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。     

多旋翼植保无人机风场下喷洒方式对有效喷幅的影响

为研究多旋翼无人机风场下喷头布置对有效喷幅的影响,基于SolidWorks 2016软件对多旋翼无人机前、中、后螺旋桨喷洒区域风场进行模拟仿真分析。在此风场下,通过改变喷头安装位置,研究机身前方两个螺旋桨不同旋向时无人机旋翼风场对雾滴有效喷幅的影响。试验结果表明,无人机旋翼旋向和喷头布置对有效喷幅有显著影响:当机身前方两个螺旋桨为内旋、飞行速度为4m/s、飞行高度为2m时,喷头前置和后置的有效喷幅分别为3m和2m;相比机身前方两个螺旋桨为外旋时,雾滴总沉积密度分别高出26.8%和66.7%,且有效喷幅分别多出1m和0.5m。该结果可为无人机植保作业过程中耦合风场扰动下雾滴的漂移、沉积的进一步研究提供参考。     

植保无人机旋翼下洗气流对喷幅的影响研究

基于XV-2植保无人机,利用流体仿真,探究了该无人机旋翼下洗气流的速度分布特性。在此基础上,分析了在下洗气流影响下的雾滴运动方式,并进行实地测试。仿真分析说明:旋翼下洗气流从中心向外的流速差使流场从上向下有向外的铺展效应,使得喷幅增大,且喷幅与飞行高度成正比;旋翼外沿的卷扬气流使得喷幅范围内的雾滴沉积数出现2个峰值。试验结果表明:当飞行高度为6 m时,有效喷幅为10 m;飞行高度8 m时,有效喷幅为12 m。2种飞行高度下的雾滴分布均匀性基本一致。试验结果与仿真结果基本一致。研究结果可为无人机喷雾系统设计和航空植保作业参数的选择提供参考依据。     

植保无人机喷施除草剂喷头选择及参数优化

植保元人机因其具有灵活、精确的特点,在全球范围内得到迅猛发展.为获得相对较好的植保无人机喷雾雾滴沉积效果,应用电动四旋翼植保无人机在冬小麦除草过程中进行施药试验,研究喷头类型(防飘喷头DG11003型和原装喷头SX11001VS型)及喷液量(7.5、15.0、22.5及30.0 L/hm2)对雾滴沉积分布的影响,为优选...     

植保无人机动态变量施药系统设计与试验

针对我国植保无人机施药系统控制方式单一,施药流量无法根据飞行参数自动调整造成的雾滴分布不均匀、重喷、漏喷等问题,设计了基于ARM架构单片机的施药控制系统,提出基于PWM(脉宽调制)的施药流量控制方法,采用多传感器融合技术,实现施药参数的实时动态监测。设计了基于LabVIEW的地面站控制软件,实现对施药系统的远程控制和作业数据存储。基于3CD-15型单旋翼无人机平台对动态变量施药系统实际作业性能及施药效果进行了测试。试验结果表明,在飞行速度为0.8~5.8 m/s时,该动态变量施药系统可实现施药流量与飞行速度自动匹配,实际流量与理论流量之间平均偏差为1.9%,实际施药作业优选飞行速度为3.91~5.10 m/s,此时有效喷幅为5 m,雾滴覆盖密度为18~41个/cm~2,变异系数为34%~75%,雾滴沉积量为42.1~52.4μg/cm~2。     

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。     

多旋翼无人植保机主要喷雾物理性能试验与分析

喷雾物理性能是决定植保机械喷雾防治效果的重要因素。文章结合南京市水稻无人机植保作业试验,分析了多旋翼无人植保机主要喷雾物理性能。得出结论 :多旋翼无人植保机在喷雾大小、雾滴密度和雾滴覆盖率等物理性能上均能满足农作物病虫害防治需求。但飞行施药过程中雾滴分布受环境影响较大,可根据外部环境变化适当调整作业高度和速度。     

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。     

果园施药机械资源消耗水平评价模型研究

在施药机械满足喷雾质量前提下,为降低果园施药综合成本,需要对果园施药机械资源消耗水平进行评估。本文选择典型地面风送喷雾机、单旋翼和六旋翼植保无人机进行果树施药试验,对比分析冠层雾滴沉积分布、雾滴穿透性、地面雾滴流失等主要喷雾效果指标,结果表明：3种施药机械在树冠纵向各层、横向各层雾滴沉积密度均大于25滴/cm2,能够满足果园植保要求;比较冠层雾滴分布/沉积均匀性,树冠纵向沿送风方向整体呈下降趋势,树冠横向由外到内整体呈下降趋势,变异系数最高分别达63.54%和79.19%;对比雾滴穿透性,风送喷雾机较优,纵向与横向变异系数最大为5.35%,单旋翼植保无人机横向最差,变异系数为35.20%,而六旋翼植保无人机纵向最差,变异系数达40.77%。但单旋翼和六旋翼植保无人机地面雾滴流失量分别是风送喷雾机的2.78%和12.50%,减少了农药浪费。进一步综合施水量、施药量、用工量、作业时长和作业能耗等指标,采用基于变异系数客观赋权法与主观赋权法两种线性加权方法,构建了施药装备资源消耗水平评价模型,验证结果均表明,综合资源消耗由小到大依次为单旋翼植保无人机、六旋翼植保无人机、风送喷雾机;两种评价方法的资源消耗综合评价指标值变异系数分别为110.2%和74.2%,说明基于变异系数客观赋权法的评价模型,综合指标值之间差异更明显、评价效果更符合实际。     

不同飞行参数下八旋翼植保无人机下洗气流场对雾滴沉积分布特性的影响

近年来,应用植保无人机防治农业有害生物已成为中国植保机械发展的一大新亮点。无人机旋翼提供飞行升力的同时具有下洗气流场,低空低量施药作业雾滴沉积分布质量优劣与旋翼下洗气流场的作用密不可分。为探究植保无人机旋翼下洗气流场对喷雾效果的影响,本研究以当前植保无人机主流机型——“X型”布局八旋翼无人机为研究对象,采用实际作业测试方式,利用微气象测量系统测定无人机飞行状态下旋翼下方不同水平位置下洗气流场风速,同时采用诱惑红示踪剂水溶液代替农药喷雾获取喷雾沉积分布情况,重点对下洗气流场分布实测结果进行可视化分析,包括不同飞行高度、不同速度下旋翼下洗气流场分布特性与雾滴沉积分布特性以及二者的相互关系。测试结果显示：八旋翼植保无人机飞行过程中随着飞行速度加快（1.0~6.0 m/s）和飞行高度升高（1~2 m）,冠层位置X、Y、Z三向下洗气流场总体表现为气流强度由强到弱、分布状态由集中到分散的变化趋势;X方向气流来源于下洗气流与外界空气相互作用产生的卷扬气流,对喷施雾滴的作用为逆飞行方向;Y方向为下洗卷扬气流以及地面效应共同作用的结果,对雾滴的作用为垂直于航线朝向两侧;Z方向为下洗气流竖直向下方向分量,对雾滴下降沉积具有直接促进作用;飞行速度与下洗气流场范围内风速峰值（P＜0.05,r=-0.836）和有效喷幅内平均沉积量（P＜0.05,r=-0.833）均表现出显著负相关;在飞行速度为1.0 m/s和3.0 m/s时,雾滴沉积量与下洗气流场风速均呈现极显著正相关关系（P＜0.01,r＞0）,即垂直地面方向的下洗气流场越强,有效喷幅内沉积的雾滴越多;速度加快至6.0 m/s,风速显著降低,气流场对雾滴沉积的促进作用逐步消失（P＞0.05）。因此,植保无人机作业时飞行速度不应设置超过6.0 m/s,避免因下洗气流场作用减弱而导致雾滴损失。本研究结果可为改善低空低量施药作业质量和无人机田间作业规范的制定提供技术参考和支撑。     

电动单旋翼植保无人机性能试验

植保无人机近年来在我国得到迅速发展,在病虫害防治中发挥越来越重要的作用,而其性能好坏决定喷洒质量和防治效果。本文针对新开发的CE-20型电动单旋翼植保无人机的性能特点,结合新颁布的标准和相关测试设备,设计测试内容和方法,分别对飞行精度、重喷漏喷率、雾滴覆盖率和农药有效利用率等参数进行测试。测试结果表明,CE-20型电动单旋翼植保无人机水平偏航距最大偏差为0.365 m、高度偏航距最大偏差为0.314 m、飞行速度最大偏差为0.254 m/s、重喷率为7.3%、漏喷率为3.1%、雾滴覆盖率上部和下部的平均值分别为1.17%和0.99%、农药有效利用率为42.3%,具有较好的性能,能满足水稻、小麦等作物大面积的病虫害防治。本文的数据和结果可为机具的性能完善提高提供依据,也可为田间作业提供参考和指导。     

单旋翼植保无人飞机小麦返青期施药作业参数优选

以CE20型电动单旋翼植保无人飞机为研究对象,结合小麦返青期植保作业要求,对植保无人飞机常用作业参数组合(作业速度、作业高度和喷施流量)进行了全因素试验与优选。依据国内首个植保无人飞机行业标准《植保无人飞机质量评价技术规范NY/T3212-2018》,分析了不同作业速度、作业高度和喷施流量下的作业喷幅与作业喷幅内的雾滴覆盖率变异系数。结果表明:作业速度与喷施流量对该型植保无人飞机的作业喷幅影响显著,作业高度和喷施流量对作业喷幅内雾滴覆盖率变异系数影响显著。结合作业喷幅与覆盖率变异系数,经过对比分析,筛选出作业速度4m/s、作业高度2m、喷施流量2L/min作为较优作业参数组合。在该组合下,作业喷幅为5.75m,雾滴覆盖率变异系数为26.2%,对应的施药液量为14.5L/hm~2,单日综合作业效率为36.8hm~2/天。     

植保无人机施药效果和飞防技术探析

正目前,重庆市农机化发展进入新时期,智能化、自动化农机装备不断涌现。植保无人机是指配备农药喷洒系统、用于植保作业的旋翼无人飞机。截至2019年,重庆推广应用300余架,多以以电动多旋翼为主,广泛应用于水稻、柑橘果园等飞防植保作业。一、植保无人机施药效果(一)结构植保无人机由飞行器、地面遥控及喷洒系统组成,通过地面遥控或导航飞控实现喷洒作业,如图1。     

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...     

植保无人机的应用特点与变量施药技术研究

多旋翼植保无人机是我国农业无人机植保的新方式,近年来不仅发展速度快,而且体现出了显著的作业优势,通过对现阶段农用植保无人机作业特点进行分析,说明了多旋翼植保无人机作业时的优势与不足,并对植保无人机应用变量施药技术的实施方式进行了研究与总结,说明了在植保无人机上应用变量施药技术的必要性。     

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)。     

六旋翼植保无人机风场竖直分布特性数值模拟与验证

植保无人机作业过程中,旋翼风场竖直方向分布特性对雾滴的输运效应及作物冠层的扰动作用直接影响施药沉积效果。本文以六旋翼植保无人机风场竖直分布为研究对象,采用基于格子玻尔兹曼方法的数值模拟技术建立了无人机前飞作业时旋翼风场仿真模型,并根据正交试验方法研究了多特征参数融合对风场竖直分布特性的影响。仿真结果表明,竖直分布风场垂直于飞行方向对称分布,当飞行高度和飞行速度增加或作业载荷减小时,风场强度逐渐减弱;竖直分布风场沿侧风方向倾斜,侧风风速大于3m/s时,风场横向倾斜超45°。基于此,采用恒温差热敏芯片研制了微型无线风速采集系统,并开展了植保无人机风场竖直分布特性的多因素田间验证试验,试验结果表明：仿真模拟与田间试验旋翼风场竖直分布规律基本一致,相对误差较小,风场竖直分布特性具有较好的一致性;数值模拟方法可有效模拟植保无人机飞行过程的非定常流动,仿真与田间试验结果为植保无人机雾滴沉积的研究提供了理论基础。     

电动多旋翼植保无人机在现代农业生产中的作用及发展趋势

随着科学技术的发展,农业航空作业在现代农业生产中得到了飞速发展。电动多旋翼植保无人机具有科技含量高、作业效果好、绿色环保、可再生的特点,因此更符合现代农业发展的需求。电动多旋翼植保无人机的应用不仅能降低农作物表面的农药残留量、提高作业效率、提高农民收入、降低劳动强度和有效提升农作物的产量和质量,还有利于保障我国粮食安全和生态安全,并且在促进农村生态振兴、乡村人才振兴和农业技术创新中发挥重要的作用,符合我国现代农业发展的要求。因此,电动多旋翼植保无人机技术在现代农业生产中的应用将会越来越广泛。     

水田慈姑植保无人机施药装置设计与试验

针对水田慈姑蚜虫虫害防治的低量定向施药需求,在对水田环境、慈姑植株特性以及慈姑蚜虫防治等调研的基础上,设计了水田慈姑植保无人机施药装置。利用有限元软件进行四旋翼植保无人机旋翼下风场和施药场数值模拟,并对平台进行不同工况的喷雾试验研究。结果表明：悬停高度提高,旋翼下流场强度分布层次丰富,更容易产生雾滴偏移;飞行速度降低,来流造成的雾滴飘移减小;喷头流量为20mL/min、压力增加达到0.07MPa时,喷头雾化达到最佳工况。无人机高度降低,喷洒雾滴附着率增加,无人机速度降低,喷洒雾滴附着率增加。因此,低空低速条件下雾滴叶片附着率更高、施药效果更佳,可实现可靠高效的慈姑病虫害防治。     

多旋翼无人机飞行载荷对雾滴沉积规律的影响

为研究植保无人机从满载到空载的超低空巡航作业中,飞行载荷下降对雾滴沉积规律的影响,以红旗n-10型四旋翼植保无人机为研究对象,建立其飞行载荷与旋翼转数、飞行载荷与仰俯角的函数关系。以此为基础,运用CFD仿真软件模拟计算飞行速度为0、1、2、3m/s,作业高度为2m,无人机在各飞行载荷作业下的雾滴有效沉积,并进行试验验证。结果表明:等速作业时,由于更强的旋翼风场及更小的机身仰俯角,前、后喷头在大飞行载荷作业时的雾滴有效沉积率优于小飞行载荷;且作业速度越快,有效沉积率相差越大,作业速度为3m/s时,相差达11%。本研究得出雾滴有效沉积率随无人机飞行载荷下降会减小,即雾滴漂移增大的结论,对实际生产具有重要指导意义。