多旋翼植保無(wú)人機(jī)低空噴施作業(yè)的水稻垂直方向霧滴沉積分布探討

[摘要]多旋翼植保無(wú)人機(jī)是新興植保機(jī)械，能夠?qū)崿F(xiàn)微量噴灑，具有霧滴傳統(tǒng)力強(qiáng)、作業(yè)效率高、運(yùn)行成本低、控制靈活等優(yōu)勢(shì)，不需要跑道，能夠在全地形條件下作業(yè)，不僅能夠提高農(nóng)藥的利用率，而且有利于避免農(nóng)藥中毒等惡性事件發(fā)生。通過(guò)探討多旋翼植保無(wú)人機(jī)低空噴施作業(yè)的水稻垂直方向霧滴沉積分布特點(diǎn)，為合理使用多旋翼植保無(wú)人機(jī)，提高霧滴覆蓋率提供參考。

[關(guān)鍵詞]多旋翼植保無(wú)人機(jī);低空噴施作業(yè);水稻垂直方向;霧滴沉積

[中圖分類(lèi)號(hào)]S252[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

霧滴在氣流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是氣液兩相流運(yùn)動(dòng)，霧滴的沉積特性和霧滴屬性、氣流場(chǎng)參數(shù)等有密切的關(guān)系，研究不同飛行參數(shù)下，水稻植保作業(yè)中霧滴沉積分布特點(diǎn)，有利于提高農(nóng)藥利用率，降低使用量，提高施藥效果。

1 材料和方法

采用MG-1八旋翼電動(dòng)無(wú)人直升機(jī)，長(zhǎng)×寬×高為1471×1471×482（mm），對(duì)稱電機(jī)軸距1520mm，作業(yè)速度0～8m-1s，有效噴幅4～6m。無(wú)人機(jī)藥液噴灑系統(tǒng)包括陶瓷噴頭、藥業(yè)管、水泵、防震蕩藥箱等。四個(gè)離心式噴頭，噴頭方向朝下，與地面垂直，單個(gè)噴頭流量為0.43L/min。檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)環(huán)境信息，采用手持式溫濕度監(jiān)測(cè)儀、便攜式風(fēng)速計(jì)等。收集檢驗(yàn)無(wú)人機(jī)噴灑的霧滴分布、覆蓋情況、粒徑大小等，采用霧滴測(cè)試卡。

2 數(shù)據(jù)處理

本次實(shí)驗(yàn)采用的霧滴測(cè)試卡為黃色底色，遇水變藍(lán)，有明顯的顏色變化，試驗(yàn)用純凈水代替農(nóng)藥，研究多旋翼植保無(wú)人機(jī)低空噴施作業(yè)，水稻垂直方向的霧滴沉積分布情況。利用掃描儀對(duì)收取的霧滴測(cè)試卡進(jìn)行掃描，采用軟件iDAS對(duì)掃描后數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，獲得不同速度、相同高度霧滴覆蓋密度、覆蓋率、沉積量等。分析三次重復(fù)試驗(yàn)的相關(guān)性，相關(guān)性比較理想，為降低誤差，采用平均數(shù)進(jìn)行分析。

3 結(jié)果分析

3.1 覆蓋率和回收率

本次研究中覆蓋率=侵染面積/采樣面積，回收率=沉積量/采樣面積。侵染面積為被水洇濕的試紙上，出現(xiàn)總顯色反應(yīng)的面積。采樣面積是侵染面積和未侵染面積的總和，是水敏圖像的總面積。回收率反映單位面積上霧滴的沉積量。根據(jù)回收結(jié)果分析，霧滴落在水稻葉片上有明顯的分布差異，在6m的有效噴幅內(nèi)，無(wú)人機(jī)的作業(yè)均勻性比較低。噴頭所在位置下方霧滴覆蓋率比其他位置更高，遠(yuǎn)離噴頭位置的霧滴覆蓋率較低。在垂直方向上，水稻底部、中部和冠部的霧滴覆蓋程度相似，覆蓋程度較好的位于2～4m之間。冠層的覆蓋比中部和底部覆蓋率高。

3.2 粒徑分布

多旋翼植保無(wú)人機(jī)在低空噴施作業(yè)中，經(jīng)過(guò)噴霧器械霧化部件的作用，液滴分散。從噴頭噴出的霧滴大小并不均勻，有大小不同的分布。霧滴粒徑是衡量藥液霧化程度，以及作業(yè)質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。最容易被生物體捕獲并取得防治效果的，稱為生物最佳粒徑。不同的農(nóng)藥除草劑、殺菌劑、殺蟲(chóng)劑等，有不同的最佳粒徑范圍。飛行昆蟲(chóng)的生物最佳粒徑為10～50um。葉面爬行類(lèi)害蟲(chóng)幼蟲(chóng)的生物最佳粒徑是30～150um。水稻不同位置，粒徑分布和點(diǎn)密度有明顯的差異，植保無(wú)人機(jī)下方的點(diǎn)密度比較好，較遠(yuǎn)的點(diǎn)密度較低。并且旋翼風(fēng)場(chǎng)是影響點(diǎn)密度、粒徑分布的重要因素。

3.3 擴(kuò)散比

擴(kuò)散比是體積中值直徑和數(shù)量中值直徑的比例，擴(kuò)散比和相對(duì)粒譜寬度都是國(guó)際上衡量霧滴噴灑效果的常用指標(biāo)。相對(duì)粒譜寬度是DV，9和DV，1的差值，與DV，5的比值。全部霧滴體積相同，霧滴的擴(kuò)散比理想值是1。通常認(rèn)為比值為0.67～1之間，為比較均勻。相對(duì)粒譜寬度的理想值為零，越小越好。不同位置水稻的相對(duì)粒譜寬度、擴(kuò)散比有明顯的差異，在有效噴幅內(nèi)，數(shù)值變化也比較大。

4 討論

多旋翼植保無(wú)人機(jī)低空噴施作業(yè)中，水稻垂直方向霧滴沉積分布規(guī)律與作業(yè)參數(shù)、風(fēng)場(chǎng)有密切的關(guān)系。多旋翼植保無(wú)人機(jī)的霧滴粒徑比較細(xì)，容易在空中發(fā)生漂移，影響噴灑效果。但為對(duì)其進(jìn)行確切研究，需要從根本上了解風(fēng)場(chǎng)分布規(guī)律，以及霧滴受力情況等，減少研究誤差。有研究認(rèn)為，風(fēng)速是十分顯著的影響因素，影響次序首先是風(fēng)速，然后是飛行高度，然后是霧滴粒徑，之后是旋翼風(fēng)，最后是噴頭噴施的角度。風(fēng)速、飛行高度和霧滴粒徑都是重要的影響因素。王昌齡等人以空間平衡法為基礎(chǔ)，對(duì)植保無(wú)人機(jī)施藥?kù)F滴沉積分布特性進(jìn)行研究，顯示飛行高度的變化不僅影響底部沉積的分布均勻性，而且會(huì)影響霧滴漂移，飛行高度越高，旋翼下旋氣流在冠層的流場(chǎng)越低，霧滴就會(huì)容易漂移。如果利用飛行高度調(diào)節(jié)霧滴分布均勻性，一味提高高度不能一直提升噴霧效果，需要綜合考慮天氣、作物等特點(diǎn)，制定合理的參數(shù)。旋翼對(duì)霧滴沉積分布影響很大，由于風(fēng)場(chǎng)的效果，旋翼不動(dòng)作的沉積量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工作時(shí)的沉積量。旋翼靜止時(shí)，由于蒸發(fā)漂移，沉積量會(huì)隨高度上升而下降，高度越高，下降的時(shí)間越長(zhǎng)，在下降過(guò)程中，極小的液滴就會(huì)逐漸蒸發(fā)。旋翼工作時(shí)，隨著高度的變化，沉積量變化不大，霧滴的飛行時(shí)間短，能夠直接到達(dá)目標(biāo)。

總之，多旋翼植保無(wú)人機(jī)在低空噴施作業(yè)中，水稻的垂直方向霧滴覆蓋率有明顯的差異，以旋翼下方區(qū)域?yàn)樽罴?。在各位置粒徑分布中，平均?10～140um，適用于防治植物病蟲(chóng)害。中部霧滴擴(kuò)散比比冠層和底部更佳。多旋翼植保無(wú)人機(jī)的霧滴沉積效果受多方面的影響，不僅有高度，還有風(fēng)速、旋翼風(fēng)等。在對(duì)水稻進(jìn)行多旋翼植保無(wú)人機(jī)噴施作業(yè)中，要充分考慮綜合因素，飛行參數(shù)、氣象條件、機(jī)身結(jié)構(gòu)等，將不利因素降到最低，提高霧滴沉積效果，提高噴灑質(zhì)量。

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[收稿日期]2018-11-29

[作者簡(jiǎn)介]金嬋（1980—），女，吉林梅河口人，中級(jí)農(nóng)藝師，碩士，研究方向：農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣。