单旋翼无人机流场分布特征及作业性能试验研究

为探究Z-3N单旋翼油动无人机在梨园进行病虫害防治作业的适用性,对其旋翼流场进行流体仿真并在梨园进行喷雾试验。结果表明:旋翼下压风场分布较为均匀,压强分布为上层>中层>下层,下层最低压强为3.54 N/m2,说明旋翼下压风场可以较好地穿透到果树下层,下层最小风速≥3 m/s,有助于雾滴到达梨树叶面叶背。单旋翼油动无人机喷雾作业后的梨树冠层雾滴沉积覆盖率上层叶面平均覆盖率为9.31%,叶背为1.34%;中层叶面平均覆盖率为10.79%,叶背为3.46%;下层叶面为2.47%;叶背为1.58%。靶标果树冠层叶面的平均体积中值直径为上层>中层>下层,叶背的平均体积中值直径为中层>上层>下层,雾滴均匀分布为中上层优于下层。田间试验表明单旋翼油动无人机的旋翼下压风场分布和药液雾滴沉积覆盖率适用于梨园的病虫害防治作业。     

植保无人机作业参数对雾滴在火龙果树冠层沉积分布的影响

为探究多旋翼植保无人机作业参数对火龙果树冠层雾滴沉积分布的影响,应用极飞P20多旋翼植保无人机对火龙果树进行喷雾作业,采用正交试验对主要作业参数（航线方向、作业高度与作业速度）进行优选。结果表明,植保无人机对火龙果树施药在航线平行于种植行、作业高度为1.5 m (距离冠层顶部高度)、作业速度为1.5 m·s-1条件下,雾滴在火龙果树各个冠层的雾滴沉积密度,覆盖率最大。极差分析结果显示,作业速度是雾滴沉积密度和火龙果树上层雾滴覆盖率的最主要影响因素;而作业高度是火龙果树中层、下层雾滴覆盖率和雾滴分布均匀性的最主要影响因素,当作业高度为1.5 m 时雾滴分布均匀性最好。根据P20多旋翼植保无人机喷雾在火龙果树冠层的雾滴沉积分布情况,对植保无人机的作业参数进行了优选,为提高植保无人机施药雾滴在火龙果树冠层的有效沉积分布,实现所选机型在火龙果树病虫害防控中的高效应用奠定了基础。     

植保无人机作业参数对雾滴在火龙果树冠层沉积分布的影响

为探究多旋翼植保无人机作业参数对火龙果树冠层雾滴沉积分布的影响,应用极飞P20多旋翼植保无人机对火龙果树进行喷雾作业,采用正交试验对主要作业参数（航线方向、作业高度与作业速度）进行优选。结果表明,植保无人机对火龙果树施药在航线平行于种植行、作业高度为1.5 m (距离冠层顶部高度)、作业速度为1.5 m·s-1条件下,雾滴在火龙果树各个冠层的雾滴沉积密度,覆盖率最大。极差分析结果显示,作业速度是雾滴沉积密度和火龙果树上层雾滴覆盖率的最主要影响因素;而作业高度是火龙果树中层、下层雾滴覆盖率和雾滴分布均匀性的最主要影响因素,当作业高度为1.5 m 时雾滴分布均匀性最好。根据P20多旋翼植保无人机喷雾在火龙果树冠层的雾滴沉积分布情况,对植保无人机的作业参数进行了优选,为提高植保无人机施药雾滴在火龙果树冠层的有效沉积分布,实现所选机型在火龙果树病虫害防控中的高效应用奠定了基础。     

航空喷施与人工喷施方式对水稻施药效果比较

【目的】找出小型无人直升机航空喷施雾滴在水稻植株的沉积分布规律,并比较农用无人机航空喷施方式和人工喷施方式的不同。【方法】通过喷施试验研究了市场上主流的2种不同型号无人机(油动单旋翼和电动单旋翼小型无人直升机)、不同作业参数对水稻冠层雾滴沉积分布结果的影响,并比较了不同农用无人机航空喷施方式和人工喷施方式的效果和效率。【结果】航空喷施方式下的作业参数对雾滴沉积量和穿透性均有着相同的影响趋势,均表现出作业速度越慢,雾滴在植株间的沉积量越多,穿透性越好;作业高度越低,沉积量越多,但穿透性较差。但由于不同类型无人机旋翼风场强度的不同,油动单旋翼小型无人直升机喷施作业时作业高度对雾滴的沉积均匀性影响明显,而电动单旋翼小型无人直升机喷施作业时作业速度对雾滴的沉积均匀性影响明显。人工喷施作业的雾滴在水稻植株上、中、下3层的沉积均匀性最差,且雾滴在水稻植株间的穿透性也最差,为110.42%,人工喷施雾滴大部分都沉积在植株上层,只有3.27%的药液量到达植株的底部,而航空喷施作业有10%~30%的药液量能到达植株的底部。【结论】从不同喷施作业方式的效果和效益来看,航空喷施雾滴沉积效果优于人工喷施雾滴沉积效果,作业效率约为人工喷施方式的10倍,且成本低,效益高。     

山地果园固定管道喷雾装置设计与性能研究

针对山地果园植保作业困难,传统固定管道喷雾系统对果树内膛施药效果较差的问题,设计了1种由果树内膛向外喷药的固定管道喷雾装置,为探究喷雾装置对高纺锤形苹果树的施药效果以及施药过程中果园内微域环境的变化情况,对装置性能进行了田间试验研究。试验结果表明:雾滴可穿透冠层附着在外侧靶标,果树下方冠层雾滴沉积覆盖率均集中在30%,固定管道喷雾设备对下层较厚冠层的穿透性能良好;在垂直方向,上、中、下冠层雾滴沉积密度变异系数分别为11.21%、13.24%、12.56%;测量喷雾后果园内环境温湿度,温度最大降幅为7.2℃,湿度最大升幅为21%,果园微域环境温湿度变化明显。本研究为山地果园植保作业提供了1种新方法。     

Y型棚架式果园的3WZ-300风送喷雾机设计与试验

目的 针对Y型棚架式果树的需风特性设计一款风送喷雾机,探究机具对此树形的施药规律,为新式果园栽植工艺的植保机具设计提供参考。方法 结合棚架梨树Y型树冠需风特性,设计一款异形导风管,确定发散型射流口,喷雾范围可全面覆盖冠层,并进行整机配置,风机使用无级调速带轮进行调速。以作业速度、出口风速、出风口与冠层中部高度差作为试验参数,以靶标雾滴覆盖率、靶标雾滴沉积量以及地面雾滴沉积量作为评价指标,设计田间试验。利用Design-Expert软件建立响应曲面分析参数对指标的影响,并对机具作业参数进行优化。结果 优化结果表明：3WZ-300风送喷雾机在作业速度0.8 m/s、出口风速22 m/s、出风口中部与梨树冠层中部高度差为5.1 cm时,靶标雾滴覆盖率为39.79%,靶标雾滴沉积量为9.89 μL/cm²,地面雾滴沉积量为5.41 μL/cm²,有效附着药液占比60.1%。结论 该喷雾机满足果园作业要求,施药效果较好,为棚架式果园喷雾机的设计及机具参数优化提供了参考。     

不同植保机械喷雾雾滴沉积分布对小麦病害的防治效果

通过比较自走式喷杆喷雾机、无人植保飞行器、背负式弥雾机3种植保机械喷雾在小麦上的农药雾滴沉积分布,分析其对小麦病害防治效果的影响。结果表明,自走式喷杆喷雾机雾滴沉积密度和雾滴覆盖率都较高,是植保飞行器的8~10倍,自走式喷杆喷雾机雾滴沉积密度为136.19~167.53个/cm~2,雾滴覆盖率为12.96%~28.13%,雾滴覆盖率上部与中部高于下部叶片。对小麦病害防治效果较好,小麦纹枯病病指防效达61.60%,赤霉病防效达71.43%,白粉病防效达78.02%。植保飞行器喷雾在小麦上、中、下部位的雾滴沉积密度分别为14.28、13.15、18.42个/cm~2,雾滴覆盖率分别为2.45%、2.08%、1.46%,植保飞行器喷雾在小麦上、中、下部雾滴分布均匀。植保飞行器喷雾对小麦病害防效较好,纹枯病病指防效达63.26%~75.20%,赤霉病病指防效达85.71%,白粉病病指防效达70.33%。背负式弥雾机喷雾在小麦上的雾滴沉积密度为81.21~147.12个/cm~2,雾滴覆盖率为7.26%~28.76%,总体表现为上部中部下部,且差异性显著。     

无人机喷施雾滴在水稻群体内的沉积分布及防效研究

为阐明3WWDZ-10B型植保无人机喷雾雾滴在水稻生长后期的沉积效果,研究了飞行作业高度对无人机喷雾雾滴在水稻群体内沉积分布的影响,比较了无人机喷施与人工喷施75%戊唑醇?肟菌酯水分散粒剂(WDG)对水稻稻瘟病(Pyricularia grisea Sacc.)和纹枯病(Rhizoctonia solani Kühn)的防治效果。结果表明,3WWDZ-10B型植保无人机在作业高度2 m时雾滴的沉积覆盖率和分布密度最高,其次为作业高度2.5 m处理。在同一作业高度下,雾滴沉积覆盖率和分布密度由大到小依次为水稻上层、中层和下层,作业高度对雾滴分布均匀性无显著影响。作业高度对雾滴沉积穿透性有较大影响,在作业高度1.2～2.5 m,雾滴沉积穿透性随着作业高度的上升而逐渐增强。在不同作业高度下,雾滴粒径的体积中值直径(DV.5)主要分布在396～968μm,其中在水稻上、中层以作业高度2 m处理的DV.5最大,而在水稻下层以作业高度3.0 m处理的DV.5最大。在不同作业高度下,雾滴粒径相对粒谱宽度变化不大;在同一作业高度下,水稻上、中层的相对粒谱宽度均大于下层。在不同作业高度下,75%戊唑醇?肟菌酯WDG对水稻稻瘟病和纹枯病防效均随着使用剂量的增加而显著上升;中、低使用剂量(160 g/hm2和120 g/hm2)防效随着雾滴密度的增加而上升,而高使用剂量(200 g/hm2)防效与雾滴密度关系不大。雾滴大小对防效无显著影响。在作业高度1.5～2.5 m,75%戊唑醇·肟菌酯WDG无人机喷施对水稻稻瘟病和纹枯病防效与人工喷施处理无显著差异,而其经济效益约为人工喷施的1.5倍。该研究为3WWDZ-10B型植保无人机在水稻病害防治上的应用提供技术依据。     

小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响

【目的】探索小型植保无人机对果树喷施作业的雾滴沉积分布效果及应用前景,研究小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响。【方法】采用三因素(飞行高度、飞行速度、喷施流量)的正交试验,应用小型六旋翼植保无人机进行喷雾试验。【结果】根据雾滴沉积密度和雾滴沉积均匀性结果,较佳的作业参数是喷头流量1.0 L·min~(-1)、作业高度2.5 m、作业速度4 m·s~(-1),影响雾滴沉积密度的主次顺序依次为作业速度、作业高度、喷头流量;根据雾滴沉积穿透性结果,作业高度均为2.0 m的试验号2(作业速度4 m·s~(-1),喷头流量0.6 L·min~(-1))和试验号8(作业速度1 m·s~(-1),喷头流量1.0 L·min~(-1))中雾滴沉积穿透性分别为22.21%和22.41%,其雾滴覆盖密度大且穿透性较好;影响雾滴沉积穿透性的因素主次顺序为作业高度、作业速度、喷头流量。【结论】针对植保无人机旋翼风场的影响和橘树独特的树形结构,对植保无人机的作业参数进行了优选,以保证航空喷施作业雾滴在橘树冠层的有效沉积分布。本试验研究可为小型无人机对果树的合理喷施、提高喷施效率提供参考和指导。     

天津开发区无人机飞防打药效果研究

无人机在农业植保方面的飞防作业技术已经日渐成熟,在园林植保方面也多有应用,为检验无人机在天津开发区进行打药作业时的穿透效果,在开发区选取了一片长势相近的国槐白蜡混交林样地,通过模拟树干装置放置水敏纸的方法比较无人机打药和传统机动式打药机的打药效果。结果表明:无人机雾滴密度、覆盖率、沉积量呈上层下层中层的趋势,传统机动式打药机雾滴密度、覆盖率、沉积量呈下层中层上层的趋势;无人机更适合对树冠等高处位置作业,机动式打药机更适合树冠下部作业,两者可以根据现场情况配合使用,无人机在防护林带作业相比传统打药方式优势会更加明显。     

防飘喷头在植保无人飞机水稻病害防治应用研究

为了解植保无人飞机应用文丘里防飘喷头对水稻病害的防效影响。利用植保无人飞机搭载文丘里防飘喷头的方法,分析雾滴沉积特性及水稻纹枯病、稻曲病的防治效率。结果表明：应用文丘里防飘喷头雾滴在冠层上部与下部以及总体沉积量均超过应用常规扇形喷头的雾滴沉积量,相对于小雾滴,植保无人飞机采用大雾滴可以改善雾滴在冠层中的穿透性及喷幅范围内的雾滴分布均匀性;不论是粗雾滴还是细雾滴,植保无人飞机均可以有效防治稻曲病,而且防效优于传统的背负式喷雾器;纹枯病植保无人飞机应用文丘里防飘喷头施药后,其防效达到80%,与背负式喷雾器防效相当,较常规扇形喷头防效提高30%。因此,水稻叶部病害应用文丘里防飘喷头能够达到病害防治要求。     

多旋翼植保无人机棉花飞防作业效果

目的 研究植保无人机喷施作业雾滴的沉积分布规律和病虫害防治效果,为植保无人机田间作业提供理论依据和技术支持。方法 使用无人机和喷杆喷雾机进行喷施试验,以卡罗米特纸卡和滤纸作为取样器采集雾滴,研究雾滴在棉花冠层的沉积规律,比较两种植保机械的病虫害防治效果。结果 在有效喷幅范围内,无人机喷施作业雾滴主要集中在棉花冠层上部,棉花冠层中部和下部雾滴沉积量和覆盖率均较低;无人机施药雾滴在上风向和下风向的飘移量有显著差异,上风向雾滴平均飘移百分比为4.93%,下风向平均飘移百分比为14.96%,且波动较大;JT-30植保无人机和3W-1000Y悬挂式喷杆喷雾机在施药7 d后对棉蚜防治效果较好,在施药后15 d对棉叶螨防治效果较好。结论 雾滴在棉花冠层的穿透性较差,下风向雾滴飘移现象较突出,对蚜虫的防治效果较好。     

柑橘园植保无人飞机低容量喷雾技术探索——以柑橘木虱和潜叶蛾防控为例

【目的】探索植保无人飞机(unmanned aerial vehicle,UAV)喷雾在柑橘冠层的雾滴沉积分布规律和无人机植保作业参数,并开展柑橘木虱(Diaphorina citri)和潜叶蛾(Phyllocnistis citrella)无人飞机防控实效研究,评估防治效果、作业效率和综合效益,为UAV低空低容量喷雾技术的建立和在柑橘产区的应用提供依据。【方法】在丰产期的鸡尾葡萄柚园,将4行约100株自然圆头形树冠修剪成开心形,另选4行自然圆头形树冠作为对照。在采样植株冠层内部搭设立体网格架,网格架垂直方向分上、中、下3层,每层设置3×5共计15个采样点,每株树共计45个观察点,每个点放置两张4 cm×6 cm铜版纸卡作为雾滴承接载体。以0.5%诱惑红水溶液作为示踪剂,六旋翼UAV分别在不同飞行作业速度(v₁=0.7 m·s^-1、v₂=1.2 m·s^-1、v₃=1.7 m·s^-1)和不同作业高度(h₁=1.0 m、h₂     

M45型多旋翼植保无人机减量施药对稻飞虱防治效果的影响

目的 研究多旋翼植保无人机减量施药对雾滴沉积效果以及稻飞虱防治效果的影响,促进水稻减量施药技术发展。方法 采用M45多旋翼植保无人机开展水稻施药田间试验,选取15.0和22.5 L/hm² 的施药液量,以及人工施药推荐剂量100%、90%、80%的3种减量农药剂量,研究不同施药液量和减量农药剂量对雾滴沉积效果以及稻飞虱防治效果的影响。结果 水稻冠层上部的雾滴沉积量明显优于冠层下部,2种施药液量以及3种减量农药剂量对雾滴沉积量的影响不显著;施药1周后稻飞虱数量显著减少。在相同施药液量条件下,减量农药剂量的变化对稻飞虱防治效果影响不明显。80%的农药剂量能满足稻飞虱防治要求。结论 无人机水稻施药作业中可选择80%的农药剂量进行减量施药。本研究可为水稻减量施药、减少水稻植保作业成本提供有益参考。     

Effect of UAV prewetting application during the flowering period of cotton on pesticide droplet deposition

Prewetting process can reduce the contact angle between the droplet and the leaf blade, so that the droplet can more easily wet and spread, thereby increasing the quantity of deposition. To improve the effectiveness of pesticides on cotton leaves, prewetting by single-rotor electric unmanned aerial vehicles (UAV) was studied, focusing on the effects of pesticide deposition on cotton leaves during the flowering period. Cotton leaves in 0°–30°, 30°–60°, 60°–90° leaf blade angle ranges (angle between the leaf blade and the horizontal plane) were examined. In the first experiment, four different prewetting volumes (0, 1.6, 3.2 and 4.8 L) were sprayed by a single-rotor electric UAV on four cotton plots (plots A–D) each with an area of 120 m², and then each area was sprayed with a 0.8% (w/v) ponceau 2R solution by another single-rotor electric UAV. The results revealed that with no prewetting, droplet deposition quantity decreased with increasing leaf blade inclination. After prewetting, the mean droplet deposition quantity on plots B, C and D increased by 39.8%, 9.7% and 24.9%, respectively. The prewetting rate of 1.6 L per 120 m² had the most significant effect on improving the deposition of droplets. It was also found that the mean droplet deposition quantity in each leaf blade angle range increased after prewetting. For the leaf blade angle range 60°–90°, this increase was the most pronounced, with 0.043, 0.062, 0.057 and 0.048 mL·cm⁻² in plots A–D, respectively. Also, droplet deposition uniformity in the leaf blade angle range 60°–90° was better after prewetting. These results should provide a valuable reference for future research and practice to improve the effectiveness of pesticides applied to cotton by aerial applications.     

植保无人机水稻田间农药喷施的作业效果

【目的】测试和对比电动单旋翼与电动多旋翼植保无人机在水稻田间的作业效果。【方法】测试的植保无人机为HY-B-15L型单旋翼植保无人机(单旋翼机)和MG-1S型多旋翼植保无人机(多旋翼机)。以一定比例的罗丹明B与善思纳米农药的混合溶液作为喷施溶液,通过改变无人机作业高度和农药喷洒量进行田间喷施试验,采用荧光示踪剂法和水敏纸图像分析法获得2种无人机在不同喷施条件下喷施的雾滴在靶标上的沉积效果。按田间药效调查准则,调查不同处理下的纳米农药对水稻病虫害的防治效果。【结果】2种无人机喷施的雾滴在各采样点上的沉积量随农药喷洒量的增加而增加,当农药喷洒量为66.67和100.00 mL·hm~(–2)时,单旋翼机在各采样点上的沉积量比喷洒量为46.67 mL·hm~(–2)时的分别增加了48.50%和137.73%,多旋翼机分别增加了66.60%和111.88%。作业高度影响了无人机喷施雾滴在采样点上的沉积量和沉积均匀性,当作业高度由1.5 m增加至2.5 m时,单旋翼机喷施的雾滴在采样点上的沉积量和沉积均匀性分别降低了19.3%和53.6%、多旋翼机分别降低了48.7%和22.9%。在4种喷施条件下,单旋翼机在采样点上的沉积量比多旋翼机同条件下分别高出85.8%、26.5%、59.4%和123.4%。单旋翼机在1.5 m和46.67 mL·hm~(–2)作业条件下,农药对稻飞虱Nilaparvata lugens、稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis、稻秆潜蝇Chlorops oryzae、细菌性条纹病及稻瘟病5种水稻病虫害的防治效果最好,防效分别为87.63%、76.67%、84.08%、59.26%和82.33%;多旋翼机在1.5 m和66.67 mL·hm~(–2)作业条件下,农药对上述水稻病虫害的防治效果最好,防效分别为86.54%、78.62%、89.47%、66.67%和83.33%。【结论】2种植保无人机由于旋翼风场不同,导致雾滴沉积效果不同,单旋翼植保无人机喷施效果更好;2种无人机喷施的农药最终对水稻病虫害的防治效果无明显差异,且防治效果均达到国家防效标准。