冬小麦田植保无人飞机喷施除草剂雾滴粒径及沉积飘移分布特性评估

随着植保无人飞机作业面积的增加,雾滴飘移风险也日益凸显,尤其以除草剂飘移风险危害最高。为明确除草剂溶液对雾滴粒径的影响及植保无人飞机喷施除草剂雾滴沉积飘移分布特性,本研究通过室内雾化室测定了植保无人飞机安装的离心转盘雾化喷头喷洒清水及常用的15种麦田除草剂溶液的雾滴粒径分布,并通过田间试验在药箱中添加荧光示踪剂（60 g/hm²）测定喷施作业区和飘移区的雾滴沉积量分布。室内测定结果表明,与清水相比,除草剂溶液对雾滴粒径影响显著。除唑草酮水分散粒剂外,其余溶液经离心转盘雾化喷头喷洒后,雾滴体积中径较清水均有所降低,且最大降低22.0%;小雾滴（V<150 μm）比例均有所增加,最大增加50.8%。田间飘移试验表明,植保无人飞机喷洒150 μm雾滴,在环境侧风风速为3.76 m/s时,作业区的雾滴沉积覆盖度和雾滴沉积密度仅为风速0.74 m/s时的41.3%和42.2%,且均匀性显著降低。在飘移区下风向12 m位置,雾滴沉积量为作业区的10%以下;下风向50 m处,雾滴沉积量低于检测限（0.0002 μL/cm²）。飘移比率随风速的增加而增加,当风速达到3.76 m/s时,雾滴飘移比率达到46.4%。不同侧风风速下,90%的累积飘移位置在4.8~22.4 m。对飘移区沉积量与飘移距离、侧风风速拟合,结果表明下风向沉积量与风速呈正比。本研究为植保无人飞机冬麦田不同风速作业下的雾滴飘移距离提供数据支持,为喷雾飘移缓冲带、飘移风险评估提供依据。     

烟草喷雾机雾滴均匀性及沉积特性研究

烟草喷雾机作业效果的好坏是决定烟叶质量与产量高低的重要因素,雾滴均匀性及沉积特性是判定烟草喷雾机作业效果的重要指标。选取3种喷雾压力、风机风速和样机行驶速度进行喷雾试验,探究不同条件对雾滴均匀性及沉积特性的影响。试验结果表明：雾滴均匀性随喷雾压力和风机风速增大略微变好,基本不随样机行驶速度增大变化;雾滴覆盖率随喷雾压力增大覆盖率最大值不变,随风机风速增大覆盖率最大值减小,随样机行驶速度增大覆盖率整体减小。试验结果为后续烟草喷雾机优化设计提供参考。     

雾滴飘移预测试验研究

为了提高农药的使用效率和雾滴飘移预测的准确率,针对多因素对飘移距离和飘移量的影响进行比较分析,明确了包括4种喷头、低速风洞系统和喷雾系统的试验设计。首先,采用CFD数值模拟技术开展雾滴飘移规律的研究,且初步了解气流速度、喷头高度及雾滴粒径对于雾滴飘移规律的影响;然后,利用水敏纸的采样方法、iDas Pro的数据分析方法及试验区域雾滴飘移量占比计算方法进行分析计算。在试验方案中记录了试验条件,对喷头粒径进行了标定,且合理布置水敏纸,根据正交表的试验方案进行了基于风洞的雾滴飘移试验,分别得到不同气流速度、喷头高度、雾滴粒径的情况下,距离地面高度不同时的雾滴飘移量占喷施总量的百分比,以及沿着顺风方向和喷头之间的距离不同时的雾滴飘移量占喷施总量的百分比。通过逐步回归分析建立了包含气流速度、喷头高度、雾滴粒径在内的基于风洞的雾滴飘移距离的多元线性回归模型和雾滴飘移量的多元线性回归模型。模型具有良好的拟合性能和可行性,可为雾滴飘移的预测及分析提供依据。     

植保无人机雾滴飘移测试试验台设计及飘移性能分析

文章介绍了植保无人机在农业领域的应用,针对雾滴飘移问题,设计了一种雾滴飘移测试试验台,并对其进行了性能分析。通过该试验台的建立,可以评估无人机植保系统中雾滴飘移的影响因素,并提出相应的改进措施。试验结果表明,该测试试验台具有较好的精确度和可靠性,可为无人机植保技术的发展提供支持。     

喷雾机风幕系统雾滴飘移分析及结构优化

目前,高地隙喷雾机被广泛应用在大田作业中,在喷杆上方加装风幕系统可有效降低农药雾滴的飘失率,从而提高农药的利用率。为此,基于CFD软件,采用离散相模型对雾滴在不同水平风速(0、1、2、3m/s),不同喷头上游压力(0.3、0.7、1MPa)、不同喷施高度(0.5、1、1.5、2m)下的雾滴飘失进行了数值模拟研究。仿真结果表明：雾滴沉积分布在无任何因素干扰下呈圆环分布,当高度为0.5m时,即使水平风速为2m/s,雾滴飘失效果也较不明显,随着水平风速和喷施高度的增加,雾滴飘失逐渐增加;当喷头高度为2m、自然风速为3m/s时,一部分雾滴已飘离计算区域,增大喷头压力则能有效降低雾滴飘移,原因是喷头压力能够给雾滴较大的初速度,协迫雾滴向下运动,以补偿水平风速带来的飘失。通过加装导流板优化风幕结构,采用ANSA软件对风幕结构进行前处理、Fluent计算及后处理,结果表明：出口气流流速横向分布较为均匀,加装导流板的方案可行。实际作业中,应当根据实际情况合理选择喷施高度、压力,并应考虑风幕辅助气流细化雾滴和雾滴触叶反弹,可能对不同农作物防治效果造成的影响。     

风幕式喷杆喷雾雾滴特性与飘移性能试验

为了描述风幕式喷杆喷雾雾滴特性与飘移性能之间的关系,运用激光粒度分析仪、粒子图像测速(PIV)和集雾试验测量装置对Lechler标准扇形喷头ST110-01在不同喷雾压力、风幕出风口风速和喷雾高度情况下的雾滴粒径、速度分布和飘移进行了试验,但飘移率逐渐变大;在400~600mm时,增大喷雾高度使雾滴粒径变大,雾滴的运动速度逐渐变小且飘移率变小;增大风幕出风口风速使雾滴粒径变小,此时喷雾高度对雾滴飘移率有着很大的影响。该研究可为正确设定喷雾系统运行参数等提供参考,对风幕式喷杆喷雾能够合理地喷施药液、减少雾滴的飘移和增大雾滴覆盖面积具有重要意义。     

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...     

植保无人机喷洒作业雾滴飘移的质点运动学分析

为了研究雾滴飘移对植保无人机喷洒作业质量的影响,基于多相流理论和质点运动学方法,对植保无人机喷洒的雾滴其受力和运动轨迹进行了理论分析与数学建模.在对近地面层和层流副层风速进行假设的基础上,即假设风速测量高度范围内的风速近似为线性函数分布,进行方程耦合迭代求解,分析了雾滴直径、飞行高度、飞行速度大小和航向、风速大小和风向、雾滴初始速度大小和方向对雾滴飘移的影响.进一步讨论了各因素之间耦合作用对雾滴飘移的影响,得到雾滴飘移浓度分布情况.结果表明:风速和风向对雾滴飘移距离影响较大;雾滴飘移距离和初始速度角度呈二次函数分布,在所给条件下经计算得出初始速度角在20°左右飘移距离最近;雾滴飘移主要集中分布在喷嘴周围,并且呈散射状分布.     

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。     

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。     

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。     

多气流协同式果园V形防飘喷雾装置设计与试验

为提高果园风送式喷雾靶标区域沉积量,减少果树行间雾滴飘移,在常规气流辅助喷雾基础上,设计了一种多气流协同式V形防飘喷雾装置,通过CFD仿真验证其防飘效果.以V形风场风速、横风风速、喷雾压力为因素,分别进行单因素和三因素三水平的苹果树冠层雾滴飘移沉积试验,探析多气流V形风场对雾滴冠层沉积效果的影响规律.结果表明,当横风风...     

小型植保无人机下洗气流场影响雾滴运动特性规律研究

为了研究小型无人机下洗气流场对雾滴运动特性的影响规律,以小型无人机为基础,采用Navier-Stokes(N-S)方程、realizable k-ε模型和Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations算法,对施药过程中的下洗气流场和雾滴离散运动进行了详细的数值模拟分析。研究分析无人机下洗气流的速度特性、雾滴沉积特性以及作业高度对农药沉积效果的影响。通过试验结果可知,模拟值与试验值的相对误差在20%以内,验证了下洗气流场数值模型的可行性。进一步模拟分析结果表明,在无人机喷药平台的影响下,下洗气流场在距离旋翼1 m处达到速度峰值。随着作业高度的增加,雾滴逐渐分散并扩散。雾滴主要分布在两个“气流引入区”和两个“气流导出区”,该分布特征有助于优化施药效果和提高农药的使用效率。根据分析结果,当无人机飞行作业姿态与地表保持平行,且将作业高度调整至0.8～1.0 m之间时,可显著提高农药沉积量,从而提高植保无人机的施药效果。本研究验证了下洗气流场数值模型的可行性,为小型植保无人机的对靶雾滴漂移及沉积研究提供了参考依据。     

风送式喷雾机变速喷雾雾滴沉积试验

首次提出一种新的变量喷雾的方法—采用控制风机转速以改变风送式喷雾机喷雾雾滴在果树冠层中的沉积量,并进行了喷雾试验。用示踪剂Rhodamine-B与水混合成0.05%浓度的溶液代替农药进行喷雾试验,改变风机的转速在水蒲桃树上进行变速喷雾,采样区域分别为上部(距离地面(4.00±0.2)m)、中部(距离地面(3.05±0.2)m)、下部(距离地面(2.15±0.2)m),各区域又分别在外层及内层采样。借助于荧光分光光度计测定雾滴在蒲桃树上某一区域的沉积量。结果表明:风机转速在1316～1400r/min范围内变化时,雾滴在蒲桃树上的总沉积量与风机转速成正比;风机转速的改变与喷雾雾滴在蒲桃树上不同层间及冠层内外上的沉积变化不显著。     

环境风速对六旋翼无人机下洗气流和雾滴沉积影响研究

小型多旋翼植保无人机存在农药飘移、雾滴沉积不均等问题,为此本文结合RANS方程、SST k-ω湍流模型和SIMPLE算法,对耦合六旋翼植保无人机下洗气流场和喷雾雾滴的两相流场进行数值模拟计算,探析环境风速对无人机下洗气流和农药雾滴沉积的影响。机身下方空间点风速试验和模拟值相对误差在15%以内,验证了数值模型的准确性。数值模拟结果表明：植保无人机飞行作业时,来流造成无人机下洗风场出现漩涡,来流速度对机身正下方流场的影响大于其对旋翼正下方流场的影响;侧风造成无人机下洗风场出现较大漩涡,下洗风场稳定性降低;两侧旋翼正下方对称布置喷嘴提高了雾滴沉积均匀性,来流造成雾滴卷积,雾滴飘移量随着来流速度提高而增大。综合各因素,无人机喷嘴应在旋翼下方对称布置,在小型六旋翼植保无人机实际作业时,无人机作业方向需要与外界环境风向保持平行,同时在晴朗环境下施药作业,从而降低雾滴飘移,提高农药利用率。     

果树叶片雾滴沉积量检测系统设计与试验

为了获取植保无人机喷药后雾滴在果树叶片表面的沉积量,设计了面向植保无人机果树低空施药的果树叶片雾滴沉积量检测系统。该系统由LWS型叶面湿度传感器、数据传输模块、上位机检测软件组成。通过LWS型叶面湿度传感器的标定试验,建立了电导率为553μS/cm自来水、860μS/cm甲基硫菌灵溶液、1525μS/cm磷酸二氢钾叶面肥溶液的回归方程,通过分光光度计验证试验验证了方程的准确性。之后,建立基于ZigBee的传感器系统数据无线传输网络。同时,利用Qt编写了具有数据分析和显示功能的上位机程序,建立了完整的果树叶片雾滴沉积量检测系统。最后,利用WSZ-4X型植保无人机在樱桃果园中进行了检测系统与水敏纸的对比试验。对比结果显示,使用两种方法获得的雾滴沉积密度曲线的拟合度可达0.9266。对于单个测量点的雾滴沉积密度,其平均误差为22.8%。在果园中进行试验时,受风速和无人机气流等环境因素的影响,传感器和水敏纸的雾滴分布会出现一定的差异,忽略环境因素影响,可认为两种方法在樱桃果园中测量得到的雾滴沉积密度一致性较好,而使用果树叶片雾滴沉积量检测系统可以更加快速、方便、实时地采集农药雾滴在叶面上的沉积量。     

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。     

农药喷施过程中雾滴沉积分布与脱靶飘移研究

对农药通过空气运输并沉积到靶标植物表面(叶片或其它部位)、地面(土壤表层)以及大气(随风飘移)等不同部分的沉积进行研究。以苦苣菜、棉花和稗草作为靶标植物,取其不同生长阶段(总叶面积分别为15、135、300 cm~2)作为研究对象。在开路式风洞喷施加有荧光示踪剂喷雾介质,通过清洗并分析植物叶片、地面上放置的聚酯薄膜卡和风洞中悬挂的聚乙烯线测定荧光剂含量,分析不同体积中径、喷雾角、雾滴速度、流量、喷头高度、风速、植物类型、生长阶段等因素时的农药雾化后的分配过程,定量测试不同参数对农药在植物、地面和大气中的沉积比例分配的影响。建立了基于跨帧技术的粒子图像测速系统来增加测速范围,包括激光成像系统、脉冲发生器和分析软件。结果表明,喷雾角、雾滴速度、流量、植物类型等参数对植物、地面和大气等不同部分农药分配比例的影响不大,而雾滴粒径、喷头高度、风速、植物生长阶段对植物、地面和大气等不同部分农药分配比例的影响显著。当雾滴粒径由445μm减小到181μm时,地面上的沉积比例由82.7%减少到57.7%,空气中飘移部分的比例由30%减少到0.8%。当喷雾高度为40~60 cm、风速2~4 m/s时,农药在植物上的沉积比例都达到13.4%以上。因此,喷施农药时,应尽量使喷雾高度为40~60 cm,风速小于4 m/s,并根据防治目标、附近环境确定雾滴粒径。当喷施土壤活性除草剂等农药时,应选择产生较大的雾滴粒径,以增加在地面(土壤)上的沉积比例;而对于防治飞行类害虫,农药在空气中飘移部分的比例可以提高防治效果,所以较小的雾滴更加有效。靶标植物本身的特性也会影响农药的有效沉积效率,植物的生长阶段越靠后,叶面积越大,农药在植物上的沉积比例越高,在地面上沉积部分的比例越低,喷施除草剂时,尽量减少药剂在单子叶作物叶片上的沉积,增加在双子叶靶标杂草上的沉积量。选择不同的参数,将导致植物上的药剂有效沉积明显不同,也会引起农药流失部分的明显不同。     

基于双峰分布的风胁迫雾滴沉积分布模型研究

为研究因风胁迫产生的雾滴飘移对雾滴沉积分布的影响规律,设计了三因素三水平的喷雾飘移沉积试验,测定了不同条件下的雾滴沉积量分布。为更好描述雾滴飘移沉积分布情况,建立了基于正态分布概率密度函数的双峰分布式数学模型,系统地表达了沉积范围与沉积量的关系,分析了各水平因素对双峰分布式中各参数的影响。结果表明,沉积量参数k1与k2变化规律相反,随着喷雾高度、喷雾压力和横风风速的增加,k1减小而k2增大,质量由第1峰值分布向第2峰值分布转移;双峰分布的2个位置参数μ1、μ2具有相同的变化趋势,均随着风速、高度的升高而增大,随喷雾压力的升高而减小,因此增大喷雾压力可以减小中心飘移距离;第1和第2峰值分布的范围（尺度参数σ1、σ2）均随着喷雾高度和风速的增加而增加,沉积量分布更加分散;增大喷雾压力可以有效减少第一峰值的质量分散,但对第2峰值分布无影响。本文探究了不同强度横风作用、喷雾高度和喷雾压力对雾滴飘移沉积分布的影响,可为优化农药喷雾技术和增强雾滴抗飘移能力提供参考。