臭氧水植保無人機設計與創新

劉照啟 張蔚然 范 鑫 韓 鑫* 白京波

（ 1、山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東 淄博255000 2、山東思遠農業開發有限公司，山東 淄博255424）

1 無人機總體與各功能模塊設計

臭氧水植保無人機總體設計如圖1、圖2 所示，主要包括電動植保無人機機體12、機載電源模塊、機載制氧模塊、機載制液模塊、航空噴施模塊，且這4 大功能模塊均搭載、固定于電動植保無人機機體12 上。

機載電源模塊設計包括逆變器1、變壓器2，其中逆變器1的輸入端與電動植保無人機專用電池的輸出端相連接，逆變器1 的輸出端與變壓器2 的輸入端相連接， 變壓器2 的輸出端與機載制氧模塊、機載制液模塊、航空噴施模塊中各用電器件的輸入端相連接。

機載制氧模塊設計包括氣源罐3、臭氧發生器4、冷卻器5，其中氣源罐3 中裝有壓縮氧氣， 其出氣口與臭氧發生器4 的入氣口相連通， 臭氧發生器4 用于以氣源罐3 中的壓縮氣體為原料制取臭氧氣體， 風冷型冷卻器5 固定于臭氧發生器4 外殼體上用于在制氧過程中給臭氧發生器4 冷卻降溫。 機載制液模塊設計包括凈水罐6、氣液混合器7、藥箱8，其中凈水罐6 中裝有凈水，氣液混合器7 的入氣口與臭氧發生器4 的出氣口相連通，氣液混合器7 的入水口與凈水罐6 的出水口相連通， 氣液混合器7 的出液口與藥箱8 的入液口相連通， 其主要作用是將臭氧發生器4 產生的臭氧氣體與凈水相混合，以實時調配、制備航空植保用臭氧水溶液， 藥箱8 用于臨時存儲氣液混合器7 所實時調配出的航空植保用臭氧水溶液。 航空噴施模塊設計包括液泵9、噴桿10、航空噴頭11，其中液泵9 的抽液管伸入藥箱8 底部，液泵9 的排液管與噴桿10 的入液口相連通， 航空噴頭11 固定于噴桿10 上，液泵9 工作時將藥箱8 中的航空植保用臭氧水溶液依次泵入噴桿10 和航空噴頭11，并通過航空噴頭11 將臭氧水溶液霧化為霧滴。

圖1 臭氧水植保無人機各功能模塊構成圖

圖2 臭氧水植保無人機整機外觀正視圖

2 工作過程

臭氧水植保無人機飛行前， 使用者首先檢查干燥管是否是白色，保證進入干燥的空氣，打開無人機電源后再打開臭氧水發生裝置電源，工作1 分鐘后，植保無人機起飛，機載電源模塊中的逆變器和變壓器將植保無人機專用電池產生的直流電變為機載制氧模塊、機載制液模塊、航空噴施模塊中各用電器件能夠使用的電流形式；氣源罐將壓縮空氣或壓縮氧氣持續供給臭氧發生器，臭氧發生器直接以上述壓縮氣體為原料不斷制取出臭氧氣體并將其通入氣液混合器；氣液混合器將來自于凈水罐的凈水和來自于臭氧發生器的臭氧氣體進行快速、 充分混合，并按一定濃度調配出符合農業有害微生物或農業害蟲防治要求的航空植保用臭氧水溶液，進而將航空植保用臭氧水溶液注入藥箱；液泵持續工作，將藥箱中的航空植保用臭氧水溶液依次泵入噴桿和航空噴頭，并通過航空噴頭將臭氧水溶液霧化為霧滴；植保無人機將短時間內具有一定化學穩定性的航空植保用臭氧水溶液噴灑到田間或林帶，完成對農業、林業有害微生物（ 如細菌、真菌、病毒）和部分害蟲（ 如紅蜘蛛、蚜蟲、粉虱）的防治作業；當凈水罐中的凈水消耗后，需要在更換無人機專用電池的同時人工添加凈水。

3 創新點分析

3.1 這種臭氧水植保無人機，實現了對植保藥劑的“ 自產自噴”和“ 邊產邊噴”，在航空植保領域是一種全新的、突破式的生產作業方式，為現有大田作物尤其是露天蔬菜、果園、糧田和園林植保作業提供了一種基于臭氧水溶液噴施且作業方式更加綠色、高效、精準的解決方案。

3.2 這種臭氧水植保無人機，其“ 自產自噴”和“ 邊產邊噴”的“ 藥劑” 只是具有一定濃度且短時間內具有強效防治效果的臭氧水溶液，制備該“ 藥劑”的原材料只有空氣和水，這完全摒棄了現有作業模式下所使用的各種常規市售農藥，從而從源頭上實現了真正意義上的“ 無農藥”飛防作業。

3.3 這種臭氧水植保無人機制備并噴施的航空植保用臭氧水溶液，在借助臭氧實現對農業、林業有害微生物和部分害蟲進行廣譜、強效、快速觸殺之后，常溫常壓下剩余的臭氧水能夠在15min～30min 內自行分解為人畜無害的氧氣，從而從根本上實現了真正意義上的“ 無農殘”飛防作業。

3.4 這種臭氧水植保無人機作業過程中噴灑的“ 藥劑”是邊產邊噴的，不同于其他臭氧水生產裝置先制造臭氧水再噴灑的作業方式，避免了中間過程時間差造成的臭氧水濃度降低和氧化電位的降低，從而保證“ 藥劑”的作用效果，又因其對害蟲、細菌具有快速觸殺功效，結合無人機旋翼產生的下壓風場，藥劑霧滴可迅速到達植株葉片表面，達到快速、精準、全面殺蟲滅菌的效果。

3.5 這種臭氧水植保無人機產生的臭氧水溶液可有效防控大田經濟作物、園林樹木、果園果蔬等存在的各種致病微生物，同時還能增強果蔬貯藏時間、提高作物活性等多種功效，實現了植保無人機噴施的“ 一噴多能”、“ 一石多鳥”。

4 結論

農業現代化生產中農藥的地位不容忽視，但過度依賴農藥，會給人類社會和自然環境帶來一系列的困擾，為此國家農業部在2015 年印發了《 到2020 年農藥使用量零增長行動方案》的通知。 本文設計的臭氧水植保無人機，可根據不同細菌、害蟲類型進行選擇，通過水和空氣為原料制造臭氧水噴灑到農田進行特定殺菌、殺蟲，用具有廣譜性、強消殺作用的臭氧水代替傳統的市售農藥，并且臭氧水可在瞬間殺蟲滅菌后短時間內消解為無毒、無害的物質，在一定程度上實現了無農藥、無農殘、無污染的效果，響應國家政策的相關要求，具有廣闊的發展前景。