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。     

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。     

果园风送式喷雾机仿形喷雾试验研究

为研究果园风送式喷雾机风速及雾量垂直分布对雾滴在果树冠层内穿透沉积的影响,本文通过调整喷雾机导流板角度及喷头喷雾角度,并测量风速及雾量的垂直分布,使其分布曲线与果树冠层轮廓匹配.试验结果表明,当风速及雾量垂直分布呈单边纺锤形、并与现代化种植模式果树纺锤形树冠轮廓吻合时,雾滴在果树冠层中各部分枝叶正反面都有充分而均匀的沉积,因此,通过调节风速及雾鼍垂直分布使与果树冠形匹配,是提高雾滴在冠层中沉积分布均匀性的有效途径.     

单旋翼无人机作业高度对槟榔雾滴沉积分布与飘移影响

为了阐明3WQF120-12型单旋翼无人植保机喷施槟榔树的雾滴沉积效果、地面流失雾滴沉积分布、飘移及可应用性,研究了无人机不同作业高度对槟榔树冠层及地面喷施效果的影响。试验选用诱惑红染色剂,并配制成质量分数为0. 5%的水溶液,代替农药;用铜版纸进行雾滴采集,并利用图像处理软件Deposit Scan分析得出雾滴沉积结果。结果表明:作业高度对槟榔树各层采样点的雾滴沉积量没有显著性影响,同一高度作业时,树冠上层与树冠下层、树冠上层与树果层之间的雾滴沉积量有显著差异,树冠上层雾滴沉积水平最高可达53. 27%,树冠下层和树果层可达树冠上层的59. 19%和27. 91%;地面流失采样点雾滴沉积结果显示,不同作业高度对地面3列采样点的雾滴沉积量有显著性影响,最低平均沉积水平约19. 9%;飘移区数据显示,3个作业高度对飘移带采样点的雾滴沉积量没有显著性影响,当作业高度为12. 09 m时,飘移带测得的飘移量最大,作业高度10. 40 m时飘移量最小。同时测试发现,飘移距离最远可达36. 35 m,因此实际作业时必须留出足够的安全距离。     

微型无人机低空变量喷药系统设计与雾滴沉积规律研究

针对我国施药机械和农药使用技术严重落后带来的农药用量大、资源有效利用率低、农作物产量和品质下降等问题,设计了微型无人机脉宽调制型变量喷药系统,并利用风洞的可控多风速环境,通过荧光粉测试方法对悬停无人机变量喷药的雾滴沉积规律进行了试验研究。变量喷药系统由地面测控单元和机载喷施系统两部分组成,基于Lab Windows/CVI的地面测控软件,采用频率为10 Hz、占空比可调的脉冲信号经无线数传模块远程控制机载喷施系统;机载喷施系统以ARM Cortex-M3系列的STM32F103VC微处理器为核心,接收地面控制信号实时调节电动隔膜泵电动机转速,以改变系统喷雾压力和喷药量,实现变量喷雾调节。悬停风洞试验中,选择了PWM占空比、喷孔直径、电动离心喷头转速等变量,对不同距离和风速条件下雾滴沉积效果进行了试验研究。试验结果表明,风速是影响雾滴沉积效果的最显著因素,雾滴沉积以抛物线形式分布在采集区域,沉积高峰区随风速增加不仅远离喷头,且飘移沉积量逐渐减少;雾滴粒径在风速小于3 m/s时对沉积效果影响不显著,当风速大于3 m/s时,不同粒径的雾滴均发生飘移,飘移沉积量明显减少且沉积范围向远离喷头运动;粒径101.74μm的雾滴更易发生飘移,沉积高峰区集中在距离喷头4 m以外,且飘移沉积量明显低于粒径164.00μm与228.16μm的雾滴。     

雾滴粒径及沉积量测试方法分析及比较

雾滴粒径是评价喷雾效果的重要参数,雾滴的沉积效果能直接反应出喷雾质量和病虫害防治效果,雾滴效果的准确评价对指导农业植保施药作业提供数据支撑有着重要意义。为此,针对不同雾滴采集方法优劣这一问题,在0.3MPa喷雾压力的条件下对5种喷头分别进行雾滴粒径和沉积的采集试验,分别以水敏纸法、油盘法和激光粒度仪法测定雾滴粒径,以水敏纸法、无线传感法和荧光示踪剂法测定雾滴沉积量,并对不同采集方法进行了分析。试验结果表明:雾滴粒径试验中,采用水敏纸法、油盘法和激光粒度仪法得到的喷头雾滴粒径不同,激光粒度仪法测量结果最准确,过程最为简单快速,相对误差最大仅2.65%;其次是水敏纸法,油盘法得到的数据误差最大,相对误差在6.43%～14.83%之间。沉积量试验中,3种方法测出来的雾滴沉积量存在一定的偏差,无线传感法相比其他两种方法过程能够实时获得数据,有一定优势,但变异系数较大,最大达10%,且该方法在雾滴沉积量测量试验中应用还相对较少,不如水敏纸和荧光示踪剂测量方法成熟。     

同尺寸异型喷头潜在飘移特性风洞试验研究

为探究脉宽调制变量喷雾系统对同尺寸异型喷头的潜在飘移特性影响,选取Hardi ISO F110-03标准扇形雾喷头、Teejet XR 110-03扇形雾喷头、Hardi MD 110-03微飘喷头和Teejet AIXR 110-03防飘喷头,在IEA-II型风洞内,通过聚乙烯收集线和Spraytec雾滴粒径仪研究了4种喷头的雾滴谱、雾滴相对分布跨度、飘移量和飘移潜在指数。试验结果表明:雾滴谱与喷头型号相关,XR扇形雾喷头VMD最小,为164.37μm,AIXR防飘和MD微飘喷头与ISO F标准扇形雾喷头相比,VMD分别增加88.91%和96.60%;XR扇形雾喷头喷出的雾滴相对分布跨度最小,为1.54,相比ISO F标准扇形雾喷头增加16.76%,其喷雾雾滴更均匀;随着垂直方向高度的降低和水平方向距离的减少,4种喷头的归一化飘移量均增加,AIXR防飘喷头归一化飘移量平均值最小,为1.21×10~4,相比ISO F标准扇形雾喷头减少72.99%,XR扇形雾喷头归一化飘移量平均值最大,为4.17×10~4,相比ISO F标准扇形雾喷头增加10.61%;AIXR防飘喷头雾滴粒径较大,雾滴飘移指数最小,防飘效果最显著。该研究可为农业田间实际生产中防飘施药技术应用提供依据。     

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。     

航空植保喷施参数对苹果树雾滴沉积特性影响

为提高植保无人机在果树上的喷施效果、增加雾滴在果树上的穿透力和分布均匀性,进行了系列试验,研究了喷头间距和飞行高度参数对雾滴沉积分布的影响,并优化出最佳喷头间距参数。确定了喷洒系统喷头安装位置参数,并通过正交试验,研究了飞行高度、飞行速度和喷洒系统喷头安装位置参数对雾滴在苹果树上分布的影响。试验以S40电动直升机为载体,以诱惑红为液体染色剂、铜版纸为雾滴采集卡。结果表明:飞行高度Sig.=0.811,P0.01,喷嘴间距Sig.=0.006,P0.01,喷头间距对喷幅影响极其显著;当飞行高度为2m,喷头间距为55、50、50、55cm时,喷幅最大均为7m,雾滴密度变异系数最小为63%和44.5%。苹果树喷施正交试验中,飞行高度2m、飞行速度1m/s、喷洒系统中4个喷头位于交叉角度为90°的十字形喷杆上且距离交叉点均为105cm时,雾滴在苹果树上的沉积较好。     

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)。     

喷头位置与孔径对尾气回收式烟雾机雾化的影响

烟雾机的雾化效果对病虫害的防治及环境保护具有重要的影响,在尾气回收式烟雾机的工作系统中,喷头的安装位置和喷头孔径是影响其雾化效果的主要原因。为此,试验分析了在定喷头流量和发动机定转速条件下喷头不同安装位置及孔径对雾化效果的影响,结果表明:喷头孔径在0.6~1.0mm范围内的不同喷头型号中,45°七眼喷头的均匀度值达到0.91,雾化效果最好;喷头安装位置在100mm处的VND与NMD数值在雾滴粒径最佳范围内,DR值为0.91,雾滴最为均匀。     

固定管道式常温烟雾系统雾滴沉积仿真与试验

为了进一步研究固定管道式常温烟雾系统的风场分布特性和雾滴沉积分布特性,基于计算流体力学（CFD）非稳态模拟,通过建立固定管道式常温烟雾系统在温室内作业的气流速度场仿真模型及雾滴沉积分布仿真模型,分析了该系统在3组作业参数（液压为0.05MPa,气压为0.2、0.3、0.4MPa,3组作业参数分别对应的喷头出口截面平均气流速度为200、400、600m/s）〖JP2〗下的气流速度分布特征及在3组作业参数、4组高度水平（0、40、60、80cm）和2个〖JP〗雾滴沉积区域（喷头正下方区域和喷头中间区域）下的常温烟雾系统的雾滴沉积分布特性,并对雾滴沉积分布特性进行了试验验证。研究结果表明：固定管道式常温烟雾系统作业时可在棚室内形成涡旋气流,有益于雾滴在整个棚室内的漂浮、弥散和沉积,根据仿真和试验结果得出本系统的最优作业参数为气压0.3MPa、液压0.05MPa。喷头正下方和喷头中间区域的雾滴最大沉积量分布在喷头喷射方向前方1m区域（采样点5）,且沿喷头喷射方向呈逐渐降低趋势。相同试验条件下,雾滴沉积量随着气流速度的增加呈降低趋势。喷头正下方的雾滴地面沉积量低于中间区域的雾滴地面沉积量,而在高度水平40、60、80cm下,喷头正下方相应的雾滴沉积量高于中间区域。正下方区域的雾滴主要沉积分布在60~80cm的高度区间,中间区域的雾滴主要沉积分布在高度40、80cm区域。不同作业参数下雾滴在不同高度的仿真和实测沉积量相关系数范围为0.990~0.924。雾滴沉积量仿真值和实测值的相对误差范围为0.008~0.374, 说明CFD仿真可较准确地预测模拟常温烟雾系统气流速度场与雾滴沉积分布特性,指导实际作业参数优化。     

罩盖喷杆喷雾机的设计与防飘试验

在机动背负式喷杆喷雾机的基础上设计了一台适合大田作业的手扶式罩盖喷杆喷雾机,分别进行了田间和室内防飘性能试验。结果表明,罩盖喷雾能增加雾滴在冠层中的穿透性,尤其使用小流量喷头时防飘效果更加明显。罩盖能够显著增加药液在喷头附近的沉积,减弱雾滴向下风向的运动能力,减少飘失。使用ST110-015型喷头,喷雾压力0.4MPa时罩盖的防飘效果最好。在相同风速下,罩盖对雾滴的防飘失效果不同,对较小雾滴的防飘失效果优于较大雾滴。     

3种喷头雾滴输运沉积参数的试验与分析

为了研究在感应荷电状态下高电压对雾滴输运沉积参数的影响,选用3种德国Lechler公司生产的不同流量的TR80-01c、TR80-02c、TR80-03c型喷头,在相同的喷雾压力和液体介质条件下进行试验。利用显微图像结合数字图像处理技术对荷电雾滴输运沉积面积、覆盖率、沉积密度、分布均匀性等状态参数进行取样和分析。试验结果表明:随着输运距离的增加,3种喷头的雾滴覆盖率δ先上升后下降,最高峰值分别达到52.04%、54.89%和57.31%;而雾滴沉积密度ρ先下降后上升,最低值分别为241、268、283个/mm~2。随着静电电压的增大,3种喷头的雾滴沉积区域面积随之增大,最大值分别达到4 462、7 170、8 280 cm~2;而雾滴分布均匀性有所下降,最低值分别为33.23%、31.91%和30.47%。根据具体喷雾施药场合,调节适当的电压,是增加药液沉积和分布均匀的重要措施。     

弥雾机雾滴分布试验研究

弥雾机的类型和参数设置对雾滴在目标上的分布质量有很大的影响。通过离心式弥雾机和轴流弥雾机在不同工作参数下的试验对比，分析了它们在目标树、下风非目标树和弥雾机经过的地面上雾滴的沉积和滴在目标树不同部位的分布状况。试验表明，当树高在3m以下，并且树冠大小比较整齐时，离心式弥雾机的整体效果优于轴流式弥雾机。机器的行走速度对喷雾质量影响不大，但喷雾量不宜过大，以免影响雾滴分布均匀度与增加药物损失。     

离心喷头变量喷施系统静态喷雾特性分析

【目的】探究离心喷头变量喷施系统的静态喷雾特性。【方法】采用隔膜泵、高精度涡轮流量计、电磁阀、离心喷头构建了一套离心喷头变量喷施系统,对其静态喷雾特性进行了试验分析。在喷头流量为1.5 L/min,转速分别为8 000、9 000、10 000、11 000、12 000、13 000 r/min条件下,利用水敏纸和雾滴收集装置分别测定了雾滴粒径的大小和雾滴沉积分布状况。【结果】随着离心喷头转速的增加,雾滴粒径逐渐变小;相同喷施半径下,不同角度的雾滴沉积量不同;离心喷头静态雾滴分布中心剖切面呈双峰分布,随着离心喷头转速的增加,雾滴沉积分布中心剖切面左侧峰值呈下降趋势,左侧峰值位置向雾滴分布中心方向移动,右侧峰值基本不变,右侧峰值位置向远离雾滴分布中心的方向移动。【结论】离心喷头转速对雾滴粒径大小和雾滴沉积分布状况存在显著影响,合理控制雾滴粒径大小、提高雾滴沉积分布均匀性是提高喷洒过程中的农药利用率、减少环境污染的关键。     

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。     

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。     

气流作业下雾滴粒径稻株间分布特性与风洞模拟试验

为探究气流涡旋作业方式对航空喷施雾滴粒径分布的影响,以XR-Teejet 110015型压力式扇形航空喷头为研究对象,在风洞和田间环境中进行了雾滴粒径测试试验。风洞测试模拟田间环境风速设置气流速度,同时设置了3种喷施压力,使用激光粒度分析仪测量雾滴粒径。田间试验以四旋翼无人机为施药载体,对杂交水稻进行精准对靶喷施,并对各架次无人机旋翼气流与冠层互作程度不同所形成的涡旋形态对应的雾滴粒径分布特性进行了分析。结果表明:风洞条件下,各测试喷头均处于非常细的雾化等级,雾化性能良好且稳定;田间试验中,涡旋形态对雾滴粒径分布影响显著; 3种涡旋形态下,小于200μm的雾滴粒径综合平均占比分别为73. 52%、74. 21%和84. 20%,与风洞测试结果较为一致,但田间试验所得雾滴粒径值明显偏高;明显的涡旋形态与小范围涡旋形态雾滴粒径在作物各层位分布趋势较为平缓,各层雾滴体积中径变异系数均处于3. 96%～10. 66%之间,无涡旋形态各层雾滴粒径分布则体现较大的波动性,变异系数也较高,处于9. 49%～17. 11%之间,说明较为明显的涡旋形态有助于雾滴在作物冠层垂直空间的穿透,达到更好的施药效果。研究结果可为农用无人机田间精准喷施作业提供参考。     

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;...