單旋翼植保無人機(jī)噴霧參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、植保無人機(jī)施藥技術(shù)的研究不同于地面植保機(jī)具，要使噴灑的農(nóng)藥效果發(fā)揮到最高，并且均勻地吸附在作物不同冠層結(jié)構(gòu)的葉片上，不僅與植保無人機(jī)噴灑平臺(tái)的穩(wěn)定性、可靠性有關(guān)，還與噴嘴的霧化效果、霧滴粒徑、無人機(jī)旋翼氣流場、噴灑高度、噴灑速度、噴灑流量、作物特性、病蟲害特點(diǎn)以及環(huán)境條件等有關(guān)。因此，本文選擇市場上具有代表性的機(jī)型N-3型油動(dòng)單旋翼植保無人機(jī)為研究平臺(tái)，針對(duì)影響噴灑效果的參數(shù)（霧滴粒徑、旋翼下洗氣流場、噴灑高度、噴灑速度、噴灑流量等），

2、開展航空專用離心噴嘴設(shè)計(jì)與霧化效果研究、旋翼下洗氣流場風(fēng)場寬度和風(fēng)場大小研究、霧滴最佳沉積水平響應(yīng)面模型研究，并結(jié)合作物病蟲害特點(diǎn)與旋翼產(chǎn)生的氣流效應(yīng)，探索了旋翼下洗氣流對(duì)水稻稻飛虱和小麥白粉菌動(dòng)態(tài)分布的影響，初步明確了旋翼產(chǎn)生的氣流稻飛虱和白粉菌具有一定的擾動(dòng)作用;最后進(jìn)行了噴嘴優(yōu)化前后無人機(jī)田間噴灑農(nóng)藥防治病蟲害對(duì)比試驗(yàn)研究。主要工作包括以下方面:
　　1.研究了離心噴嘴霧化效果，并對(duì)離心噴嘴的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，獲得最佳入流方式。

3、結(jié)果表明，優(yōu)化后的離心噴嘴霧化效果更均勻平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速和流量對(duì)離心噴嘴的霧化性能影響較大，霧滴粒徑大小隨著轉(zhuǎn)速的增加而減少，隨著流量的增加而增大，但流量對(duì)霧滴粒徑的影響沒有轉(zhuǎn)速對(duì)霧滴粒徑的影響顯著。為獲得良好的覆蓋率，要求霧滴粒徑為200μm，此時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為6000r·min-1。離心噴嘴霧滴沉積量在整個(gè)霧化區(qū)域內(nèi)近似呈中空的圓錐臺(tái)分布。霧滴的水平速度直接影響霧化的噴幅，單個(gè)噴嘴的噴幅可達(dá)2.5m，因此噴嘴的安裝間隔為2.5m以內(nèi)，根據(jù)不

4、同的作業(yè)高度無人機(jī)噴幅可在5m以上。
　　2.研究了N-3型植保無人機(jī)低空飛行時(shí)旋翼氣流場特性，獲得了不同飛行高度條件下的旋翼風(fēng)場數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，模擬值與試驗(yàn)值基本吻合，在無人機(jī)飛行高度5～7m時(shí)，此時(shí)的風(fēng)場寬度為6～7m，作物冠層的旋翼風(fēng)速大于3m·s-1，能滿足末速度原則。
　　3.在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論對(duì)施藥機(jī)具的噴霧參數(shù)進(jìn)行研究。以飛行高度、飛行速度、噴頭流量等工作

5、參數(shù)為影響因素，以霧滴在靶標(biāo)上的沉積水平為目標(biāo)函數(shù)，建立霧滴沉積水平的二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型，并分析模型的有效性與因子間的交互作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)霧滴沉積水平影響大小依次為飛行高度、飛行速度、噴頭流量;最優(yōu)噴灑參數(shù)組合為飛行高度5.0m，飛行速度3.7m·s-1，雙噴頭流量1600mL·min-1，此條件下的霧滴在靶標(biāo)上的最大沉積水平為56.96％，且試驗(yàn)值與模型預(yù)測(cè)值相比相對(duì)誤差在±7％以內(nèi)。
　　4.研究了水稻孕穗期霧滴穿透性情

6、況。通過探索霧滴在作物不同部位的沉積分布規(guī)律和無人機(jī)不同作業(yè)高度時(shí)的霧滴飄移規(guī)律，明確了N-3型植保無人機(jī)田間作業(yè)時(shí)實(shí)際作業(yè)參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明:N-3型植保無人機(jī)在水稻生長后期噴灑農(nóng)藥時(shí)，作業(yè)高度和橫向噴灑幅度會(huì)影響霧滴在植株上下層的沉積量和分布均勻性。當(dāng)外界風(fēng)速小于3m·s-1時(shí)，氣溫25～30℃，相對(duì)濕度50.9～56.7％，N-3型植保無人機(jī)作業(yè)高度3～7m時(shí)，霧滴的飄移量主要集中在離噴灑區(qū)20m范圍內(nèi)，研究結(jié)果可為N-3型植保無

7、人機(jī)田間施藥過程中隔離帶的劃分提供參考。
　　5.研究了N-3型植保無人機(jī)作業(yè)對(duì)冠層稻飛虱和白粉菌孢子的動(dòng)態(tài)分布影響。結(jié)果顯示，無人機(jī)的飛行高度對(duì)稻飛虱蟲口數(shù)量的分布有重要的影響，在旋翼氣流的正下方區(qū)域無明顯影響，但在離旋翼氣流的正下方邊沿區(qū)域2～10m遠(yuǎn)的范圍內(nèi)，會(huì)使稻飛虱在作物冠層上的水平分布和垂直分布發(fā)生變化。在離旋翼氣流的正下方邊沿區(qū)域2～5m的作物冠層，稻飛虱數(shù)量減少，但在5～10m的范圍內(nèi)稻飛虱數(shù)量明顯增多。氣流擾動(dòng)明

8、顯地增加了作物冠層上部的稻飛虱蟲口數(shù)量分布，并且在一定范圍內(nèi)飛行高度越高、旋翼直徑越大，影響的范圍越廣。在稻飛虱的防治中，建議先用無人機(jī)進(jìn)行模擬噴灑飛行，使氣流擾動(dòng)作物冠層，稻飛虱將會(huì)從水稻下部逃離到其它地方，在冠層的垂直分布上會(huì)使上層增多，在噴灑時(shí)有利于提高防治效果。白粉病原菌孢子數(shù)量的釋放與氣流擾動(dòng)的影響關(guān)系密切，在開始階段孢子釋放量較少時(shí)，無人機(jī)的旋翼氣流對(duì)孢子的釋放影響較小;隨著孢子量的增多，小麥經(jīng)過旋翼氣流的擾動(dòng)與沒有經(jīng)過氣流

9、擾動(dòng)相比，氣流擾動(dòng)明顯地增加了孢子的釋放量，在小麥白粉病無人機(jī)噴灑防治中，為了減輕旋翼氣流對(duì)孢子釋放的影響，在病原菌孢子剛開始出現(xiàn)的2～3天內(nèi)進(jìn)行預(yù)防性噴施防治。
　　6.研究了植保無人機(jī)田間施藥對(duì)水稻稻飛虱和小麥白粉病防治效果研究。結(jié)果表明:單旋翼油動(dòng)無人機(jī)旋翼直徑的大小，對(duì)稻飛虱防治效果無明顯影響;但氣流的擾動(dòng)和噴嘴的選擇對(duì)防治效果影響明顯。在對(duì)水稻稻飛虱防治試驗(yàn)中，N-3型植保無人機(jī)使用優(yōu)化后噴嘴的防治效果在施藥后3天能提高