無人機(jī)作業(yè)參數(shù)對(duì)噴霧沉積的影響

管賢平

摘要：在室外自然條件下，開展無人機(jī)不同作業(yè)高度、飛行速度下的大田噴霧沉積試驗(yàn)。采用胭脂紅溶液作為模擬農(nóng)藥，通過檢測(cè)吸光度來確定噴霧沉積。結(jié)果表明，噴霧沉積一般隨風(fēng)速、作業(yè)高度和作業(yè)速度的增大而減少，在風(fēng)速大于3.0 m/s時(shí)噴霧飄移嚴(yán)重；風(fēng)速2.0 m/s以上時(shí)，作業(yè)高度1.5 m以上飄移嚴(yán)重，不宜進(jìn)行小粒徑低量噴霧作業(yè)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；航空噴霧；沉積；作業(yè)參數(shù)

中圖分類號(hào)：S252+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）03-0678-03

航空噴霧受地形地勢(shì)限制小，作業(yè)效率高，得到廣泛應(yīng)用[1-4]。航空噴霧效果受氣象條件、飛行作業(yè)高度及速度、噴霧系統(tǒng)類型及特性等多種因素的影響[1]，存在非靶標(biāo)區(qū)的農(nóng)藥飄移問題，因此航空噴霧研究的一個(gè)重要方面是噴霧沉積特性分析。Hewitt等[5]對(duì)航空噴霧的飄移試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析整理，結(jié)果表明航空噴霧飄移主要影響因素有噴霧粒徑、噴霧時(shí)噴桿的高度和寬度、風(fēng)速和風(fēng)向，但是這些數(shù)據(jù)主要來自載人飛機(jī)噴霧，其飛行速度較快，飛行高度較高。Tsai等[6]對(duì)航空噴霧飄移進(jìn)行了建模試驗(yàn)，但由于航空噴霧的復(fù)雜性，難以獲得滿意的預(yù)測(cè)模型。

近年來，無人機(jī)噴霧研究已經(jīng)廣泛開展[7，8]。但目前尚缺乏對(duì)無人機(jī)航空噴霧沉積特性的研究。本研究基于無錫漢和航空技術(shù)有限公司生產(chǎn)的CD-10無人噴霧直升機(jī)，開展無人機(jī)航空噴霧沉積特性試驗(yàn)，主要考察無人機(jī)作業(yè)參數(shù)對(duì)噴霧沉積的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備和材料

試驗(yàn)采用無錫漢和航空技術(shù)有限公司生產(chǎn)的CD-10型無人駕駛噴霧飛機(jī)，最大載藥量10 kg，飛行速度4～8 m/s，噴灑寬度3～4 m。無人機(jī)安裝的液壓泵工作壓力范圍為0.3～0.6 MPa，最大流量3.2 L/min。由于無人機(jī)載藥量一般比較小，所以一般采用小粒徑低量噴頭。試驗(yàn)采用TeeJet公司的XR11001扇形噴頭，在0.3 MPa壓力時(shí)流量為0.39 L/min，霧滴體積中徑約為80 μm。試驗(yàn)時(shí)無人機(jī)安裝7個(gè)噴頭，各噴頭間距約為38 cm。

采用4 g/L的胭脂紅溶液作為模擬農(nóng)藥。采用UV-2102PCS型紫外分光光度計(jì)測(cè)量胭脂紅溶液的吸光度，風(fēng)速、溫度、濕度的測(cè)量采用手持式風(fēng)速儀。

1.2 試驗(yàn)方法

1）胭脂紅溶液的配制及標(biāo)定。胭脂紅標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度曲線如圖1，可見最大吸收波長(zhǎng)為508 nm處，所以采用508 nm作為胭脂紅的吸光度檢測(cè)波長(zhǎng)。

2）噴霧沉積試驗(yàn)。試驗(yàn)在張家港市永聯(lián)現(xiàn)代糧食基地進(jìn)行。選擇小麥田進(jìn)行施藥試驗(yàn)，小麥冠層高度約為90 cm。采用二因素三水平的試驗(yàn)方案，即噴霧高度為離作物冠層0.5、1.0、1.5 m，理論飛行速度為1、3、5 m/s。飛行高度和飛行速度由飛機(jī)操控手控制。根據(jù)不同設(shè)置條件，共進(jìn)行9組試驗(yàn)（表1），其中實(shí)際速度為在試驗(yàn)中實(shí)際測(cè)量的飛行速度。

小麥田中等間距布置6個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)間間隔5 m，各采樣點(diǎn)用三腳架支撐直徑為9 cm的玻璃采樣皿，其內(nèi)預(yù)先倒入10 mL去離子水，玻璃器皿的放置高度與小麥冠層高度基本平齊。試驗(yàn)時(shí)，無人機(jī)沿采樣點(diǎn)連線方向飛行，控制無人機(jī)使得最中間的噴頭位于采樣點(diǎn)的上方。采用4 g/L的胭脂紅溶液作為模擬農(nóng)藥，每組試驗(yàn)結(jié)束，將采樣皿內(nèi)溶液收集到試管中帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行吸光度測(cè)定，計(jì)算噴霧沉積量。

2 結(jié)果與分析

表2給出了各組試驗(yàn)的平均風(fēng)速、平均溫度和平均相對(duì)濕度的測(cè)量數(shù)據(jù)。圖3給出了各組沉積濃度的平均值。從表2及圖3可以看出，從沉積效果看，在同一作業(yè)高度，總體上沉積量隨飛行速度增大而降低，但是在1.5 m時(shí)出現(xiàn)反常現(xiàn)象，可能原因是噴霧高度高時(shí)容易產(chǎn)生飄移，并且沉積量還受風(fēng)速影響，在風(fēng)速超過3 m/s時(shí)（處理5和處理7），出現(xiàn)沉積量較少的情況。可見在風(fēng)速超過3.0 m/s時(shí)不宜進(jìn)行噴霧作業(yè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)沉積情況看，風(fēng)速2.0 m/s左右時(shí)作業(yè)高度不宜超過1.5 m。

為了考察噴霧作業(yè)參數(shù)對(duì)沉積量的具體影響，對(duì)各組試驗(yàn)的噴霧高度（x1）、飛行速度（x2）、平均風(fēng)速（x3）、平均溫度（x4）、平均相對(duì)濕度（x5）與平均沉積濃度（y）進(jìn)行逐步回歸分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度和相對(duì)濕度對(duì)沉積濃度影響不顯著，而噴霧高度、飛行速度、風(fēng)速對(duì)沉積濃度有顯著影響。

取顯著性水平α=0.05，噴霧高度、飛行速度、風(fēng)速對(duì)沉積濃度的回歸結(jié)果為：

y=0.032 7-0.005 3 x1-0.001 7 x2-0.005 2 x3，相關(guān)系數(shù)為0.870 2，F(xiàn)為11.171 5，F(xiàn)對(duì)應(yīng)的概率為0.011 8，殘差分布圖如圖4所示。

x1、x2、x3的系數(shù)皆為負(fù)值，可見沉積濃度與風(fēng)速、作業(yè)高度、作業(yè)速度皆為負(fù)相關(guān)，即沉積量隨著風(fēng)速、作業(yè)高度、飛行速度的增大而減少。相關(guān)系數(shù)較大，可見沉積濃度與作業(yè)高度、飛行速度及風(fēng)速有較大的相關(guān)性，但是不完全線性相關(guān)。由回歸結(jié)果可見，為了提高沉積效果，需要限制作業(yè)高度和飛行速度，在風(fēng)速過大時(shí)不宜進(jìn)行噴霧作業(yè)。

3 小結(jié)

無人機(jī)航空噴霧的沉積與無人機(jī)作業(yè)時(shí)的風(fēng)速、高度、飛行速度密切相關(guān)，沉積量隨著作業(yè)高度、飛行速度、風(fēng)速的增大而減少。航空噴霧受風(fēng)速、作業(yè)高度及作業(yè)速度等作業(yè)參數(shù)影響較大，在小粒徑低量噴霧時(shí)，在風(fēng)速2.0 m/s或以上時(shí)，噴霧高度不宜超過1.5 m；在風(fēng)速超過3.0 m/s時(shí)，不宜進(jìn)行小粒徑低量噴霧作業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

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