大载荷植保无人机喷洒作业雾滴沉积特性的研究

发布时间：2020-04-19 00:20

【摘要】：植保无人机低空低量喷洒技术的特点是一次性作业面积大、病虫害防治效果好、作业效率和农药利用率高。喷洒作业时,人药分离模式从根本上解决病虫害防治过程中农药对作业人员危害的难题,满足了现代生态农业高效化和安全化发展的要求。但是喷洒作业时无人机旋翼产生的气流为非定常流场,下洗流场对雾滴沉积和飘移的影响较大。要使喷洒农药的药效达到最佳,并且精确的喷施到植株冠层中均匀地覆盖到叶片的正反面上,不仅与植保无人机飞行性能的安全稳定性有关,还与配套喷雾系统的雾化效果、雾滴粒径、无人机旋翼气流场、喷洒高度、喷洒流量、作物特性以及环境条件等有关。本文在江苏省农业科技自主创新资金项目—大载荷无人机高效施药技术及喷洒装备(CX(15)1038)的资助下,以有效载荷60kg的FR-200油动力单旋翼植保无人机为研究平台,针对影响无人机喷洒效果的参数研究雾滴沉积特性的变化规律。本文的主要研究工作包括:1.大载荷无人机喷雾系统设计与雾化效果的研究。基于FR-200无人直升机载具平台,结合其飞行性能参数选择合适的喷雾系统构件,设计了配套的大载荷植保无人机喷洒系统,基本满足植保无人机低空低量的喷洒要求。试验研究了无人机喷雾系统核心部件的雾化特性,分析不同雾化压力对雾滴粒径、喷嘴流量、雾化角的影响程度,以及扇形喷嘴安装间距对喷雾沉积分布的变化规律,为无人机配套喷雾系统的设计和研发提供了可靠地依据。2.大载荷植保无人机喷洒装备的性能分析。排除喷嘴间距和喷嘴数量等其它影响因素,设计试验主要研究无人机下洗气流对单喷头雾滴沉积分布的影响。并将其结果与无人机悬停状态下雾滴沉积分布情况进行了对比分析。试验选用两种喷幅较大的扇形喷嘴,结果表明使用IDK120-015喷嘴比Teejet110-015喷嘴的雾滴沉积量更多,但变异系数更大,雾滴分布均匀性较差。喷嘴距离地面的高度越高,雾滴沉积量就越小,说明无人机旋翼下洗气流对雾滴沉积分布的影响较大。3.大载荷植保无人机喷洒雾滴沉积分布特性。分析了喷嘴类型、飞行高度、飞行速度和温度对无人机雾滴沉积分布的影响,根据雾滴分布规律确定了无人机喷洒作业的最佳飞行高度为5m,飞行速度为7m/s。加入植物油类助剂迈飞后,能提高大载荷植保无人机喷雾液滴沉降过程中的保湿性。减少约17.3%的液滴蒸发量。4.助剂对大载荷植保无人机喷雾沉积均匀性和飘移性的影响。应用德国Dataphysics的DCAT11表面张力仪和DepositScan图像处理软件进行数据分析处理。研究了不同助剂类型及温度对FR-200无人直升机沉积分布均匀性和抗飘移性的影响。药液的表面张力越低,无人机喷洒的雾滴沉积分布越均匀。在侧风作用下大载荷无人机不使用助剂时飘移现象十分明显,加入5种喷雾助剂后均能明显降低雾滴飘移性。飞防增效剂迈飞能减少大载荷无人机喷雾液滴沉降过程中约17.3%的液滴蒸发量。
【图文】：

无人机,基本结构

布不均匀、沉积量不足和防治效果一般等问题，对扇形喷嘴的雾滴谱宽、雾化角、喷雾雾量分布和喷嘴布置方式进行了试验研究。明确了雾滴谱、雾化角与雾化压力之间的关系，研发出一套符合航空植保作业要求的大载荷植保无人机喷雾系统，基本满足无人机喷洒作业的稳定性、精准性、低空低量喷施和雾滴分布均匀的要求。2.1 无人机施药平台2.1.1 FR-200 型无人机本文采用的航空植保机械是飞瑞航空科技（江苏）有限公司研制的 FR-200无人机，该型号无人机的基本构成主要由飞行控制系统、动力系统和辅助系统组成。FR-200 无人机结构组成实物图如图 2.1 所示。动力系统包括主旋翼、平衡翼、尾翼和萨沃尔 500B 型双缸对置风冷发动机。辅助系统主要包括陀螺仪、起落架、机身、管路和油箱等部件组成。

雾化效果,雾滴,雾滴粒径

图 2.6 扇形喷头雾化效果Figure 2.6 Fan nozzle atomization effect统喷嘴粒径谱及流量参数径大小的表示方法有很多，一般采用统计方法定义平均雾滴[63]，主要可以分为以下六种：术平均直径 D0指的是喷雾雾滴直径的平均值。计算公式是：D0=∑DiNi∑Ni嘴雾化产生相同大小雾滴的直径；嘴雾化产生相同大小雾滴的数量。积中径 AMD 指的是雾滴粒径的中值粒径。在一次喷雾的样度的面积分布的百分数达到一半时所对应的雾滴粒径。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S252.3

【参考文献】