Fiaz Ahmad,邱白晶,董曉婭,馬靖,黃鑫,Shibbir Ahmed,Farman Ali Chandio

(1.江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江，212013；2.巴哈丁拉齊大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院農(nóng)業(yè)工程系，巴基斯坦木爾坦，60800；3.信德省農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院農(nóng)業(yè)動(dòng)力與機(jī)械系，巴基斯坦坦杜阿拉亞，70060)

0 引言

農(nóng)藥的應(yīng)用在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)作物生產(chǎn)中不可或缺，有助于提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。但由于施藥方法的落后，農(nóng)藥噴灑作業(yè)效率依然明顯較低[1]。植物保護(hù)產(chǎn)品用量的不斷增加引發(fā)了越來越多的環(huán)境問題[2]。霧滴大小、氣象條件和施藥裝備作業(yè)參數(shù)影響藥液在靶標(biāo)上的覆蓋、附著與吸收[3]。

航空施藥技術(shù)有助于減少農(nóng)藥對(duì)人類和環(huán)境的危害，因此近年來無人飛機(jī)在農(nóng)藥應(yīng)用中的適應(yīng)性成為研究的熱點(diǎn)。在此之前，一些關(guān)于航空施藥霧滴沉積和飄移的研究通過田間試驗(yàn)[4-8]和數(shù)值模型[9-12]開展。操作者應(yīng)清楚理解計(jì)量條件(溫度、風(fēng)向、風(fēng)速、濕度等)對(duì)噴灑效率的影響[13]。植物冠層和小型無人飛機(jī)噴霧高度對(duì)霧滴沉積和霧滴大小也有顯著影響[14]。

Wang等[15]研究了植保無人飛機(jī)噴霧量對(duì)小麥霧滴沉積的影響。He等[16]回顧了植保無人飛機(jī)的發(fā)展，認(rèn)為無人飛機(jī)施藥技術(shù)的商業(yè)化需要來自政府、研究機(jī)構(gòu)和行業(yè)的利益相關(guān)者合作與建設(shè)性參與。Zhang等[13]采用數(shù)值模擬技術(shù)(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))研究了N-3型單旋翼無人機(jī)下洗風(fēng)場(chǎng)的分布，并研制了測(cè)量裝置。Zhang等[17]為提高農(nóng)藥噴灑效率，研制了一種六旋翼植保無人飛機(jī)靜電噴霧系統(tǒng)。Zheng等[18]模擬了無人飛機(jī)作業(yè)參數(shù)對(duì)玉米不同生育階段施藥效果的影響。Zhou等[19]研究了轉(zhuǎn)杯式離心噴頭結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)霧化性能的影響，以實(shí)現(xiàn)高霧化質(zhì)量和窄霧滴譜。

航空施藥過程中的農(nóng)藥噴霧飄移會(huì)帶來嚴(yán)峻的環(huán)境問題。與載人農(nóng)用飛機(jī)相比[20-23]，無人飛機(jī)的霧滴飄移量隨著飛行高度的降低[3，16，24]和下洗風(fēng)場(chǎng)[5-6，25]的作用而有效減少。

Qin等[3]研究了無人飛機(jī)的霧滴沉積和噴灑殺蟲劑對(duì)稻飛虱的防治效果。Xue等[24]通過田間試驗(yàn)測(cè)量了無人飛機(jī)在稻田作業(yè)時(shí)的霧滴沉積和空中飄移量。無人飛機(jī)(UAV)低空作業(yè)時(shí)，上層平均沉積量占總噴灑量的28%，下層平均沉積量占總噴灑量的26%。下層約為上層的92.8%。霧滴飄移數(shù)據(jù)顯示，占總噴灑量12.9%的霧滴運(yùn)動(dòng)到了非靶標(biāo)區(qū)域。而其中的90%的霧滴沉積在距離靶標(biāo)區(qū)域8 m的范圍內(nèi)，在距離靶標(biāo)區(qū)域50 m處的飄移量幾乎為零。

噴霧測(cè)量方法同樣也受到了廣泛關(guān)注。學(xué)者[26-29]設(shè)計(jì)并制造了新型噴霧沉積模式測(cè)量系統(tǒng)(SDPMS)利用熒光示蹤和光譜分析技術(shù)克服了采樣數(shù)據(jù)離散化的問題，優(yōu)化了無人飛機(jī)霧滴沉積的測(cè)量方法。然而航空噴霧中的沉積測(cè)量方法仍需標(biāo)準(zhǔn)化。

Wang等[30]比較了六旋翼無人飛機(jī)與自走式噴桿噴霧機(jī)和兩種背負(fù)式噴霧器的工作效率和霧滴沉積效果。Wang等[31]提出了一種基于視覺(Lucy-Richardson算法)的新型噴霧系統(tǒng)，可以自動(dòng)識(shí)別裸露區(qū)域從而在靶標(biāo)區(qū)域上實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的精確噴灑。并在決策支持系統(tǒng)中采用模糊控制模型用于遲滯和非線性噴霧。

以往的研究主要針對(duì)大田作物的害蟲防治。本文旨在研究除草應(yīng)用中無人飛機(jī)作業(yè)參數(shù)對(duì)霧滴沉積量、覆蓋密度、覆蓋率和霧滴直徑在靶標(biāo)區(qū)和脫靶區(qū)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于在江蘇省鎮(zhèn)江市京東農(nóng)場(chǎng)(東經(jīng)119.738 58；北緯32.134 49)。氣象條件：現(xiàn)場(chǎng)溫度25.5 ℃～26.9 ℃，風(fēng)速0.4～1.1 m/s，相對(duì)濕度46.1%～47.8%。試驗(yàn)在麥田旁邊的雜草區(qū)進(jìn)行。

1.2 材料與裝置

采用單旋翼植保無人飛機(jī)(Freeman-200型，飛瑞航空科技(江蘇)有限公司)作為噴霧機(jī)具。主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 無人飛機(jī)參數(shù)與雜草特性Tab.1 UAV parameters and weed characteristics

無人飛機(jī)噴霧系統(tǒng)由矩形藥箱、液泵、噴桿、軟管、噴頭等部件組成。噴頭選用TeeJet110-015，共9個(gè)噴頭朝下沿著垂直于無人飛機(jī)軸的噴桿等間距(各50 cm)布置。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

噴灑藥液為除草劑與熒光示蹤劑(羅丹明-B，上海寰宸經(jīng)貿(mào)有限公司)的混合溶液。表2為試驗(yàn)四種處理T1、T2、T3、T4的作業(yè)參數(shù)。計(jì)算霧滴沉積量、覆蓋密度、覆蓋率、霧滴直徑和霧滴譜相對(duì)寬度。

表2 無人飛機(jī)作業(yè)參數(shù)Tab.2 UAVSprayeroperational Parameter

1.4 采樣點(diǎn)布置

如圖1所示，采樣點(diǎn)排列成一條直線。假設(shè)靶標(biāo)區(qū)在無人飛機(jī)航線的左右兩側(cè)各3 m范圍內(nèi)。在距離左右兩側(cè)無人飛機(jī)航線各3 m開外，根據(jù)無人飛機(jī)的有效噴灑幅寬建立脫靶區(qū)。按照每組17個(gè)霧滴采樣點(diǎn)布置。水敏紙(26 mm×76 mm)和載玻片(26 mm×76 mm)分別距離航線兩側(cè)0 m、1 m、2 m、3 m、6 m、10 m、15 m、20 m和25 m水平擺放，航線右側(cè)采樣點(diǎn)記為正，左側(cè)采樣點(diǎn)記為負(fù)。水敏紙和載玻片的高度等于雜草植株的平均高度(1 m)。田間試驗(yàn)設(shè)置如圖2所示，無人飛機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖1 采樣布局示意圖Fig.1 Sampling layout for UAV performance

圖2 田間試驗(yàn)設(shè)置Fig.2 Test setup in the field

圖3 無人飛機(jī)除草作業(yè)Fig.3 UAVin operation under weed conditions

采用自動(dòng)便攜式氣象站(TYD-ZS，北京宏昌鑫峰科技有限公司)在2.5 m高度上獲取不同噴霧作業(yè)參數(shù)(平均飛行高度和不同航段平均飛行速度)下對(duì)應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)(表3)。田間雜草情況如圖4所示。

圖4 田間雜草情況Fig.4 Weed conditions in the field

1.5 霧滴數(shù)據(jù)的獲取和處理

每次試驗(yàn)結(jié)束，待水敏紙干后放入有標(biāo)簽的自封袋中，隨后將其放入干燥冷卻器中，以便安全地將采樣卡送入實(shí)驗(yàn)室。在收集水敏紙時(shí)，必須佩戴橡膠手套。使用高密度激光掃描儀逐個(gè)掃描水敏紙以獲得600dpi的圖像，并使用Depositscan軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，該軟件較為先進(jìn)，能夠用于測(cè)定沉積量、覆蓋密度、覆蓋率和霧滴直徑[32]。Depositscan軟件通過下列方程將圖像中的著色點(diǎn)大小轉(zhuǎn)換為霧滴直徑

d=0.95ds0.910

(1)

(2)

式中：A——經(jīng)過圖像軟件Image J處理得到的斑點(diǎn)區(qū)域，μm2。

由于圖像軟件未考慮擴(kuò)散系數(shù)的影響[33]，在Depositscan軟件中使用下式將著色點(diǎn)直徑轉(zhuǎn)化為Dv0.1、Dv0.5和Dv0.9等霧滴直徑[15]。

D=0.550 7d-0.000 09d2

(3)

式中：D——霧滴直徑，μm；

d——水敏紙上著色點(diǎn)直徑，μm。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

使用Satistix 8.1統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析(ANOVA)。F檢驗(yàn)在顯著性水平為0.05時(shí)，對(duì)各處理均值進(jìn)行最小顯著性差異檢驗(yàn)(LSD0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 作業(yè)參數(shù)對(duì)霧滴沉積量和密度的影響

霧滴的沉積量和分布均勻性是評(píng)價(jià)噴霧效果的最重要指標(biāo)。水敏紙被廣泛應(yīng)用于快速、方便地評(píng)估霧滴沉積分布和靶標(biāo)覆蓋[32，34]。運(yùn)用沉積掃描軟件測(cè)量了水敏紙上霧滴沉積量、覆蓋密度、覆蓋率以及霧滴直徑之間的變化。圖5顯示了在不同的作業(yè)速度和高度下，霧滴在靶標(biāo)區(qū)和脫靶區(qū)的沉積情況。發(fā)現(xiàn)當(dāng)無人飛機(jī)在處理T1以2 m/s速度、2 m高度飛行時(shí)，靶標(biāo)區(qū)平均沉積量最高，為2.29 μL/cm2。處理T2、T3和T4在靶標(biāo)區(qū)域的平均沉積量分別為0.82、2.01、0.42 μL/cm2。表4顯示了不同處理下靶標(biāo)區(qū)和脫靶區(qū)沉積量占總沉積量的百分比，其中處理T4的脫靶區(qū)最高，為8.47%；處理T1脫靶區(qū)最低，為2.47%。

圖5 采樣點(diǎn)霧滴沉積量分布Fig.5 Spray deposition at different sampling site during various treatments

表4 各處理霧滴沉積量占比Tab.4 Percentage deposition during various treatment

這能夠清楚反映作業(yè)和氣象因素如風(fēng)速和風(fēng)向的影響，即隨著前進(jìn)速度和作業(yè)高度的增加，霧滴沉積量在靶標(biāo)區(qū)減少。處理T1、T2、T3、T4在中心線0點(diǎn)位置的霧滴沉積量分別為4.63、1.91、3.55、1.06 μL/cm2；在靶標(biāo)區(qū)的平均霧滴密度分別為56.19、54.37、83.07、41.79粒/cm2(圖6)。飛行速度較慢(2 m/s)時(shí)霧滴沉積量較大，但由于飛行速度、飛行高度和風(fēng)速的共同作用，處理T3的霧滴密度顯著增大。有學(xué)者[35]認(rèn)為飛行高度較低，水平風(fēng)和旋翼下洗風(fēng)之間交互作用的增加導(dǎo)致了霧滴破裂和波動(dòng)。處理T1、T2、T3和T4在中心線0點(diǎn)處的霧滴密度分別為87.1、116.2、91.9、91.1粒/cm2。Hussain等[5]發(fā)現(xiàn)，隨著無人飛機(jī)作業(yè)高度的增加，霧滴數(shù)量減少。

圖6 采樣點(diǎn)霧滴密度分布Fig.6 Spray deposits in the unit area at different sampling site during various treatments

霧滴沉積量、覆蓋密度和覆蓋率在中心線0點(diǎn)位置較高，隨著距離中心線距離的增加逐漸下降，分布更加不規(guī)則。霧滴從噴頭射出時(shí)的動(dòng)能越大，在中心線0點(diǎn)位置沉積量越大。因?yàn)闊o人飛機(jī)旋翼在機(jī)身下方產(chǎn)生的相對(duì)穩(wěn)定的氣流分布[23，36]，促使較粗的霧滴以較快的速度沉積在靶標(biāo)水敏紙上。Sunada等[37]以一架大型直升機(jī)為研究對(duì)象，研究了噴桿兩側(cè)的渦流和翼尖氣流在噴霧過程中的變化規(guī)律。旋翼在噴桿兩側(cè)產(chǎn)生的渦流改變了霧滴群的原始運(yùn)動(dòng)軌跡和形態(tài)，導(dǎo)致噴桿兩側(cè)形成較多的粗霧滴分布。Teske等[23]總結(jié)了單旋翼無人飛升機(jī)和自主導(dǎo)航八旋翼無人飛機(jī)的尾流特性，并利用CHARM和AGDISP軟件對(duì)霧滴噴施進(jìn)行了預(yù)測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)，盡管霧滴從噴桿對(duì)稱噴出，但由于側(cè)風(fēng)的作用，并沒有直接沉積在機(jī)身后部中心位置。Shi等[36]在一項(xiàng)對(duì)植保無人飛機(jī)的數(shù)值模擬研究中得出，無人飛機(jī)向前飛行時(shí)，旋翼引發(fā)的下洗氣流與地面發(fā)生碰撞產(chǎn)生的地效形成氣旋，使流場(chǎng)向相反方向增強(qiáng)并向周圍環(huán)境擴(kuò)散。旋翼周期性高速旋轉(zhuǎn)和地面效應(yīng)共同作用使氣流的流動(dòng)方向和速度不一致。并且通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)沒有下洗風(fēng)場(chǎng)時(shí)霧滴沉積是集中在航線左右1.3 m的范圍；有下洗風(fēng)場(chǎng)時(shí)霧滴沉積發(fā)生在航線左右6.4 m范圍,其中90%的霧滴沉積集中在3 m的范圍內(nèi)，沉積量峰值出現(xiàn)在無人飛機(jī)航線位置。而前進(jìn)方向0～2 m之間的波動(dòng)趨勢(shì)是由無人飛機(jī)旋翼形成的下洗風(fēng)場(chǎng)分布變化造成的。下降趨勢(shì)驗(yàn)證了無人飛機(jī)腹部對(duì)下洗風(fēng)場(chǎng)的阻礙作用。進(jìn)一步總結(jié)了旋翼長(zhǎng)度對(duì)無人飛機(jī)下方不同水平距離下洗風(fēng)場(chǎng)速度分布的影響。

2.2 霧滴覆蓋率

無人飛機(jī)各作業(yè)處理中的靶標(biāo)區(qū)和脫靶區(qū)霧滴覆蓋率結(jié)果如圖7所示，處理T1、T2、T3和T4的平均霧滴覆蓋率率分別為18.77%、10.37%、19.91%、6.03%，沿直線方向采樣點(diǎn)上的霧滴覆蓋密度差異顯著。一般而言，霧滴沉積量與覆蓋率呈正相關(guān)，通過優(yōu)化無人飛機(jī)的作業(yè)參數(shù)提高霧化均勻性是降低霧滴飄移和提高霧滴穿透能力的關(guān)鍵。隨著飛行速度的增加，霧滴覆蓋率降低。T1處理下，航線中心0點(diǎn)位置霧滴覆蓋率最高，達(dá)到36.19%。處理T1、T2、T3、T4在中心線0點(diǎn)位置的覆蓋率分別為36.19%、30.2%、23.26%、14.26%。受下洗風(fēng)場(chǎng)影響，各處理的覆蓋率均隨離中心線距離的增加而減小。圖8為各處理水敏紙掃描圖，清晰地反映了靶標(biāo)區(qū)和脫靶區(qū)霧滴覆蓋率的真實(shí)情況。類似地，Lou等[38]在應(yīng)用無人飛機(jī)防治棉蚜和紅蜘蛛時(shí)發(fā)現(xiàn)了飛行高度對(duì)霧滴沉積量和覆蓋率的影響。圖9為各處理下的無人飛機(jī)航線中心處水敏紙閾值圖像。

圖7 采樣點(diǎn)霧滴覆蓋率分布Fig.7 Spraycoverage at different sampling site during various treatments

右側(cè)脫靶區(qū)飄移霧滴的數(shù)量明顯大于左側(cè)脫靶區(qū)飄移霧滴的數(shù)量，航線右側(cè)的沉積和飄移量也明顯大于左側(cè)。這種現(xiàn)象主要是由側(cè)向風(fēng)場(chǎng)引起的，因?yàn)橥獠匡L(fēng)場(chǎng)的方向在61°～101°之間變化，從航線左側(cè)吹向右側(cè)。

(a)處理T1

(a)T10

植物冠層結(jié)構(gòu)是影響霧滴沉積量和覆蓋率的因素[14，39-41]，通常植物冠層外側(cè)的沉積量大于內(nèi)側(cè)。此外，在田間環(huán)境下，霧滴沉積效果主要由施藥技術(shù)決定，如噴頭類型、噴灑方式、作業(yè)參數(shù)。在航空噴灑中，霧滴沉積分布的均勻性和穿透性主要取決于低自然風(fēng)速下的飛行高度和飛行速度[3]。由于對(duì)無人飛機(jī)的研究仍在進(jìn)行中，植保無人飛機(jī)在田間高效利用還需要解決路徑規(guī)劃、邊界和障礙物檢測(cè)等問題[42]，探明旋翼下洗氣流對(duì)農(nóng)藥霧滴的作用機(jī)理[36]。

細(xì)小的霧滴受風(fēng)速影響顯著，從而降低了到達(dá)靶標(biāo)(葉片/水敏紙)的概率。飛行速度、高度和高風(fēng)速是影響整體施藥效率的限制因素。這一發(fā)現(xiàn)與Zhang等[17]和Su等[43]報(bào)道的在無人飛機(jī)植保作業(yè)過程中的觀察結(jié)果相符。航空噴灑霧滴的Dv0.5也受到噴頭類型的影響，Wang等[15]發(fā)現(xiàn)液力噴頭產(chǎn)生的Dv0.5大于離心噴頭。Guo等[44]得出結(jié)論，合適的渦流更有助于提高作業(yè)質(zhì)量，渦流相對(duì)于飛行參數(shù)是更加影響沉積分布的決定性因素，渦流越強(qiáng)，沉積量越大，覆蓋率越高，沉積均勻性越好。沉積分布不僅與無人飛機(jī)的作業(yè)參數(shù)有關(guān)，還與風(fēng)場(chǎng)有關(guān)。旋翼風(fēng)場(chǎng)和外部風(fēng)場(chǎng)之間有關(guān)聯(lián)。

霧化機(jī)理對(duì)沉積特性如沉積覆蓋率、霧滴大小等有顯著影響[15]。此外，施藥量還影響到覆蓋率和覆蓋密度。霧滴密度只有達(dá)到一定閾值方可達(dá)到較好的防治效果[32]。先正達(dá)植保公司(瑞士巴塞爾)對(duì)于殺蟲劑、除草劑和殺菌劑，給出的能實(shí)現(xiàn)較好防治效果的最小霧滴覆蓋密度分別為20、30～40、50～70粒/cm2。

2.3 航空施藥的霧滴分布

霧滴直徑及其分布均勻性也是施藥過程中的主要參數(shù)[3]，霧滴直徑分布均勻性通過霧滴譜相對(duì)寬度表示。圖10為Freeman200無人飛機(jī)噴灑的霧滴直徑分布，表5表示了不同處理下各采樣點(diǎn)的霧滴譜相對(duì)寬度。處理T1、T2、T3和T4的霧滴譜相對(duì)寬度分別為0.70、1.01、1.03、1.05，各處理的Dv0.1、Dv0.5和Dv0.9均從飛行航線中心點(diǎn)向兩側(cè)逐步減小，可能是受到旋翼下洗氣流和側(cè)向自然風(fēng)的影響，波動(dòng)趨勢(shì)較小。航線中心點(diǎn)的體積中徑Dv0.5最大為448.75 μm出現(xiàn)在處理T1，最小為238.95 μm出現(xiàn)在處理T4(圖10)。在噴灑過程中對(duì)霧形沒有較高要求，然而霧滴的大小在噴灑過程中起著很大的作用。較小的霧滴(<50 μm)相對(duì)容易飄移；而較大霧滴(>400 μm)的穿透性較差，在水敏紙膠狀硬質(zhì)表面的展開及重疊因素的影響下，霧滴主要集中在表面。

(a)處理T1

表5 各處理采樣點(diǎn)霧滴譜相對(duì)寬度Tab.5 Relative span at various sampling point for different treatment

直徑小于50 μm的細(xì)霧滴在釋放后立即失去動(dòng)能，從而在外界風(fēng)的作用下隨空氣進(jìn)入懸浮或飄失狀態(tài)，而較粗霧滴的航空飄移則顯著降低[39]。文丘里噴嘴易飄移細(xì)霧滴的Dv0.1、Dv0.9與Dv0.5模型預(yù)測(cè)的趨勢(shì)相似。通常，隨著占空比的降低，Dv0.1和Dv0.9會(huì)增加，在額定壓力下文丘里噴嘴噴灑的易飄移細(xì)霧滴減少[45]。由于無人飛機(jī)旋翼的介入對(duì)氣象環(huán)境和風(fēng)場(chǎng)的影響，過細(xì)、過粗的霧滴難以均勻分布在靶標(biāo)上。當(dāng)側(cè)向風(fēng)速大于臨界值時(shí)，霧滴飄移可能會(huì)加劇[22-25,36,46]。無人飛機(jī)尾流會(huì)使噴灑的霧滴運(yùn)動(dòng)超出預(yù)期的距離[23]。霧滴軌跡是無序的，具有特殊的特性：在出口即受到下壓作用的霧滴會(huì)優(yōu)先沉積在目標(biāo)表面，100 μm的霧滴在尾流的作用下沒有被卷吸到空中而是落在-1.5～1.5 m的范圍內(nèi)，而300～500 μm的霧滴則能有效沉積在噴幅范圍內(nèi)[22]。Qin等[3]也得出了同樣的結(jié)論:粗霧滴(400～450 μm)占比為10%，最高沉積密度集中在無人飛機(jī)航線-1～2 m范圍內(nèi)。

處理T1靶標(biāo)區(qū)(-3～3 m)的Dv0.1、Dv0.5和Dv0.9分別為113.2～267.5、211.11～571.04和328～637.00，Dv0.5隨著飛行高度和速度的增加而減??；處理T4，Dv0.1、Dv0.5和Dv0.9在靶標(biāo)區(qū)域(-3～3 m)的范圍為94.65～120.37、181.2～249.62和285～517.00(圖10)。表明高度和速度的提高使粗霧滴在旋翼下洗氣流較強(qiáng)作用下分解為過細(xì)的霧滴且動(dòng)能衰減，從而明顯降低靶標(biāo)區(qū)域霧滴濃度并且增加了航空飄移。

由此可見，低作業(yè)高度(2 m)和低作業(yè)速度(2 m/s)的沉降量和霧滴密度最高，霧滴在靶標(biāo)區(qū)的覆蓋率最高。Teske等[23]運(yùn)用CHARM+AGDISP模型證明無人飛機(jī)在低速飛行時(shí)渦流產(chǎn)生的地效及尾流與固定翼飛機(jī)的高速飛行時(shí)類似，飛行速度與飛行高度是決定霧滴飄移的重要因素。此外還可以得出結(jié)論，飛行速度不應(yīng)高于臨界速度，否則噴霧效果可能會(huì)受到影響。

3 結(jié)論

通過田間試驗(yàn)在不同飛行高度(2 m和3 m)和飛行速度(2 m/s和3 m/s)下，研究了植保無人飛機(jī)在田外雜草防治中的霧滴沉積量、覆蓋密度、覆蓋率和霧滴大小。結(jié)果表明,當(dāng)無人飛機(jī)在處理T1中以2 m/s速度、2 m高度飛行時(shí)，發(fā)現(xiàn)靶標(biāo)區(qū)平均沉積量最高，為2.29 μL/cm2，飛行航線中央0點(diǎn)位置的覆蓋率達(dá)到36.19%。處理T1、T2、T3和T4在飛行航線中央的霧滴覆蓋密度分別為87.1、116.2、91.9、91.1粒/cm2。

各處理Dv0.1、Dv0.5和Dv0.9的霧滴直徑均從飛行中心線開始減小。但其波動(dòng)趨勢(shì)較小，可能是由于旋翼下洗氣流和側(cè)向自然氣流的作用。對(duì)于單旋翼植保無人飛機(jī)來說，脫靶區(qū)沉積量幾乎可以忽略不計(jì)。

未來可以開展無人飛機(jī)施藥穿透性研究，并建立不同雜草條件下的模型。本研究為無人飛機(jī)運(yùn)營(yíng)商、農(nóng)民和生產(chǎn)企業(yè)提供了建議，從而優(yōu)化航空植保技術(shù)在除草上的應(yīng)用。

(譯者：蔡晨，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所助理研究員。譯自[英]Computers and Electornics in Agriculture,2020,172,略有刪節(jié)。)