植保無人機旋翼對霧滴沉積量的影響

董云哲++李君興++吳光華++楊文挺++史云天

摘要：為了探究植保無人機的噴施效果，進行了多旋翼植保無人機在不同高度下和旋翼處于不同狀態下對霧滴沉積量影響的試驗。結果表明，當旋翼不工作時隨著高度的升高，沉積量下降，而當旋翼工作時霧滴分布趨于均勻，霧滴沉積范圍加大，但霧滴沉積量顯著減少。

關鍵詞：農藥；無人機；旋翼；漂移

中圖分類號：S252+.3 文獻標識碼：A 文章編號：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年中國糧食總產量為6.21億t，糧食生產成功實現“十二連增”[1]，農藥的作用功不可沒，但農藥過度使用的危害日益顯現，如病毒、害蟲的耐藥性逐年增強，土壤和水資源的污染日趨嚴重等。農業部下發《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，提出了在保證糧食產量安全的同時，農藥使用量到2020年實現零增長[2]。2015年中國農藥利用率為36.6%，雖然比2013年提高了1.6個百分點，但遠低于發達國家50%～60%的平均水平，研發高效植保機械已成農業植保領域的重中之重[3]。

植保無人機是新興的植保機械，可實現微量噴灑，作業效率高，霧滴穿透力強。但目前植保無人機沒有明確的植保標準，主要因為其噴灑效果受到影響因素較多，如旋翼風場的影響、作業環境（溫度、濕度、風向、風力）的影響和噴灑設備性能的影響以及農藥特性（黏度、密度）的影響[4，5]。目前，許多研究者對無人機噴灑進行研究，如張京等[6]研究了無人駕駛直升機航空噴霧參數對藥液霧滴沉積效果的影響；薛新宇等[7]進行了N-3型無人直升機不同作業高度和不同噴灑濃度的田間藥效試驗；高圓圓等[8]應用Af-811小型無人機對不同霧化方式的噴頭、不同藥劑、不同助劑進行了低空噴灑試驗，并對霧滴沉積分布狀況及防治效果進行了分析；邱白晶等[9]研究了無人直升機飛行高度與速度對噴霧沉積分布的影響。研究均表明無人機的作業參數對霧滴沉積效果有直接影響。為了探究植保無人機的噴施效果，在吉林省泵類產品檢測站室內進行了植保無人機在4種高度和無人機旋翼工作與旋翼不工作兩種狀態下，進行了噴灑試驗，并對結果進行了分析。

1 材料與方法

1.1 設備與材料

試驗設備選用NJY1206八旋翼電動植保無人機（吉林省農業機械研究院研制），其主要性能參數見表1；噴頭TP11001（斯普瑞噴霧系統有限公司）；霧滴承接箱（吉林省農業機械研究院）；電子天平（先行者OHOUS）；小型真空烘干箱（DZF-6210）；轉速計（AZ8008）；噴灑液為純凈水。

為了避免在工作過程中霧滴承接器的位置發生變化，設計了霧滴承接箱，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型八旋翼電動植保無人機固定在桁架上，如圖2所示，將霧滴承接箱放置在飛機正下方（霧滴承接箱中心與飛機中心噴頭對齊，試驗僅測量植保無人機右側數據，左側數據與右側相同），調整飛機高度，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，待無人機藥箱中水噴完后，測量霧滴承接器中液體的質量。測量完畢后，將橫向（與噴桿垂直方向）霧滴承接器液體質量相加，將霧滴承接器擦凈后，放入烘干箱中烘干以備再次使用。再將無人機藥箱加10 kg水，遙控器發出指令，旋翼開始工作，當旋翼轉速為7 000 r/min時，開始噴灑，噴灑完畢后，測量霧滴承接器中液體的質量。測量完畢后，將橫向霧滴承接器中液體質量相加，再調整飛機高度至1.5、2.0、2.5 m，再分別測量。為保證測試結果的可重復性，每次測試結束后，均需使用滿電電池。試驗時，溫度為12～15 ℃。

2 結果與分析

保持無人機旋翼狀態不變，測量不同位置（以無人機中心為原點，以平行于噴桿右側方向為橫坐標正方向）霧量分布隨高度變化的情況，并計算出霧量分布變異系數以及液滴沉積總量。不同高度旋翼不同狀態下液滴沉積量分布見圖3，霧量分布變異系數隨高度變化關系見圖4，不同高度旋翼不同狀態下液滴沉積總量見圖5。旋翼對霧滴沉積量分布影響巨大，旋翼不工作時沉積量是旋翼工作時沉積量的1.9倍，主要是因為無人機風場產生的效果，無人機旋翼正下方的風向是向下的，而旋翼其他位置的風向較為復雜，有的風向是斜向下，有的風向甚至是向上的，如多旋翼飛機中心的風，而且旋翼上方氣壓小于周邊的氣壓，部分霧滴隨向上的風和其他方向的風而漂移，有許多霧滴直接落在無人機上。旋翼靜止時，霧量承接器中沉積量隨高度的升高呈下降趨勢，是因為蒸發漂移原因造成的，高度越高，下降時間越長，極小液滴在下降過程中，體積逐步縮小直至消亡[10]；旋翼工作時，沉積量隨高度變化不大，是因為霧滴在飛行過程中，在無人機風場的作業下，霧滴的飛行時間短，直接達到靶標。旋翼工作與不工作相比，霧滴分布更加寬泛，其主要原因也是無人機風場和風場產生的地面效應原因造成的。旋翼無人機的向下風達到地面時，會反彈、四濺，霧滴的沉積也深受影響。

3 小結

針對植保無人機旋翼對霧滴沉積量的影響進行了試驗，對試驗數據進行了采集和分析，結論如下：

1）霧滴沉積量受旋翼影響較大，該機型旋翼降低了霧滴沉積量，應充分利用旋翼正下方風場。

2）在室內，高度對處于工作狀態下的植保無人機沉積量影響不大，旋翼使得霧滴分布更為寬泛。

3）植保無人作業高度1.0 m時，霧量分布變異系數最小。

參考文獻：

[1] 龐無忌.中國糧食產量“十二連增”2015年達6.21億噸[J].農藥市場信息，2015，30（30）：10.

[2] 金書秦.關于“十三五”實現農藥零增長目標的幾點思考[J].農藥科學與管理，2016，37（2）：1-3.

[3] 羅錫文，廖 娟，胡 煉，等.提高農業機械化水平促進農業可持續發展[J].農業工程學報，2016，32（1）：1-11.

[4] 董云哲，李君興，史云天，等.植保無人機未來發展的思考[J].陜西農業科學，2016，62（3）：119-121.

[5] 趙 輝，宋堅利，曾愛軍，等.噴霧液動態表面張力與霧滴粒徑關系[J].農業機械學報，2009，40（8）：74-79.

[6] 張 京，何雄奎，宋堅利，等.無人駕駛直升機航空噴霧參數對霧滴沉積的影響[J].農業機械學報，2012，43（12）：94-96.

[7] 薛新宇，秦維彩，孫 竹，等.N-3型無人直升機施藥方式對稻飛虱和稻縱卷葉螟防治效果的影響[J].植物保護學報，2013，40（3）：273-278.

[8] 高圓圓，張玉濤，趙酉成，等.小型無人機低空噴灑在玉米田的霧滴沉積分布及對玉米螟的防治效果初探[J].植物保護，2013， 39（2）：152-157.

[9] 邱白晶，王立偉，蔡東林，等.無人直升機飛行高度與速度對噴霧沉積分布的影響[J].農業機械學報，2013，44（24）：25-31.

[10] 宋吉林，祁力鈞，孫小華，等.噴霧機霧滴大小和飛行時間的研究[J].農業機械學報，2007，38（7）：54-57.