旋翼风场对雾滴沉积和喷洒效果有何影响?
旋翼风场对雾滴沉积和喷洒效果有何影响?
植保资讯
2018-08-24 12:11
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2018-08-24 12:11
旋翼风场对雾滴沉积和喷洒效果有何影响?

大家好!我是兰玉彬。很高兴受邀作为极飞学院的特聘专家,来这儿跟大家分享农业科技方面的最新知识,以及我对中国农业未来的一些思考。


植保无人机旋翼风场是影响作业效果的重要因素之一,也是目前行业内的关注重点。各农业工程类高校、科研机构、有核心自主研发能力的植保无人机企业,都在就风场因素展开系列研究。今天,我们就来探讨一下到底什么是旋翼风场,旋翼风场对药液雾滴沉积分布有何影响,植保无人机如何利用下压风场达到更好的作业效果等问题,以期为优化无人机设计和实际喷施作业提供参考。


 

什么是旋翼风场?

 

微小型农用无人机区别于其他农用机械的显著标志即是旋翼。旋翼的存在使得微小型无人机能够脱离地面在空中完成各种作业,获得其他农用机械不可比拟的优势。旋翼的存在也令无人机在空中作业时附带有一种特殊参数——旋翼风场。

 

旋翼风场是由无人机旋翼旋转推动空气进行流动作用在作物冠层而形成。植保无人机在飞行作业时,距离农作物冠层有一定的距离,根据飞机类型和作物种类的不同,通常在1.5~10 m 的范围内(其中,大型农用飞机或直升机作业高度一般为 3~10 m ,小型旋翼式植保机在 1.5~3 m 左右),旋翼风场将不可避免地直接作用在田间作物冠层上。

 

风场的覆盖宽度、风场内各方向风速的大小以及风场的分布规律,将会直接影响到农用无人机田间作业效果。旋翼风场也是反映小型无人机飞行参数与地面作业效果关系的重要参数,对无人机田间作业具有重要意义。

 


旋翼风场对作物冠层雾滴沉积分布的影响

 

研究表明,影响航空喷施雾滴沉积分布特性的主要因素是飞机旋翼下方风场,由旋翼风场和外界环境风场共同构成。探究航空喷施雾滴的沉积规律,需要从根本上考虑风场的影响。

 

与有人驾驶飞机和单旋翼无人直升机相比,小型多旋翼无人机在作业过程中所产生的风场是多个旋翼共同作用的结果,风场分布情况以及风场对雾滴沉积分布特性的影响都与前者有所不同。

 

为揭示多旋翼无人机旋翼下方风场对雾滴沉积分布的影响机理,我们进行不同参数下的航空喷施试验,通过无人机风场无线传感器网络测量系统,测得旋翼下方的风场分布情况,来研究不同方向上的风场因素对航空喷施雾滴沉积分布的影响,希望能为实际作业提供指导。

 

这里,我只简要描述一下试验方法和过程。

我们采用三向线阵风场测量方法进行风速传感器无线测量节点的田间布置。风速传感器无线测量节点两两间隔 1 m,沿垂直于无人机航线的方向排列成一行。每个节点上布置 3 个风速传感器,风速传感器轴心的安装方向分别为: X 向,平行于飞行方向;Y向,垂直于飞行方向;Z 向,垂直于地面方向。

雾滴采集带与风场测量带为同一条,即在每个节点处设置 1 处雾滴采样点,且在每个采样点处的竖直方向上沿水稻植株冠层分上、中、下 3 层布置雾滴采样点。


喷施试验取有效喷幅区外左右飘移区内的雾滴沉积量来表征其影响关系。通过雾滴沉积分布结果可以看出,离有效喷幅区越远,雾滴的沉积量越少,较远处的雾滴飘移量占雾滴飘移总量很少的一部分。


喷施试验证实,植保无人机旋翼下方风场对雾滴在作物植株上的沉积有着不同程度的影响。具体表现在:风场对有效喷幅区内的雾滴沉积量、雾滴沉积穿透性和均匀性、雾滴飘移情况均有影响。结论如下:

 

1)旋翼下方 X 向和 Y 向风场对有效喷幅区内雾滴沉积量的影响不显著,Z 向风场的影响极显著;


2)旋翼下方 X 向风场对有效喷幅区内雾滴沉积穿透性的影响不显著,Y 向风场的影响显著,Z 向风场的影响极显著;


3)旋翼下方水平方向上的风场和垂直方向上的风场共同影响着有效喷幅区内的雾滴沉积均匀性,当 X、Y 向风速峰值越小,Z 向风速峰值越大,雾滴沉积均匀性越好,反之则越差;


4)旋翼下方 Z 向风场对雾滴沉积飘移的影响显著,且对雾滴飘移有一定的抑制作用,即垂直风场越强,雾滴飘移量越少。


 

旋翼风场与植保无人机喷洒系统

 

作为新型植保机械,植保无人机应最大程度地利用其旋翼下压风场进行植保作业。

 

一方面,植保无人机企业在设计喷洒系统时,应充分考虑其旋翼风场对雾滴沉积分布的影响,合理地选择喷头类型、布局喷头位置,尽量制造出稳定的下压风场。

 

另一方面,为保证农药雾滴在作物植株不同位置上的有效沉积,在实际作业中,我们应该根据作物种类和环境风场,选择最优的作业参数,包括飞行高度、飞行速度、喷洒流量等,来提高喷施作业的效率和效益。

 

以极飞 P20 植保无人机系统为例,4 个喷头位于螺旋桨电机正下方中心位置,风场稳定,不存在扰流现象,配合高速离心雾化喷头的使用,能够让药液穿透作物冠层到达植株根部,使得雾滴沉积的穿透性、均匀性更强,减少药液飘移。


P20 在喷洒作业时,只有与飞行方向相反方向的后两个喷头保持工作状态, 也是为了避免前面喷头的喷雾被后方螺旋桨产生的气流卷起来,而造成药液附着、污染机身,影响喷洒效果。


值得注意的是,在植保无人机实际作业中,如果风场过大,同时会造成航线两侧的农作物出现倒伏现象,从而减少雾滴在农作物中下层的有效沉积。


由于我国农用无人机机型多样、作业对象(农作物)品种繁多、作业环境复杂多变,关于旋翼风场对雾滴沉积分布影响方面的研究,还将有巨大的探索空间和潜力,可为优化喷施作业参数,进而达到更好的作业效果,提供一定的理论指导和数据支持。