题,设计了设施固定管道式二相流常温烟雾系统,并结合推车式常温烟雾机,进行了喷雾性能对比试验,同时以结果期苏椒5号为试验对象,研究了作物冠层对二相流烟雾系统雾滴沉积分布的影响。试验设置二相流烟雾系统的工作气压为0.3MPa,液压为0.05MPa,施药流量为2L/min;常温烟雾机放置在温室中间位置距离前方采集区域2m处,风筒与水平地面呈15°倾角,向正前方喷雾,施药流量为1.5L/min,总施药时间为5min。结果表明,二相流烟雾系统每个采集区域的沉积量最大值均出现在喷头喷射方向前方约1m处（采样点4或5,与喷头喷射方向有关）,CV1稳定在25%~35%之间,反映出横向各采样点雾滴沉积量的差异和分布规律的一致性;常温烟雾机雾滴沉积量在前、中、后各区域内的变异系数分别为70%、29%和0,导致前方（7~9m）各采样点雾滴沉积量变异系数高达70%的原因是雾滴集中沉积在烟雾机前方的固定区域（采样点3~6）,而在两侧的沉积量过低,后方（41~43m）沉积量变异系数为0,是因为烟雾机风送距离有限导致后方各采样点无雾滴沉积。从沉积量的区间分布特性看,与常温烟雾机相比,二相流烟雾系统各采集区域雾滴沉积量的变异系数仅为13%。以上结果说明,二相流烟雾系统能够实现整个棚室的无人施药作业,且雾滴沉积分布均匀性较好;棚室内作物的存在有利于雾滴在周围叶片上聚集,雾滴沉积量在竖直高度和不同区域的分布无显著差异,变异系数不大于13%。综上所述,二相流烟雾系统工作性能稳定,雾滴分布均匀,可明显提升对病虫害的防治效果,能够实现人药分离作业。     

基于鲟鱼头部曲线的植保分禾吊杆组合装置设计与试验

针对作物生长中后期进行植保作业时茎叶背面及植株中、下部雾滴沉积较差的问题,以鲟鱼头部曲线为仿生原型,进行了植保仿生分禾与吊杆组合施药装置设计与试验。基于仿生构建提取了鲟鱼头部轮廓曲线,实现分禾叶片结构仿生,并分析了茎叶减伤机理,通过理论分析建立茎秆弯曲和回弹数学模型,确定了分禾叶片宽度、喷头距分禾叶片尾端距离等关键结构参数。运用ADAMS仿真软件模拟分禾叶片与茎秆的接触全过程,检验仿生分禾叶片相对于原型圆弧分禾叶片的降阻减伤效果。通过正交旋转组合试验探讨结构及工作参数对行进阻力及雾滴沉积度的影响规律,采用蚁群算法对数学回归模型进行多目标优化,获得Pareto最优解集,确定最佳参数组合为行进速度7.0 km/h、倾斜角16°、距地高度155 mm,在此参数组合下行进阻力38.7 N,平均雾滴沉积度31.5个/cm^2。田间性能试验表明,试验结果与优化结果误差较小;与传统施药方式相比,仿生植保分禾与吊杆组合装置能够显著改善雾滴在植株中、下部的沉积情况,其变异系数为5.3%;与现有原型圆弧分禾装置相比,仿生分禾装置可使雾滴沉积度提高13.6%、前进阻力降低20.7%,行进阻力变化趋势与仿真结果误差较小。     

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有明显差异。悬停时,单旋翼无人机的冠层扰动区域呈环状,面积较大;多旋翼无人机呈圆形面积较小。作业时因受机身不对称结构影响,单旋翼无人机前进和倒退两种飞行姿态的冠层扰动区域特征有所不同,前进时冠层扰动区域面积小且不规则,倒退时,扰动区域面积较大且呈U状分布包裹机头;多旋翼无人机2种飞行姿态下冠层扰动区域面积和形状基本一致。作业速度对冠层扰动区域特征有显著影响。速度低时,扰动区域较为集中,呈近似椭圆形分布植株摆动剧烈;速度高时,下洗气流扫掠而过,扰动区域呈长条状分布,植株摆动很小。当P20型植保无人机速度为3、4、5、6 m/s时,冠层扰动区域平均滞后距离分别为1.77、2.71、3.61、4.31 m。扰动区域滞后距离和无人机飞行速度成正比,对两者关系进行回归分析,得出决定系数R~2为0.875 4。此外,速度越大,下洗气流对自然风的抵抗作用越弱,冠层扰动区域位置不稳定,不利于抑制雾滴漂移。     

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。     

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。