近年来，植保无人机在中国得到空前发展，其中单旋翼植保无人机凭借风场稳定，下洗风场有助于雾滴穿透，在植保无人机市场占据很重要的位置，3WQF120-12型单旋翼无人机是典型代表之一。目前，该机型通过在低矮作物的实际应用，筛选出一些相关作业参数，但是对其喷施机理，配套喷头雾滴粒径谱分布、旋翼风场分布、雾滴运动规律、雾滴沉积浓度大小及区域变化等规律的系统研究相对较少。为此，本研究针对该机型常用喷头型号Lu120-015和Lu120-02、旋翼风场分布、喷施模型构建、作业参数及环境参数等对雾滴运动规律的影响进行计算流体力学模拟研究，并对模拟结果开展田间和风洞试验验证。该机型在热区作物已经应用但是尚没有相关试验报告，故基于该机型在热带作物菠萝和槟榔上进行相关研究，获得的主要研究结果和结论如下： (1)喷头类型、喷施压力、安装位置及数目等是喷雾系统的关键性因素，在室内和风洞针对Lu120-015和Lu120-02两种类型喷头采用激光粒度仪测定其在不同喷施压力和风速下雾滴粒径变化规律，结果表明：雾滴粒径谱宽度随风速增大而变大，范围为1.02~1.49，粒径分布均匀性变差，大小与风速呈指数函数关系；喷施压力增加时，雾滴粒径值减小，Lu120-02喷头Dv0.5和Dv0.9数值与喷施压力小时有显著性差异(P＜0.05)；喷施流量相近时，大孔径喷头雾滴粒径数值更大；风速在1m/s和6m/s时雾滴沉积飘移量有显著性差异(P＜0.05)；雾滴90%总飘移距离为6.27m~12.77m。 (2)通过在风洞内改变可控因素测试喷头喷施特性可以得到定量的结果，结合风洞测试结果利用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件Fluent对喷头进行建模研究。在Fluent中建立与风洞相同大小的计算域模型并划分网格，选用Flat-Fan模型并输入相关参数，提取模拟数值和试验值对比分析，结果表明：试验值和模拟值之间Pearson相关系数表现出极强相关性，最高可达0.99283，证明CFD模拟结果可行；在Fluent中可统计计算域内所有雾滴运动规律，提取垂直面和水平面雾滴沉积浓度云图，可以弥补风洞测试时只有有限个采样线沉积浓度数值，云图显示水平面雾滴沉积区域随风速增大由椭圆形逐步呈燕尾型，尾部逐渐融合，分叉缩小；垂直面内云图显示风速较高时沉积区域变大且向中间扩散，最高约0.47m。 (3)单旋翼无人机旋翼风场分布、飞行速度、高度、环境侧风等直接影响雾滴运动轨迹，本文通过建立3WQF120-12型无人机三维模型，对主旋翼和尾翼均采用3D扫描后进行逆向建模，设置外流场计算域、主旋翼及尾翼旋转域，在Simlab软件中划分网格后导入Fluent软件中，湍流模型为大涡模型(LargeEddySimulationModel)，构建该机型喷施模型，模拟其旋翼风场分布，添加离散相模拟雾滴喷施，针对0-0~6-6共16组不同前风侧风组合进行运算，结果表明：喷施模型可以观察16组处理在联合风场作用下的雾滴运动规律，包括：雾滴运动时长及粒径大小分布、翼尖涡流分布、不同高度雾滴沉积浓度云图和沉积区域变形规律等；模拟结果显示，小于1m高度时雾滴沉积面积小，不利于雾滴充分扩散，局部雾滴密度较大；风速大于3-3处理时，雾滴群粒径分层明显，雾滴粒径以200~320μm为主，＜150μm以上雾滴被卷至无人机上方；6-6处理时，雾滴粒子1s左右便可到达计算域边界，喷幅变窄，脱离无人机航向；高度大于3m时，雾滴过于分散，沉积不均匀；不同高度数据显示H=1m与3、6、10m雾滴沉积浓度均有显著性不同(P＜0.05)。 (4)3WQF120-12型无人机在小麦和水稻等作物应用已经取得一些成效，但是在热带作物的飞防试验还鲜有研究，本文针对热区低矮作物菠萝进行了田间试验研究，控制因素为环境风速和作业高度，研究雾滴粒径分布、穿透性、单位面积覆盖率、雾滴沉积及空中飘移规律，结果表明：作业高度2.5m以下，侧风2m/s以下，雾滴沉积可达0.1227μL/cm2，平均单位面积覆盖率为2.26％，总飘移量可低至15.42％；90％飘移距离为3.7m~46.5m；3.5m作业高度和3.7m/s的侧风风速具有最差的喷雾质量，应避免使用；将田间试验结果与CFD模拟进行对比分析，证明喷施模型模拟结果可行；结合模拟和田间试验建议菠萝飞防时在环境风速2m/s以下、高度2.5m以下作业，预留15m以上的飘移区。 (5)为了探索该机型在高秆作物上的应用，针对槟榔进行了田间试验，控制参数为无人机作业高度，研究雾滴在槟榔冠层的沉积特性、穿透性、雾滴飘移和地面流失规律，结果表明：环境侧风和作业高度同时改变时对雾滴体积中径影响显著，雾滴体积中径240μm左右更有利于穿透到树干位置；作业高度10.40m时，作物冠层顶部和树冠直径最大处的雾滴沉积水平较高，最高可达53.27%和31.53%，地面流失雾滴沉积水平为19.9%；11m作业高度以上雾滴90%飘移距离最远可达36.35m。CFD模拟结果显示3m/s以上环境风速时可观察到喷幅已严重偏离航线方向，实际中应注意防止重喷漏喷且不推荐此风速下作业。
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