董云哲， 李君興， 史云天， 于海濤， 楊文挺

(吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林長春 130022)

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植保無人機(jī)旋翼對霧滴分布的影響試驗(yàn)研究

董云哲， 李君興*， 史云天， 于海濤， 楊文挺

(吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林長春 130022)

摘要[目的]探究植保無人機(jī)旋翼對霧滴分布的影響。[方法]將植保無人機(jī)機(jī)體分別固定在4種不同高度下，比較旋翼工作與旋翼不工作2種狀態(tài)下的霧滴分布情況。[結(jié)果]旋翼降低了霧滴沉積量，但霧滴分布更加寬泛，小型旋翼無人機(jī)作業(yè)高度在2.0 m處，霧滴沉積效果最佳。[結(jié)論] 該研究可為制定植保無人機(jī)操作規(guī)范提供參考。

關(guān)鍵詞無人機(jī)；旋翼；漂移

目前化學(xué)防治是防治農(nóng)作物病、蟲、草及鼠害的主要方法，隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，農(nóng)村勞動力急劇減少，傳統(tǒng)人工植保作業(yè)已無法滿足農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)需求。植保無人機(jī)具有效率高、作業(yè)過程中不受地理因素及作物長勢的制約、旋翼產(chǎn)生的風(fēng)場可使作物正反面均可著藥、無需專業(yè)起飛場地等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]，現(xiàn)已成為植保機(jī)械領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。目前全國有400余家企業(yè)或科研部門從事植保無人機(jī)的研究與生產(chǎn)工作。但由于植保無人機(jī)是新興產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)尚無統(tǒng)一的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范。缺少大量植保無人機(jī)霧滴沉積有效利用率的數(shù)據(jù)是其標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程不能出臺的一個(gè)重要原因。霧滴分布是考核植保器械性能的重要指標(biāo)，是制定植保器械標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范的重要依據(jù)，所以國內(nèi)很多大學(xué)和科研院所對無人機(jī)噴灑性能及施藥效果進(jìn)行了研究，并取得了許多進(jìn)展，如張京等[2]研究了無人駕駛直升機(jī)航空噴霧參數(shù)對藥液霧滴沉積效果的影響；薛新宇等[3]進(jìn)行了N-3型無人直升機(jī)不同作業(yè)高度和不同噴灑濃度的田間藥效試驗(yàn)，探索了無人機(jī)施藥對稻飛虱和稻縱卷葉螟的防治效果；高圓圓等[4]應(yīng)用Af-811小型無人機(jī)對不同霧化方式的噴頭、不同藥劑、不同助劑進(jìn)了低空噴灑試驗(yàn)，并對霧滴沉積分布狀況及防治效果進(jìn)行了分析；邱白晶等[5]研究了無人直升機(jī)飛行高度與速度對噴霧沉積分布的影響；荀棟等[6]利用TH80-1 植保無人機(jī)和3WBD-16HBA電動噴霧器2種不同的施藥方式對早稻中后期稻飛虱、稻縱卷葉螟和紋枯病進(jìn)行防治，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和比較。這些研究均是在田間進(jìn)行，更接近于實(shí)際作業(yè)情況，并且只是在特定的條件下進(jìn)行的試驗(yàn)。影響霧滴分布的因素在野外無法控制，風(fēng)向、風(fēng)速、溫度時(shí)刻發(fā)生變化會導(dǎo)致飛機(jī)姿態(tài)變化，因而獲得一個(gè)可重復(fù)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)相當(dāng)困難。迄今為止，尚未見植保無人機(jī)旋翼對霧滴分布影響試驗(yàn)的報(bào)道。鑒于此，筆者依據(jù)植物保護(hù)機(jī)械通用試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)了霧滴承接箱并進(jìn)行無人機(jī)旋翼對霧滴分布的影響試驗(yàn)，以期為制定植保無人機(jī)操作規(guī)范提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料植保無人機(jī)選用吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院研制的NJY1206八旋翼電動植保無人機(jī)，其藥箱容積為10 L，飛機(jī)軸距為1 206 mm，該無人機(jī)的藥泵壓力為0.2 MPa，采用斯普瑞噴霧系統(tǒng)有限公司的TP11001噴頭，噴頭間距為0.5 m。為了避免在工作過程中霧滴承接器的位置發(fā)生變化，設(shè)計(jì)了霧滴承接箱，霧滴承接箱中部設(shè)有支架，支架與霧滴承接器的配合為間隙配合，各個(gè)霧滴承接器間距為100 mm；其他輔助儀器還有電子天平(先行者OHOUS)、小型真空烘干箱(DZF-6210)、轉(zhuǎn)速計(jì)(AZ8008)；噴灑液為純凈水。

1.2試驗(yàn)方法將NJY1206八旋翼電動植保無人機(jī)固定在桁架上，如圖1所示，將霧滴承接器放置在飛機(jī)正下方(霧滴承接器中心與飛機(jī)中心噴頭對齊)，調(diào)整飛機(jī)高度，使得噴頭距霧滴承接器的距離為1.0 m，待無人機(jī)藥箱中水噴完后，測量旋翼不工作霧滴承接器中積液盒中沉積液體的質(zhì)量，測量完畢后，將縱向(噴桿平行方向)霧滴承接器中液體質(zhì)量相加；將霧滴承接器擦凈后，放入烘干箱中烘干以備再次使用；再將無人機(jī)藥箱加10 kg水，遙控器發(fā)出指令，旋翼開始工作，當(dāng)旋翼轉(zhuǎn)速為7 000 r/min時(shí)，開始噴灑，噴灑完畢后，測量霧滴承接器中液體的質(zhì)量，測量完畢后，將縱向霧滴承接器中液體質(zhì)量相加。再將飛機(jī)高度分別調(diào)至1.5、2.0、2.5 m，按照上述方法再分別進(jìn)行測量。為保證測試結(jié)果的可重復(fù)性，每次測試需使用滿電電池。試驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室溫度為12～15 ℃。

圖1　試驗(yàn)現(xiàn)場Fig.1　Testing site

2結(jié)果與分析

令無人機(jī)旋翼處于靜止?fàn)顟B(tài)，分別測量不同高度霧滴沉積量分布，結(jié)果顯示：1.0 m高度沉積總量為784.10 g，1.5 m高度沉積總量為742.35 g，2.0 m沉積總量為683.17 g，2.5 m高度沉積總量為675.01 g，沉積量波峰出現(xiàn)在無人機(jī)橫滾位置為0.6～0.7 m處，其沉積量分布如圖2所示。令無人機(jī)旋翼處于7 000 r/min旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，再分別測量不同高度霧滴沉積量分布，結(jié)果顯示：1.0 m高度沉積總量為387.96 g，1.5 m高度沉積總量為350.43 g，2.0 m高度沉積總量為398.46 g，2.5 m高度沉積總量為378.80 g，沉積量波峰出現(xiàn)在無人機(jī)橫滾位置為0.6～0.7 m處，其沉積量分布如圖3所示。

在旋翼靜止噴灑時(shí)，隨著高度升高，沉積量呈下降趨勢。其主要原因是，噴頭噴出的小霧滴在飛行過程中，由于空氣阻力小霧滴動能很快消失，其懸浮在空氣中直至消亡。這也驗(yàn)證了宋吉林等[7]在噴霧機(jī)霧滴大小和飛行時(shí)間的研究中關(guān)于小霧滴動能快速消失的論斷。扇形噴頭噴霧分布流量是中間高兩邊低的峰狀結(jié)構(gòu)[8]，所以沉積量波峰出現(xiàn)在無人機(jī)橫滾位置為0.6～0.7 m處。

圖2　旋翼靜止時(shí)霧滴沉積分布Fig.2　Droplets deposition when rotor does not work

旋翼工作時(shí)的沉積總量相比于旋翼靜止時(shí)的沉積總量

顯著下降，其主要原因是沉積總量受旋翼風(fēng)場的影響。多旋翼風(fēng)場較為復(fù)雜，旋翼正下方的風(fēng)向是向下的，而旋翼其他位置的風(fēng)向不定，有的風(fēng)向是斜向下，有的風(fēng)向甚至是向上的(如多旋翼飛機(jī)中心的風(fēng))。部分霧滴尤其是小霧滴隨向上的風(fēng)或其他方向的風(fēng)而漂移，故而造成大量霧滴漂移。沉積量波峰依然出現(xiàn)在無人機(jī)橫滾位置為0.6～0.7 m處，與靜態(tài)波峰出現(xiàn)位置相同。此外，無人機(jī)風(fēng)場產(chǎn)生的地面效應(yīng)使得旋翼工作時(shí)霧滴分布相比于旋翼不工作時(shí)霧滴分布更為寬泛。

圖3　旋翼工作時(shí)霧滴沉積分布Fig.3 　Droplets deposition when rotor works

3結(jié)論

該試驗(yàn)結(jié)果表明：霧滴沉積量受旋翼影響較大，該機(jī)型旋翼降低了霧滴沉積量；在室內(nèi)，植保無人機(jī)懸停高度為2.0 m時(shí)，霧滴沉積量最大；旋翼使得植保無人機(jī)的霧滴分布更為寬泛。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目吉林省財(cái)政廳行業(yè)科研專項(xiàng)(2015102206)。

作者簡介董云哲(1975- )，男，吉林長春人，高級工程師，從事農(nóng)業(yè)植保機(jī)械研究。*通訊作者，正高級工程師,從事精準(zhǔn)植保機(jī)械研究。

收稿日期2016-04-18

中圖分類號S 252+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)13-297-02

Experimental Study on Effects of Plant Protection UAV Rotor on Droplets Distribution

DONG Yun-zhe, LI Jun-xing*, SHI Yun-tian et al

(Jilin Academy of Agricultural Machinery, Changchun, Jilin 130022)

Abstract[Objective] The aim was to explore effects of plant protection UAV rotor on droplets distribution.[Method] Plant protection UAV was fixed in 4 different heights, droplets distribution when rotor works and does not work were compared.[Result] Rotor reduced the droplet deposition, but the droplet distribution was more extensive.When operation height of small rotor UAV was at 2.0 m, droplet deposition effect was the best.[Conclusion] The study can provide reference for formulating operation standards of plant protection UAV.

Key wordsUnmanned aerial vehicle(UAV); Rotor; Drift