疾風上的耕耘

現代農業中，固定翼飛機、直升機和無人機等航空器，正在扮演著越來越重要的角色。它們像空中農夫一樣，在廣袤的田野上空播種、噴灑農藥、監測作物長勢。這些“空中農夫”之所以能高效地工作，離不開農業風洞這個“訓練場”。農業風洞技術是如何助力農業生產的？讓我們一起走進農業風洞的世界。

在地面制造“天空”

風洞是進行空氣動力試驗最常用、最有效的工具之一（詳見2023年4月《知識就是力量》雜志）。

農業風洞實驗是現代農業科研領域中的一項關鍵技術。在這個微縮環境中，科研人員可以精確地模擬不同條件的氣流，進行系統性實驗，了解作物生長過程中的風險因素，為農業生產提供可靠的數據支持。

農業風洞相當于在地面制造了一個微型的“天空”，為“空中農夫”模擬天空中氣流的速度、方向、溫度、濕度等，幫助它們更好地完成工作。

為無人機打造的漂移風洞

難點：惱人的漂移污染

植保無人機（用于農林植物保護作業的無人駕駛飛機）從農田上空飛過并噴施農藥時，一部分農藥落在作物表面，一部分則會隨風飄向更遠處，并有可能對蜜蜂、桑蠶、魚、牲畜甚至人類健康造成威脅，這就是漂移污染。

漂移污染一直是困擾農業生產的難題，因為農藥在空氣中的運動看不見、摸不著，且風向和風速的變化會影響農藥的運動和最終的落點，這使科研人員無法準確把握它們的漂移軌跡。

破解：“抓”住漂移的農藥

專門為無人機打造的漂移風洞能解決上述問題。在6米長的漂移風洞里，科研人員可以將風速精確、穩定地設定在0.5米/秒～7米/秒。

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無人機噴灑的微量農藥液滴雖然無法用肉眼觀察到，但是，漂移風洞配備的高速粒子圖像測速儀就像超級慢動作相機，能夠將這些液滴的運動軌跡與漂移過程精確地顯示出來，讓科研人員“抓”住漂移的農藥。

通過觀察不同風速對農藥落點的影響，科研人員可以總結出規律，為無人機選擇合適的噴灑時機、更優的噴頭位置和噴灑壓力。

通過實驗，某型植保無人機的施藥有效沉積率提高了15%，漂移損失則減少了20%。這意味著農民可以使用更少的農藥，達到更好的病蟲害防治效果，既省錢又環保。

模擬高速飛行環境的高速直流風洞

難點：破碎和蒸發的液滴

一些大型、有人駕駛飛機，施藥作業時的速度高達260千米/小時，飛行高度也比無人機更高。它們噴施的農藥液滴在短短幾秒內經歷巨大的氣流沖擊，會破碎、蒸發。因此，預測它們的運動軌跡和落點更加困難。

破解：在“管道”中飛行

能模擬真實飛行環境的高速直流風洞，可以輔助科研人員分析飛機施藥后藥液的運動過程。

高速直流風洞能產生98米/秒的超級快風，相當于時速350千米，達到了復興號動車組的速度！更厲害的是，這里的氣流湍流度（度量氣流速度脈動程度的一種標準）小于1%，比平靜的湖面還要平穩。

在高速直流風洞中，相對氣流運動的速度與真實的飛行環境是一樣的，安裝在其中的航空施藥專用霧化器就好像是在管道中飛行。而霧化器噴灑出的農藥液滴的破碎和蒸發過程，可以被激光霧滴掃描系統精準地捕捉到。這讓科研人員能夠測量出液滴的大小和分散程度，從而分析它們的運動軌跡和潛在落點。

與農業風洞攜手向前

農業風洞還能做些什么？

目前，美國、澳大利亞、歐洲的科研人員正與中國一道，利用各自的農業風洞共同研究、制定更好的航空噴頭標準，為全世界的“空中農夫”制定統一的作業規則。

風洞實驗獲得的數據可以幫助科研人員開發精確預測農藥漂移距離的系統，幫助農民計算噴灑面積、精準施藥并提示可能存在的污染風險。

一些風洞實驗室還可以針對不同地區的氣候、地形，模擬類似的作業環境，并提供最適合的施藥方案。

未來，如果你有機會看到田野上空飛過的植保飛機或無人機時，別忘了，它們背后有農業風洞這位默默耕耘的“幕后英雄”。

（責任編輯 / 高琳 美術編輯 / 周游）