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.     

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。     

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。     

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.     

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)。     

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。     

植保无人机智能喷洒系统的研究

随着科技的快速发展,植保无人机已经广泛应用于农业生产.现有的植保无人机喷洒方式,普遍采用相对比较粗放的作业方式,对无人机驾驶员的手动操作依赖性较高.针对这一问题,为了提升植保无人机的作业质量,对植保无人机的喷洒系统进行智能化的优化设计.植保无人机智能喷洒系统包括智能配药单元、精准喷洒单元和智能监测单元三个部分组成,并利...     

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/...     

植保无人机飞防助剂与杀虫剂的混配方式对二化螟防治效果影响研究

为探究飞防助剂类型与杀虫剂的混配方式对水稻二化螟防治效果的影响,本研究以杀虫剂（10%甲维?茚虫威SC、5%氯虫苯甲酰胺SC和0.8%鱼藤酮SC）、飞防助剂（有机硅助剂、矿物油助剂和卵磷脂助剂）、施药液量（21、24和27 L/hm²）为因素设计了3因素3水平的L₉（3⁴）正交试验,通过方差分析（ANOVA）方法对各因素的显著性水平进行了分析。结果表明,在本研究的试验条件下,施药后第14天,杀虫剂对水稻二化螟防治效果有显著性影响（P<0.05）,飞防助剂对水稻二化螟防效有极显著影响（P<0.01）;在设定的施药液量范围内（21~27 L/hm²）,施药液量对水稻二化螟防效无显著性影响。混配方式7（0.8%鱼藤酮SC、有机硅助剂和27 L/hm²施药液量）具有较好的速效性与持效性,施药后第14天的防效达81.45%;混配方式4（5%氯虫苯甲酰胺SC、有机硅助剂和24 L/hm²施药液量）持效性显著,施药后第14天的防效为79.30%。本研究成果可为防治水稻二化螟的药液混配方式提供参考。     

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。     

大载荷植保无人直升机喷雾气液两相流动数值模拟

为研究大载荷植保无人直升机喷雾流场特性,基于FR-200型大载荷植保无人直升机喷洒系统,建立FR-200型大载荷植保无人直升机无植物冠层三维雾滴沉降仿真模拟平台,利用Fluent软件的SST k-ω湍流模型和DPM离散相模型对无人直升机喷雾沉降过程进行了仿真模拟,分别研究了飞行速度、喷杆相对位置、喷施角度对喷雾流场的影响,并进行户外试验验证。试验结果表明,下洗流场垂直方向速度(Z向)呈不对称分布,旋翼x/R为0.8处垂直方向速度(Z向)最大;仿真模拟的雾滴沉积总量与户外试验的雾滴沉积密度基本一致,线性决定系数R2为0.999 6,无人直升机前飞速度与雾滴群抗飘移系数及沉积量呈线性关系,前飞速度3 m/s时,靶标上雾滴总沉积密度为4.208μL/cm~2,前飞速度5 m/s时,靶标上雾滴总沉积密度为1.766μL/cm~2;随着采样面的升高,雾滴群抗飘移性能增强;位于喷杆不同位置处喷头的抗飘移性能不同,主要表现在位于喷杆两端的喷头1和9受到旋翼尾涡的影响,雾滴群抗飘移性能变差,机身正下方的喷头5由于机身阻挡作用,造成雾滴群分散性增加,雾滴因垂直方向动能衰减而难以到达采样面;喷施角度越小,雾滴群总体抗飘移性能越好。     

植保无人机飞控系统与航线规划研究进展分析

应用无人机开展植保作业是有效防治病虫害的重要途径。本文对植保无人机行业发展和相关应用研究进行了综述,分别从植保无人机飞控系统、单机作业航线规划、多机作业调度场景及优化方法 3个角度进行了阐述,以增强植保无人机作业效果与提高作业效率为目标,分析了植保无人机飞行控制系统及航线规划与调度的研究现状。针对植保无人机因作业精度要求高而导致其飞控系统制造成本高的问题,提出应研发低成本、高精度、可适应植保无人机作业需求的测姿器件,开发相应的姿态估计算法;针对植保无人机航线规划、优化调度模型与实际作业需求不匹配的情况,总结了单机作业航线规划与多机调度优化场景、约束条件与优化方法。最后,提出应研发植保无人机自动补给平台,构建基于多机协同的作业管理与调度优化模型,以增强植保无人机在复杂作业环境中的作业效果,提高作业效率。     

基于射线检测算法的无人机植保作业电子围栏设计

保障植保无人机执行喷洒作业时不越过作业地块边界,是保证植保无人机作业安全性与高效性的必要前提。设计了一种高效可靠的无人机植保作业电子围栏,能够实时检测无人机是否越界,并在有越界风险时及时发出预警。首先,算法根据作业地块边界、无人机飞行速度等关键要素确定电子围栏报警模型并由此生成安全边界。当无人机飞行在安全边界内时,算法不对其进行越界检测;当无人机飞行于安全边界与作业边界之间时,算法将进行越界检测并同时发出预警,提示无人机操作人员随时准备控制无人机改变航向;当无人机飞行于作业边界之外时,将反馈越界标志,提供给飞行控制系统或无人机操作人员介入控制。测试表明：无人机植保作业电子围栏能够实现高效、可靠的飞行监测,实时检测植保无人机飞行是否越界,并在有越界风险时及时发出越界预警。     

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。     

基于无人机高光谱遥感影像的防护林树种分类

树种信息对林业资源监测和管理具有重要意义,及时准确地掌握树种及长势状况是防护林工程建设与效益评价的基础。为研究利用无人机高光谱数据进行防护林树种分类的效果,选取典型区域使用Matrice600型六旋翼无人机搭载Rikola高光谱成像仪获取高光谱影像,基于支持向量机-递归特征消除算法（SVM-RFE）选取原始波段最佳组合,再结合纹理特征、植被指数和数理统计特征,使用随机森林算法对所有特征进行重要性评估并与分类精度相结合进行特征优化,进而构建高光谱影像全波段、原始波段最佳组合、全部特征变量、基于随机森林（RF）特征优化后特征变量4种分类方案,分别采用最大似然法（MLC）、支持向量机（SVM）、随机森林对防护林优势树种进行分类。结果表明：所提出的基于交叉验证的SVM-RFE算法选出的原始波段组合能更好地还原原始光谱特征;通过RF算法的特征重要性分析与分类精度相结合的方法可以有效选出重要特征,当使用全部特征的85%（包括17个光谱特征、3个纹理特征、5个植被指数和3个数理统计特征）进行分类时,总体精度最高为9593%（Kappa系数为0.9475）;所有特征中植被指数特征最重要,3种分类方法中RF算法分类总体精度（OA）最高。     

基于无人机高光谱影像的马铃薯株高和地上生物量估算

为实现快速无损获取马铃薯株高和地上生物量信息,分别获取马铃薯现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期、成熟期的高光谱影像,实测马铃薯株高H、地上生物量(AGB)和地面控制点(GCP)的三维空间坐标,基于无人机高光谱影像结合GCP生成试验田的数字表面模型(DSM),利用DSM提取马铃薯的株高Hdsm;然后,对马铃薯AG...     

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。     

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。     

基于浮板结构的植保无人机药液晃动抑制试验

植保无人机易因药液剧烈晃动出现操控困难甚至失稳。针对这一问题,并考虑质量限制要求,提出了一种液体晃动抑制装置——弹性约束浮板。搭建晃动力测量系统,试验研究了不同液体深度和激励频率下浮板的晃动抑制效果,分析了浮板结构和约束属性对浮板抑制能力的影响。结果表明：浮板不受约束时,晃动抑制能力较弱;刚性约束在某一液体深度范围内有良好的抑制能力;弹性约束则扩大了具备良好抑制能力的液体深度范围。浮板位于液面附近且弹性绳能被浮板牵拉时,即使激励频率接近固有频率,液体晃动力也仅为原来的1/3～1/2。位于液面以下较深位置时,浮板晃动抑制能力基本消失。浮板位置受弹性绳长度影响,需要根据液体深度变化范围合理选择绳索原长。浮板面积越大,晃动抑制效果越好。但在很多工况下,相对较小的浮板也可获得良好的抑制能力,从而具有更大的灵活性。弹性约束浮板使自由液面的衰减加速,显著提高了振荡系统的阻尼比。对于姿态频繁变化、药液易于大幅晃动的植保无人机,弹性约束浮板具有很好的实用价值。