摘要
目前，植保无人机凭借着作业效率高、成本低、不受作物长势和地形限制等优势，已被广泛应用于我国的农业生产。然而，我国农业航空产业的发展时间较短，对于植保无人机航空喷施雾滴沉积与飘移的理论基础缺乏。目前，研究雾滴沉积与飘移的方法有田间试验、风洞试验和模拟仿真。由于模拟仿真的结果准确性难以保证，田间试验环境变量的可控性差，而风洞试验的数据可靠性高、可重复性强，且风洞可以模拟无人机实际的飞行环境；因此，本文主要采用风洞试验的研究方法，研究了不同环境风速和雾滴粒径对植保无人机航空喷施雾滴沉积与飘移的影响，建立了相应的雾滴飘移模型，并通过田间试验的结果进行了验证和分析，以期为植保无人机航空施药的科学应用提供数据支撑和理论基础。本文主要的研究工作和结果如下： 在风洞内研究风速和雾滴粒径对喷施雾滴飘移的影响试验中，通过调整不同孔径喷嘴的喷施压力，利用激光粒度仪筛选出所需的雾滴粒径水平，并结合风洞风速研究了雾滴粒径（100、150、200μm）和风速（2、4、6m/s）对雾滴飘移的影响。结果表明：雾滴粒径能显著降低雾滴的累积垂直飘移率和累积水平飘移率，风速能极显著提高雾滴的累积垂直飘移率和累积水平飘移率。在垂直方向上，风速2m/s时，飘移率随着高度的增加而减少；风速4m/s和6m/s时，随着高度的增加，飘移率先增加，分别于0.3m和0.5m的高度达到峰值后再减少。在水平方向上，飘移率随着距离的增加先增大后减少。另外，风速还影响水平最大飘移率的位置，风速2m/s时，90%飘移距离位于9.4-10.2m位置；风速4m/s时，90%飘移距离位于11.3-11.7m位置；风速6m/s，90%飘移距离位于12.1-12.4m位置。对雾滴水平的飘移率进行方程拟合，其随着沉积距离呈3次多项式变化。对雾滴累积水平飘移率进行方程拟合，其随雾滴粒径和风速呈二元线性变化，且与雾滴粒径成负相关，与风速成正相关。水平飘移率与不同水平位置、风速以及雾滴粒径之间符合三元非线性函数关系，决定系数R2=0.828。 在风洞出口研究风速和雾滴粒径对四旋翼植保无人机喷施雾滴飘移的影响试验中，将组装的四旋翼植保无人机固定于风洞出口处，研究了雾滴粒径（100、150、200μm）和风速（2、4、6m/s）对雾滴飘移的影响。结果表明：雾滴粒径能显著降低雾滴的累积水平飘移率，但不能显著降低雾滴的累积垂直飘移率；风速能极显著提高雾滴的累积垂直飘移率和累积水平飘移率。在垂直方向上，风速2m/s时，飘移率随着高度的增加而减少；风速4m/s和6m/s时，随着高度的增加，飘移率先增加，分别于0.7m和0.9m的高度达到峰值后再减少。在水平方向上，风速2m/s时，飘移率随着距离增加而减少；风速4m/s和6m/s时，飘移率随着距离增加先增加后减少。另外，风速还影响水平最大飘移率的位置，风速2m/s时，90%飘移距离位于4.8-5.6m位置；风速4m/s时，90%飘移距离位于7.8-8.1m位置；风速6m/s，90%飘移距离位于10.2-12.8m位置。对雾滴水平飘移率与下风向距离喷嘴的位置与水平飘移率进行一元非线性拟合，其随着沉积距离呈幂函数变化。对雾滴累积水平飘移率进行方程拟合，其随雾滴粒径和风速呈二元线性变化，且与雾滴粒径成负相关，与风速成正相关。水平飘移率与不同水平位置、风速以及雾滴粒径之间符合三元非线性函数关系，决定系数R2=0.907。最后通过与风洞内试验比较，发现植保无人机的旋翼下风场可以显著降低雾滴的累积水平飘移率与90%飘移距离。 在田间研究风速和雾滴粒径对植保无人机喷施雾滴飘移的影响试验中，研究了雾滴粒径（100、150、200μm）和风速（0.9~4.0m/s）对雾滴飘移的影响，并验证了风洞拟合的飘移模型。结果表明：雾滴在下风向12m的位置处仍存在一定的飘移，风速对雾滴累积水平飘移率的影响极显著，雾滴粒径对雾滴累积水平飘移率的影响显著，跟风洞试验的规律相同。喷施沉积区内各处理的雾滴沉积量变异系数分别为87.4%、84.5%、77.1%、67.3%、83.4%、65.0%、68.7%、62.9%、56.9%。从9组处理中筛选出4组，将其累积水平飘移率和下风向位置的雾滴飘移数据与风洞出口试验拟合的一元非线性模型进行比较，大部分位置的相对误差保持在40%的范围内，剔除特殊点，平均相对误差17.33%。用5组试验数据对风洞出口试验拟合的多元非线性模型进行验证，大部分位置的相对误差保持在50%的范围内，剔除特殊点，平均相对误差24.38%。
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