單旋翼植保無人機噴霧參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、植保無人機施藥技術(shù)的研究不同于地面植保機具，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，不僅與植保無人機噴灑平臺的穩(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型N-3型油動單旋翼植保無人機為研究平臺，針對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)合作物病蟲害特點與旋翼產(chǎn)生的氣流效應(yīng)，探索了旋翼下洗氣流對水稻稻飛虱和小麥白粉菌動態(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作用;最后進行了噴嘴優(yōu)化前后無人機田間噴灑農(nóng)藥防治病蟲害對比試驗研究。主要工作包括以下方面:
　　1.研究了離心噴嘴霧化效果，并對離心噴嘴的結(jié)構(gòu)進行改進，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，但流量對霧滴粒徑的影響沒有轉(zhuǎn)速對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，此時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為6000r·min-1。離心噴嘴霧滴沉積量在整個霧化區(qū)域內(nèi)近似呈中空的圓錐臺分布。霧滴的水平速度直接影響霧化的噴幅，單個噴嘴的噴幅可達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)高度無人機噴幅可在5m以上。
　　2.研究了N-3型植保無人機低空飛行時旋翼氣流場特性，獲得了不同飛行高度條件下的旋翼風(fēng)場數(shù)據(jù)。試驗結(jié)果表明，模擬值與試驗值基本吻合，在無人機飛行高度5～7m時，此時的風(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.在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用Box-Benhnken中心組合試驗設(shè)計理論對施藥機具的噴霧參數(shù)進行研究。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。試驗結(jié)果表明，對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％，且試驗值與模型預(yù)測值相比相對誤差在±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)律和無人機不同作業(yè)高度時的霧滴飄移規(guī)律，明確了N-3型植保無人機田間作業(yè)時實際作業(yè)參數(shù)。試驗結(jié)果表明:N-3型植保無人機在水稻生長后期噴灑農(nóng)藥時，作業(yè)高度和橫向噴灑幅度會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，氣溫25～30℃，相對濕度50.9～56.7％，N-3型植保無人機作業(yè)高度3～7m時，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型植保無人機作業(yè)對冠層稻飛虱和白粉菌孢子的動態(tài)分布影響。結(jié)果顯示，無人機的飛行高度對稻飛虱蟲口數(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遠的范圍內(nèi)，會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，建議先用無人機進行模擬噴灑飛行，使氣流擾動作物冠層，稻飛虱將會從水稻下部逃離到其它地方，在冠層的垂直分布上會使上層增多，在噴灑時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的影響關(guān)系密切，在開始階段孢子釋放量較少時，無人機的旋翼氣流對孢子的釋放影響較小;隨著孢子量的增多，小麥經(jīng)過旋翼氣流的擾動與沒有經(jīng)過氣流

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