董云哲++李君興++吳光華++楊文挺++史云天

摘要：為了探究植保無(wú)人機(jī)的噴施效果，進(jìn)行了多旋翼植保無(wú)人機(jī)在不同高度下和旋翼處于不同狀態(tài)下對(duì)霧滴沉積量影響的試驗(yàn)。結(jié)果表明，當(dāng)旋翼不工作時(shí)隨著高度的升高，沉積量下降，而當(dāng)旋翼工作時(shí)霧滴分布趨于均勻，霧滴沉積范圍加大，但霧滴沉積量顯著減少。

關(guān)鍵詞：農(nóng)藥；無(wú)人機(jī)；旋翼；漂移

中圖分類(lèi)號(hào)：S252+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）08-1557-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.08.039

Influences of Rotor of Unmanned Aerial Vehicle for Plant Protection on

Droplets Deposition

DONG Yun-zhe，LI Jun-xing，WU Guang-hua，YANG Wen-ting，SHI Yun-tian

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

Abstract： To explore the spraying effect of unmanned aerial vehicle（UAV） for plant protection，tests of influences under different heights and conditions on the droplets deposition were made on rotor of UAV. The results showed that when the rotor does not work，droplets deposition decreases with the increase of height，and when the rotor works，droplets tends to be more uniform and deposition scope tends to be wider，but deposition volume decreases significantly.

Key words： pesticide； unmanned aerial vehicle（UAV）； rotor； drift

2015年中國(guó)糧食總產(chǎn)量為6.21億t，糧食生產(chǎn)成功實(shí)現(xiàn)“十二連增”[1]，農(nóng)藥的作用功不可沒(méi)，但農(nóng)藥過(guò)度使用的危害日益顯現(xiàn)，如病毒、害蟲(chóng)的耐藥性逐年增強(qiáng)，土壤和水資源的污染日趨嚴(yán)重等。農(nóng)業(yè)部下發(fā)《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，提出了在保證糧食產(chǎn)量安全的同時(shí)，農(nóng)藥使用量到2020年實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)[2]。2015年中國(guó)農(nóng)藥利用率為36.6%，雖然比2013年提高了1.6個(gè)百分點(diǎn)，但遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家50%～60%的平均水平，研發(fā)高效植保機(jī)械已成農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的重中之重[3]。

植保無(wú)人機(jī)是新興的植保機(jī)械，可實(shí)現(xiàn)微量噴灑，作業(yè)效率高，霧滴穿透力強(qiáng)。但目前植保無(wú)人機(jī)沒(méi)有明確的植保標(biāo)準(zhǔn)，主要因?yàn)槠鋰姙⑿Ч艿接绊懸蛩剌^多，如旋翼風(fēng)場(chǎng)的影響、作業(yè)環(huán)境（溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)力）的影響和噴灑設(shè)備性能的影響以及農(nóng)藥特性（黏度、密度）的影響[4，5]。目前，許多研究者對(duì)無(wú)人機(jī)噴灑進(jìn)行研究，如張京等[6]研究了無(wú)人駕駛直升機(jī)航空噴霧參數(shù)對(duì)藥液霧滴沉積效果的影響；薛新宇等[7]進(jìn)行了N-3型無(wú)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)；高圓圓等[8]應(yīng)用Af-811小型無(wú)人機(jī)對(duì)不同霧化方式的噴頭、不同藥劑、不同助劑進(jìn)行了低空噴灑試驗(yàn)，并對(duì)霧滴沉積分布狀況及防治效果進(jìn)行了分析；邱白晶等[9]研究了無(wú)人直升機(jī)飛行高度與速度對(duì)噴霧沉積分布的影響。研究均表明無(wú)人機(jī)的作業(yè)參數(shù)對(duì)霧滴沉積效果有直接影響。為了探究植保無(wú)人機(jī)的噴施效果，在吉林省泵類(lèi)產(chǎn)品檢測(cè)站室內(nèi)進(jìn)行了植保無(wú)人機(jī)在4種高度和無(wú)人機(jī)旋翼工作與旋翼不工作兩種狀態(tài)下，進(jìn)行了噴灑試驗(yàn)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

試驗(yàn)設(shè)備選用NJY1206八旋翼電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)（吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院研制），其主要性能參數(shù)見(jiàn)表1；噴頭TP11001（斯普瑞噴霧系統(tǒng)有限公司）；霧滴承接箱（吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院）；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。

為了避免在工作過(guò)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，如圖1所示，支架固定在霧滴收件箱的中部，支架與各個(gè)霧量承接器的配合為間隙配合，霧量承接器間距為100 mm。

1.2 方法

將NJY1206型八旋翼電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)固定在桁架上，如圖2所示，將霧滴承接箱放置在飛機(jī)正下方（霧滴承接箱中心與飛機(jī)中心噴頭對(duì)齊，試驗(yàn)僅測(cè)量植保無(wú)人機(jī)右側(cè)數(shù)據(jù)，左側(cè)數(shù)據(jù)與右側(cè)相同），調(diào)整飛機(jī)高度，使得噴頭距霧量承接器的距離為1.0 m，向植保藥箱注入10 kg水，待無(wú)人機(jī)藥箱中水噴完后，測(cè)量霧滴承接器中液體的質(zhì)量。測(cè)量完畢后，將橫向（與噴桿垂直方向）霧滴承接器液體質(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(wú)人機(jī)藥箱加10 kg水，遙控器發(fā)出指令，旋翼開(kāi)始工作，當(dāng)旋翼轉(zhuǎn)速為7 000 r/min時(shí)，開(kāi)始噴灑，噴灑完畢后，測(cè)量霧滴承接器中液體的質(zhì)量。測(cè)量完畢后，將橫向霧滴承接器中液體質(zhì)量相加，再調(diào)整飛機(jī)高度至1.5、2.0、2.5 m，再分別測(cè)量。為保證測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性，每次測(cè)試結(jié)束后，均需使用滿電電池。試驗(yàn)時(shí)，溫度為12～15 ℃。

2 結(jié)果與分析

保持無(wú)人機(jī)旋翼狀態(tài)不變，測(cè)量不同位置（以無(wú)人機(jī)中心為原點(diǎn)，以平行于噴桿右側(cè)方向?yàn)闄M坐標(biāo)正方向）霧量分布隨高度變化的情況，并計(jì)算出霧量分布變異系數(shù)以及液滴沉積總量。不同高度旋翼不同狀態(tài)下液滴沉積量分布見(jiàn)圖3，霧量分布變異系數(shù)隨高度變化關(guān)系見(jiàn)圖4，不同高度旋翼不同狀態(tài)下液滴沉積總量見(jiàn)圖5。旋翼對(duì)霧滴沉積量分布影響巨大，旋翼不工作時(shí)沉積量是旋翼工作時(shí)沉積量的1.9倍，主要是因?yàn)闊o(wú)人機(jī)風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生的效果，無(wú)人機(jī)旋翼正下方的風(fēng)向是向下的，而旋翼其他位置的風(fēng)向較為復(fù)雜，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)，而且旋翼上方氣壓小于周邊的氣壓，部分霧滴隨向上的風(fēng)和其他方向的風(fēng)而漂移，有許多霧滴直接落在無(wú)人機(jī)上。旋翼靜止時(shí)，霧量承接器中沉積量隨高度的升高呈下降趨勢(shì)，是因?yàn)檎舭l(fā)漂移原因造成的，高度越高，下降時(shí)間越長(zhǎng)，極小液滴在下降過(guò)程中，體積逐步縮小直至消亡[10]；旋翼工作時(shí)，沉積量隨高度變化不大，是因?yàn)殪F滴在飛行過(guò)程中，在無(wú)人機(jī)風(fēng)場(chǎng)的作業(yè)下，霧滴的飛行時(shí)間短，直接達(dá)到靶標(biāo)。旋翼工作與不工作相比，霧滴分布更加寬泛，其主要原因也是無(wú)人機(jī)風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生的地面效應(yīng)原因造成的。旋翼無(wú)人機(jī)的向下風(fēng)達(dá)到地面時(shí)，會(huì)反彈、四濺，霧滴的沉積也深受影響。

3 小結(jié)

針對(duì)植保無(wú)人機(jī)旋翼對(duì)霧滴沉積量的影響進(jìn)行了試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集和分析，結(jié)論如下：

1）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，應(yīng)充分利用旋翼正下方風(fēng)場(chǎng)。

2）在室內(nèi)，高度對(duì)處于工作狀態(tài)下的植保無(wú)人機(jī)沉積量影響不大，旋翼使得霧滴分布更為寬泛。

3）植保無(wú)人作業(yè)高度1.0 m時(shí)，霧量分布變異系數(shù)最小。

參考文獻(xiàn)：

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