前飛來流和側風對植保無人機下洗流場影響的數值模擬研究*

胡聰旭，周建平, 2, 3，劉新德，許燕, 2

(1．新疆大學機械工程學院，烏魯木齊市，830047； 2． 新疆維吾爾自治區農牧機器人及智能 裝備工程研究中心，烏魯木齊市，830047； 3． 新疆大學葉城核桃產業研究院，新疆葉城，844900)

0 引言

在農業植保方面，植保無人機受到越來越多的關注，因此的植保無人機相關技術發展尤為迅速，由于植保無人機具有高效、靈活、噴施效果好、地形適應性強等優勢[1-4]，植保無人機應用現已引起更多更廣泛的關注。目前，在航空植保領域我國95%的航空技術已經應用于田間病蟲害防治，其他的主要用于農情信息獲取，相關航空影像拍攝和不同種類農作物育種等[5-6]。植保無人機作業方面更多的關注霧滴和噴灑系統[7]，但缺乏對下洗流場具體結構特性深入了解。植保無人機噴灑作業時下洗流場對霧滴作用至關重要，由于環境側風和前飛來風對下洗流場的影響，導致下洗流場流動紊亂和結構復雜，還會產生后方和側方滯后現象，造成到藥液飄移和噴灑不均。此外，還會影響植保無人機自動化作業路徑規劃，造成自動化作業需要人工輔助和噴灑不均等。由此，有必要開展前飛來流和側風對植保無人機下洗流場影響研究。

在探究植保無人機霧滴沉積、飄移和噴幅方面，張京等[8]、楊知倫等[9]、王昌陵等[10]和Shi等[11]以及國內外研究者已進行較為廣泛的研究。文晟等[12]解釋了旋翼尖端渦流形成原因。目前對植保無人機下洗流場的研究手段主要有直接測量、間接測量和計算流體力學(Computational fluiddynamic，CFD)[13-15]。為進一步觀察到下洗流場詳細流動情況，Tang等[16]和Ramasamy等[17]利用數字粒子圖像測速法精準捕捉旋翼下洗流場，分析了渦流現象、流場速度衰減率和懸停高度與軸徑向速度之間的關系，觀察到可能導致液滴飄移的突發型流動結構。

現有的直接測量和間接測量方法都是從實驗角度出發的，存在實驗周期長和資源消耗大等弊端，且由于下洗流場結構發展具有復雜性，傳統技術手段無法獲取整體流場信息。隨著計算流體力學的不斷發展，通過仿真計算能夠得到整個植保無人機下洗流場流動信息，為進一步研究植保無人機下洗流場提供了更加便捷的技術手段。Tang等[18]為進一步研究植保無人機下洗流場及其影響下的液滴運動規律，采用格子Boltzmann方法對植保無人機下洗流場和霧滴運動進行了模擬仿真，得到了植保無人機下洗流場整體結構和最終液滴分布是非對稱的，更進一步得出，霧滴沉積的變化系數會隨著應用高度的增加而減小，使霧滴沉積更加均勻，但損失了霧滴沉積質量。 Zhang等[19]采用基于細觀動力學的格子Boltzmann方法(LBM)對植保無人機下洗流場進行模擬仿真，對懸停和前飛情況下洗流場的氣流分離特性、氣流覆蓋等效面積和“陡坡”效應進行了數值研究，結果表明飛行速度和飛行高度對植保無人機下洗流場的分布有顯著影響。

研究證實計算流體力學方法滿足植保無人機下洗流場研究需求，數值模擬結果具有較高精度，且比傳統實驗方法更容易捕捉到植保無人機下洗流場細節。研究發現植保無人機下洗流場具有復雜性，并在植保無人機作業中直接影響到霧滴。采用格子Boltzmann方法數值模擬單旋翼植保無人機有無側風影響的前飛下洗流場，深入研究單旋翼植保無人機下洗流場流動結構受前飛來流和側風影響程度，為進一步研究旋翼植保無人機作業時霧滴運動規律、沉積均勻性和飄移特性奠定基礎。此外，還能為植保無人機噴灑作業路徑規劃提供指導。

1 物理模型

研究對象為CopterWorks AF25B 型油動力植保無人直升機[20]，其載重量可達15 kg，詳細參數如表1。使用SolidWorks創建其全尺寸簡化模型如圖1，所建立的模型包括全尺寸螺旋槳和不包含尾槳和著陸支架的全尺寸機身，其中：螺旋槳翼為 NACA 2415型，總長度為2.15 m，弦長0.071 m槳身無扭轉，攻角為6°；不包含尾翼和著陸支架的全尺寸機身外形尺寸為0.60 m×0.40 m×0.37 m。在本次模擬仿真中坐標系定義為：X軸正方向為植保無人直升機右面，Y軸正方向為上升方向，Z軸負方向為植保無人直升機的前進方向。

(a) CopterWorks AF25B 型油動力植保無人直升機

(b) 簡化模型圖1 AF-25B型植保無人機Fig. 1 Picture of AF-25B plant protection UAV

表1 Copterworks AF25B型油動力植保無人直升機主要性能參數Tab. 1 Main performance parameters of Copterworks AF25B oil-powered plant protection UAV

2 數值模擬理論與方法

傳統的計算流體力學(CFD)方法已被廣泛應用于物體旋轉運動產生的流場特性研究中，如今已有ANSYS Fulent、CFX、COMSOL和OpenFOAM等商業和開源軟件均已成功應用于流場仿真中。傳統計算流體力學方法在進行仿真實驗之前都必不可少進行仿真區域和模型網格劃分前處理，網格質量的好壞決定計算結果的精確性。在仿真旋轉運動產生的流場過程中常使用動網格技術，傳統計算流體力學技術已有廣泛研究，但在應用于無人機旋翼產生的下洗流場這種復雜邊界條件研究中還存在著網格重構的困難，導致仿真實驗中計算錯誤和無法更進一步獲取旋翼下洗流場特征。

本文采用基于格子Boltzmann方法的XFlow (Next Limit Dynamics S. L.) 軟件對前飛來流和側風對植保影響的無人機下洗流場數值模擬研究。格子Boltzmann方法的流體仿真技術由McNamara和Zsnetti于1988年提出[21]，近年來越發受到關注。格子Boltzmann方法在研究針對具有復雜邊界條件且為外流場的植保無人機下洗流場方面比傳統CFD方法更具有優勢[22]。此外，在利用格子Boltzmann方法進行植保無人機下洗流場仿真過程中，不需考慮傳統CFD方法的網格劃分步驟，這得益于格子Boltzmann方法是基于粒子的計算方法。

2.1 格子Boltzmann方法

格子Boltzmann方法是在介觀模擬尺度上對相應模擬問題進行四階離散化，對模擬問題進行計算的方法，且相比于傳統CFD方法其更容易實現對復雜結構的仿真計算。由于本研究針對植保無人機下洗流場側風前飛情況屬于三維模擬仿真，在XFlow中對三維外流場仿真主要使用D3Q27(圖2)特征晶格結構進行求解。該特征晶格結構特征是將速度空間離散化為有限個數的離散速度(ei=0, 1, 2,…, 25)。格子Boltzmann方法使用格子Boltzmann方程作為最終求解方程，將其在晶格上離散化的方程[23]

fi(x+ei,t+dt)=fi(x,t)+Wi(x,t)

(1)

(2)

式中：fi——第i個方向上粒子的速度分布函數；

ei——沿著第i個方向的速度；

dt——時間步長；

fi(x，t)——t時刻x點處第i個方向上的粒子速度分布函數；

Hi——碰撞算子；

fie——單粒子平衡態分布函數；

τ——無量綱松弛參數。

圖2 D3Q27離散速度模型Fig. 2 D3Q27 discrete velocity model

2.2 湍流模型

本文使用自適應壁面局部渦(WALE)黏度模型對單旋翼植保無人機下洗流場模擬仿真，該模型恢復了湍流邊界層可以直接求解的漸近特性，來獲得單旋翼植保無人機下洗流場特性。且采用自適應壁面局部渦黏度模型以節省計算資源。相應WALE數學模型

(3)

式中:Vturbulent——模擬亞格湍流的湍流渦流黏度；

Δ ——濾波器尺度；

Cw——常數，通常取 0.325；

Vol——單位網格尺度；

Sjk、Gjkd——分辨尺度應變率張量；

δjk——克羅內克爾符號；

gjk、gkj、gγγ——應變率張量，可用格子Boltzmann方法作二階矩獲得。

j、k、γ——根據空間維度可取值1，2，3。

2.3 速度矢量合成理論

在對前飛來流和側風對植保影響的無人機下洗流場數值模擬中，機身和旋翼往往無法得到理想的同步移動，使其在計算區域移動也將花費巨大計算量，極大降低了計算效率。分析可知，植保無人機在前飛中存在相對風速，這是造成植保無人機噴灑過程中下洗流場和噴霧霧滴滯后現象的重要原因[24]，而側向風則是導致流場偏離航線的主要因素。因此，使植保無人機停留在固定位置，施加環境風的方式實現下洗流場滯后現象和環境側向風對植保無人機下洗流場影響的模擬仿真。相應的三維風速矢量合成理論描述和矢量合成示意圖如圖3,其原理如式(4)所示。

(4)

式中：V——風速；

Vx——x軸上的速度分量；

Vy——y軸上的速度分量；

Vz——z軸上的速度分量。

圖3 風矢量合成示意圖Fig. 3 Wind vector synthesis diagram

2.4 邊界條件

設置如圖4長方體數字風洞x，y，z方向上對應的尺寸為20 m×5 m×20 m作為計算域。在整個仿真實驗中，將單旋翼植保無人機正下方邊界設置為壁面，速度入口設置為進風口，速度出口設置為出風口，相關風向根據實際情況設置；根據單旋翼植保無人機實際作業飛行速度和適合作業的環境風速，將飛行速度分別設置為1 m/s、3 m/s、5 m/s、7 m/s，側向風速分別取軟風、微風、清風和和風對應的1 m/s、3 m/s、5 m/s、7 m/s。

為使得數值模擬研究更具有代表性，選用單旋翼植保無人機飛行高度為旋翼半徑的2～3倍，計算中設置旋翼距離地面1.5 m、2.5 m和3 m[25-26]。為保證植保無人機下洗流場在計算域中完全發展，其放置于計算域中的位置應合理選擇，如圖4所示單旋翼植保無人機放置位置示例，具體為x=-5 m，y=2.5 m，z=-5 m處。

(a) 俯視圖

(b) 軸測圖圖4 20 m×5 m×20 m長方體數字風洞計算域Fig. 4 20 m×5 m×20 m cuboid digital wind tunnel computational domain

使用計算與局部細化的方式來獲得單旋翼植保無人機下洗流場的不規則的湍流流動。為對整體模型采用壁面自適應局部渦黏度模型(WALE)，來提高仿真的準確性；為節省計算資源和計算時間，將整體計算分辨率設置為0.5 m；為進一步得到植保無人機下洗流場的流動特性和尾跡渦流，針對機身、旋翼細化算法和渦流尾跡采用自適應細化算法，且機身細化分辨率、旋翼細化分辨率為和渦流尾跡細化分辨率均設置為0.031，其中渦流尾跡細化閾值設定為5×10-5m。最終將風洞計算域劃分為5個等級，細化結果如圖5所示，且在計算過程中細化區域會隨植保無人機下洗流場的延伸而擴展。

圖5 風洞計算域細化結果Fig. 5 Wind tunnel calculation domain refinement results

3 結果與分析

3.1 數值模擬可行性分析

在針對單旋翼植保無人機下洗流場研究過程中存在許多限制。其中，對單旋翼植保無人機在野外進行飛行作業時下洗流場的實驗存在諸多限制，現有技術手段很難實現以實驗捕捉瞬時速度場和更多細節。唐慶等[25]利用粒子圖像測速法實現了對比例為1∶10的單旋翼植保無人機懸停情況下洗流場時間分辨率(小于0.005 m)和空間分辨率(小于0.001 s)室內捕捉[27]，在進一步研究中，將單旋翼植保無人機懸停情況的下洗流場格子Boltzmann方法數值模擬結果與室內粒子圖像測速法獲得的結果對比，結果顯示，該數值模擬模型能精確模擬單旋翼植保無人機下洗流場，且相比與傳統CFD方法還能捕捉到更多流場細節[18, 20]，為后續深入研究單旋翼植保無人機下洗流場研究奠定了基礎。

3.2 無側風前飛下洗流場分析

3.2.1 無側風前飛下洗流場整體分析

為探究單旋翼植保無人機在無側風情況下來流對旋翼下洗流場的影響，針對飛行高度2.5 m和飛行速度分別為1 m/s、3 m/s、5 m/s、7 m/s進行數值模擬并分析。圖6為單旋翼植保無人機前飛1.6 s時的下洗流場渦量云圖。由6可知，前飛速度較低(速度為1 m/s和3 m/s)時，旋翼產生的下洗流場受前飛來流的影響較低，在與地面撞擊后發展成與懸停時流動情況類似的流場形態；處于單旋翼植保無人機前側的地面渦與前飛來流耦合，使得地面渦比其他位置更容易出現非規則畸變，并率先形成最終紊流狀態[12]。當前飛速度增加到較高速度時(前飛速度為5 m/s、7 m/s)，前飛來流將會導致下洗流場明顯的滯后現象，下洗流場俯視圖呈現與速度較低時完全不同的小扇形，且顯示出下洗流場尾跡不對稱性，伴隨著出現螺旋渦尾跡。

這種結構的不對稱性可能時由于翼尖與前飛來流的相對速度不同引起的[18]。當單旋翼植保無人機懸停時，其翼尖速度計算為。在單旋翼植保無人機飛過程中，旋翼兩端將各自出現向后和向前的速度，由此旋翼兩端翼尖速度可以計算為懸停時的翼尖速度加上或減去前飛速度。當前飛速度到達一定值時將導致明顯的速度差，導致兩側抗風性不同，最終表現為旋翼尾跡不對稱性。前飛時產生的螺旋渦尾將導致霧滴噴出后卷揚如圖7。

(a) 1 m/s

(b) 3 m/s

(c) 5 m/s

(d) 7 m/s圖6 高度為2.5 m的無側風前飛下洗流場渦量圖Fig. 6 Vorticity diagram of forward flying airflow field without crosswind at a height of 2.5 m

圖7 下洗流場螺旋渦尾跡導致的噴霧卷揚Fig. 7 Spray winch caused by spiral vortex wake in airflow field

3.2.2 無側風時不同前飛速度對下洗流場形態影響

圖8是單旋翼植保無人機無側風時且飛行高度2.5 m和飛行速度分別為1 m/s、3 m/s、5 m/s和7 m/s時的下洗流場渦量矢量圖，進一步表示了無側風情況的單旋翼植保無人機下洗流場特征。當單旋翼植保無人機前飛速度由1 m/s增加到7 m/s過程中，前飛速度為1 m/s時不會引起下洗流場傾斜；當前飛速度增大到3 m/s后，前飛速度造成下洗流場傾斜程度逐漸凸顯，在設定的前飛速度范圍內使下洗流場向后傾斜0°～52°；在前飛速度從3 m/s增加到7 m/s過程中，下洗流場傾斜角度增大了116.67%。特別的，當前飛速度達到7 m/s時下洗流場發生二次偏移，使下洗流場傾斜角度達到71°。

進一步分析可知，隨著前飛速度的增大，單旋翼植保無人機下洗流場前端地面渦效應逐漸降低，從前飛速度1 m/s和3 m/s時的向前延伸到5 m/s和7 m/s的消失，對前飛來流失去抵抗能力。由此可得，造成上述劇烈二次偏移的原因是用于當單旋翼植保無人機前飛速度增大到7 m/s時，速度向外的地面渦效應消失，導致最終下洗流場傾斜角度擴大。可以預測到，這將造成最終在施藥作業中霧滴的嚴重滯后，更進一步由于環境風的作用造成霧滴飄移至非靶標作物甚至更遠[12]，最終引起施藥效果差，且造成環境污染。

(a) 1 m/s

(b) 3 m/s

(c) 5 m/s

(d) 7 m/s圖8 飛行高度2.5 m時不同前飛速度滯后距離及 角度變化Fig. 8 Delay distance and angle variation of different forward velocities at flight altitude of 2.5 m

在單旋翼植保無人機前飛作業中，從圖9 (a)和圖9 (b)中可以觀察到前飛來流與旋翼產生的下洗流場之間相互作用使得單旋翼植保無人機前端下洗流場外側流速急劇減小。更進一步的由圖10分析可得，這種現象是由于旋翼旋轉產生渦尾跡，這種渦尾跡更多的存在于旋翼的前側和后側下方，且旋向都向外。單旋翼植保無人機前飛時，前飛來流方向將與形成的前側渦尾跡旋向相反，產生流速抵消現象。最終可得，在存在側風時這種抵消現象將使得單旋翼植保無人機擁有更好的抗風性。

(a) 3 m/s

(b) 5 m/s圖9 單旋翼植保無人機不同前飛速度下洗流場速度云圖Fig. 9 Cloud image of airflow field velocity of a single rotor plant protection UAV with different forward flights peed

圖10 前飛時前方流速急劇減小理論圖Fig. 10 Theoretical diagram of sharp reduction of forward velocity during forward flight

3.2.3 無側風時不同前飛速度對下洗流場流速影響

在單旋翼植保無人機無側風前飛過程中，前飛來流是影響穩定情況的下洗流場形態的關鍵因素，也是造成下洗流場速度變化的重要原因。由圖11所示，當以不同前飛速度作業時，旋翼所產生的下洗流場流速將受影響呈現“M”形[28]。前飛高度一定時，隨著前飛速度的增加，下洗流場的兩側峰值流速間距將縮小，峰值速度出現位置與旋翼軸心距離將增大。隨著下洗流場流速的后移，單旋翼植保無人機在進行植保作業時噴霧霧滴也會隨之后移，且位于峰值速度區域霧滴流速也最快。因此，改變單旋翼植保無人機的前飛速度不能改變單旋翼植保無人機噴施作業時霧滴的均勻性。

此外，當前飛速度增大到7 m/s時，單旋翼植保無人機下洗流場上述雙流速峰值將會消失，下洗流場流動情況變得復雜，“M”形流速消失。這不能作為使噴灑中霧滴更均勻的方式，因為前文提到的前飛速度過大會造成流場滯后嚴重，會造成更多的液滴飄移至靶標作物外。

圖11 飛行高度2.5 m時不同前飛速度導致的下洗 流場速度變化Fig. 11 Velocity variation of airflow field caused by different forward velocities at flight altitude of 2.5 m

3.3 受側風影響的前飛下洗流場分析

單旋翼植保無人機在實際作業中受到環境風影響不可避免，現有對無外界環境風干擾情況的下洗流場研究與實際作業還存在巨大差距。從無側風前飛下洗流場分析中可知，受前飛來流影響的下洗流場將產生滯后現象，且隨著前飛速度的增大，下洗流場滯后距離將增大。在噴灑作業時，這種現象將影響單旋翼植保無人機噴霧覆蓋區域。由此，在無環境風干擾情況的下洗流場研究基礎上對有側風前飛下洗流場流動特性和風速分布情況展開研究，更全面揭示單旋翼植保無人機下洗流場在側風影響下的運動規律，為進一步研究單旋翼植保無人機噴灑作業時下洗流場對霧滴運動規律的影響奠定基礎。

3.3.1 受側風影響的前飛下洗流場整體分析

為探究受側風影響的前飛下洗流場流動結構，選取并分析飛行高度為2.5 m、前飛速度為5 m/s和受不同側風風速影響的下洗流場。圖12為受不同側風影響的前飛下洗流場流動結構角β和偏角α表示圖，其中圖12(a)表示無側風時前飛下洗流場，圖12(b)、圖12(c)、圖12(d)和圖12(e)分別對應側風速為1 m/s、3 m/s、5 m/s和7 m/s。分析可得，在無側風前飛時下洗流場也會出現偏角，是由于旋翼左右兩側得速度差造成的(如3.2.1節所述)；隨著側風速度不斷增大，下洗流場向右偏角不斷增大，從無側風情況的偏角3°一直增大到側風速度7 m/s時的56°，由此可知，前飛下洗流場偏轉角度與側風速度大小成正比。此外，側風速度還影響下洗流場的流動結構角，在側風速度由0 m/s增大到7 m/s過程中，流動結構角從80°減小到42°，由此可知，前飛下洗流場偏轉角度與側風速度大小成反比。圖12(a)和圖12(b)中顯示的流動結構左右邊緣向內彎曲，是由于前飛速度為5 m/s時，下洗流場向后偏移較少，下洗流場撞擊地面所形成，而當側風速度較快時，該彎曲結構消失(如圖12(c)和圖12(d)所示)。

(a) 側風速度0 m/s

(b) 側風速度1 m/s

(c) 側風速度3 m/s

(d) 側風速度5 m/s

(e) 側風速度7 m/s圖12 受不同側風速(風向從左向右)影響的前飛下洗 流場流動結構和偏角表示圖Fig. 12 Figure of flow structure β and deflection Angle α in the forward airflow field affected by different lateral wind speeds (wind direction from left to right)

3.3.2 有無側風影響的前飛下洗流場對比分析

圖13為單旋翼植保無人機無側風前飛和側風影響下前飛下洗流場速度分布云圖。其中，圖13(a)和圖13(b)中飛行高度均為2.5 m；圖13(a)表示前飛速度5 m/s側風速度3 m/s情況的下洗流場速度分布云圖；圖13(b)為前飛速度5 m/s無側風情況的下洗流場速度分布云圖，且圖13(a)和圖13(b)中每幅圖間隔為1 m選取。對比分析可知，當單旋翼植保無人機以5 m/s速度前飛中，側風對下洗流場的形態影響較小，整體上下洗流場形態在側風影響情況下仍然保持良好，有無側風均呈現“U”形結構。該“U”形結構主要呈現出在“U”形半包圍軌跡上速度較高，中間速度較低。此外，從圖像色彩值可以清晰觀察到有側風影響時，隨著與旋翼距離增大尾跡速度越接近前飛和側風速度矢量和，這表明存在側風時噴霧霧滴更容易產生飄移。

and downwash flow field of single rotary wing plant

protection UAV under the influence of different crosswinds

3.3.3 側風速度與下洗流場偏移量間關系

圖14顯示了單旋翼植保無人機下洗流場在x與z軸方向上的下洗流場偏移量測量原理。該方法主要通過測量與形成下洗流場邊界平行線與地面相交點到過旋翼尖端作垂直于地面的直線與地面間的交點間的距離，最終分別獲取到下洗流場的x與z軸方向上的下洗流場偏移量。

圖14 x與z軸方向上的下洗流場偏移距離測量原理Fig. 14 Measuring principle of airflow field offset distance in x and z axis direction

圖15 側風前飛下洗流場x軸偏移量Fig. 15 x-axis offset of flying airflow field before crosswind

圖16 側風前飛下洗流場z軸偏移量Fig. 16 z-axis offset of flying airflow field before crosswind

圖15為側風前飛下洗流場x軸偏移量直方圖，從圖中我們可以非常直接觀察到當單旋翼植保無人機前飛速度一定時，側風的增大，將直接導致側風前飛下洗流場x軸偏移量增大，且側風風速越大造成下洗流場x軸偏移程度也越明顯。值得注意的是，當側風速度相對較低時，相同側風速度引起不同前飛速度產生的下洗流場x軸偏移并不明顯。當前飛速度為1 m/s時，不同側風速度下的下洗流場x軸偏移量服從二階規律Xa=0.03v2+0.35v-0.13；當前飛速度分別為3 m/s、5 m/s和7 m/s時，對應的規律分別為Xb=0.05v2+0.23v+0.19、Xc=0.04v2+0.30v+0.05和Xd=-0.01v2+0.85v-0.07。

圖16為側風前飛下洗流場z軸偏移量直方圖，觀察可得下洗流場在相同前飛速度下z軸偏移量受側風速度改變影響波動較小；經分析，由于前飛下洗流場在側風作用下存在一定得偏轉(如3.3.1節所述)，偏角的增大和下洗流場與地面接觸點增加，最終導致得到z軸偏移量受側風速度改變影響波動較小的數據結果。兩圖中均出現了當速度較小時，并未出現下洗流場偏移的現象，可能是由于單旋翼植保無人機下洗流場具有抗風性。

在使用單旋翼植保無人機作業時應當綜合考慮多方面因素，尤其是單旋翼植保無人機作業時的前飛速度以及當時的環境風速。綜上所述，單旋翼植保無人機作業的最佳前飛速度區間和最佳環境側風速度區間分別為1～5 m/s和0～5 m/s。在選擇合適的前飛速度情況下，此種單旋翼植保無人機能在無風、軟風、微風和清風環境下完成植保作業工作。

4 結論

本文主要利用格子Boltzmann方法模擬單旋翼植保無人機不同前飛速度影響下的瞬時下洗流場和存在不同側風速度時不同前飛速度影響下的瞬時下洗流場。主要研究分析結果總結如下。

1) 單旋翼植保無人機在前飛過程中將產生螺旋形尾跡，由于旋翼尖端速度差引起尾跡在前飛中呈現不對稱分布，對霧滴運動、漂移和均勻性等存在影響。單旋翼植保無人機下洗流場具有抗風性是由于前飛來流方向與形成的前側渦尾跡旋向相反，產生流速抵消現象。在單旋翼植保無人機前飛高度一定時，前飛速度從3 m/s增大到7 m/s，洗流場傾斜角度增大116.67%，傾斜角度達到71°，且還會發生二次偏移。

2) 單旋翼植保無人機下洗流場流速呈“M”形。前飛高度一定時，隨著前飛速度的增加，下洗流場的兩側峰值流速間距將縮小，峰值速度出現位置與旋翼軸心距離將增大；當前飛速度增大到7 m/s時，單旋翼植保無人機下洗流場上述雙流速峰值將會消失，下洗流場流動情況變得復雜，“M”形流速消失。

3) 在側風影響的相同前飛高度和前飛速度情況下，單旋翼植保無人機下洗流場隨著側風的增大出現不同角度的偏轉，且角度與側風速度成正比；下洗流場流動結構與無側風時相同，都呈“U”形結構；在相同前飛高度和速度下，當前飛速度為1 m/s、3 m/s、5 m/s和7 m/s時，下洗流場x軸偏移量可用Xa=0.03v2+0.35v-0.13、Xb=0.05v2+0.23v+0.19、Xc=0.04v2+0.30v+0.05和Xd=-0.01v2+0.85v-0.07擬合，可見不同側風速度下的下洗流場x軸偏移量服從二階規律。