多旋翼無人機(jī)植保技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多種復(fù)雜農(nóng)作物植保場景中,作業(yè)效率大大提高,但農(nóng)藥的利用率仍有待提高。對于具有一定縱深的植株,霧滴較難吸附于植物隱蔽部位,致使防蟲防病效果不理想。靜電噴霧技術(shù)利用靜電效應(yīng)使霧滴吸附于植株隱蔽部位,可有效提高霧滴吸附效果,增加霧滴在靶標(biāo)正背面的沉積率,進(jìn)而可提高農(nóng)藥的使用率。因此將無人機(jī)植保技術(shù)與靜電噴霧技術(shù)相結(jié)合可提高作業(yè)效率和施藥效果。由于在不同噴霧參數(shù)下霧滴沉積效果不同,因此需要研究不同條件下植保無人機(jī)靜電噴霧霧滴沉積效果,探尋最優(yōu)理論噴霧參數(shù),對我國實現(xiàn)農(nóng)藥零增長具有重要意義。本文針對多旋翼植保無人機(jī)靜電噴霧技術(shù)的研究主要從以下幾個方面展開:(1)霧滴沉積效果影響因素分析對霧滴沉積效果影響因素進(jìn)行了分析。霧滴沉積效果主要包括霧滴沉積密度、霧滴覆蓋率、霧滴沉積均勻性等。影響霧滴沉積效果因素主要分為噴霧參數(shù)影響和植株靶標(biāo)自身特性影響,其中噴霧參數(shù)主要包括噴霧壓力、噴孔直徑、荷電電壓等,靶標(biāo)自身特性包括靶標(biāo)形狀大小、表層結(jié)構(gòu)、表面粗糙程度等。其中噴霧參數(shù)為可控因素,本文主要針對噴霧參數(shù)對霧滴沉積效果進(jìn)行了影響分析,并建立了相應(yīng)的霧滴沉積效果影響方程。(2)模擬噴霧設(shè)計基于霧滴沉積效果分析,建立了荷電效果等效方程。將荷電電壓對霧滴相關(guān)特性影響等效為噴霧壓力和噴孔直徑等因素對霧滴相關(guān)特性的綜合影響。基于CFD技術(shù)并結(jié)合計算機(jī)模擬技術(shù)建立噴霧模型,噴霧模型中湍流模型采用RNGk-ε湍流模型,并采用粒子跟蹤技術(shù),考慮霧滴重力、蒸發(fā)等影響因素。噴霧高度根據(jù)實際場景進(jìn)行設(shè)置,沉積面為陷阱類型,以實現(xiàn)對霧滴的收集。該噴霧模型設(shè)計為后續(xù)噴霧模擬實驗搭建了模擬環(huán)境。(3)霧滴沉積效果測試平臺設(shè)計完成霧滴沉積效果測試平臺的設(shè)計。霧滴沉積效果測試平臺主要包括霧滴荷質(zhì)比測試平臺、霧滴粒徑和霧滴沉積密度測試平臺、多旋翼植保無人機(jī)靜電噴霧系統(tǒng)平臺。荷質(zhì)比測試平臺是基于網(wǎng)狀目標(biāo)法測試原理而設(shè)計的軟硬件平臺,其中網(wǎng)層數(shù)為3層,上層到下層網(wǎng)孔目數(shù)依次為400、250、100。霧滴粒徑和霧滴沉積密度測試平臺為自行設(shè)計的軟件平臺,主要對霧滴圖像進(jìn)行二值化處理、霧滴標(biāo)定、粘連霧滴分離、霧滴計數(shù)等處理。噴霧模型設(shè)計平臺為ANSYS軟件平臺,主要介紹了噴霧模型設(shè)計的原理、流程。最后介紹了基于感應(yīng)式荷電原理而設(shè)計的多旋翼植保無人機(jī)靜電噴霧系統(tǒng),系統(tǒng)設(shè)計包括器件選型、系統(tǒng)搭建等。(4)霧滴特性相關(guān)測試試驗通過試驗對不同噴霧參數(shù)下霧滴沉積效果進(jìn)行研究。通過設(shè)計試驗方案,進(jìn)行試驗獲取霧滴沉積效果試驗數(shù)據(jù),分析不同參數(shù)對霧滴特性的影響。同時通過模擬靜電噴霧試驗,研究不同條件參數(shù)下霧滴沉積分布特性,并建立霧滴沉積分布預(yù)測方程。然后進(jìn)行實際噴霧試驗驗證理論模型與實際霧滴沉積分布之間的誤差。最后分別進(jìn)行室內(nèi)和室外多旋翼植保無人機(jī)靜電噴霧試驗,以期驗證該靜電噴霧系統(tǒng)是否能夠高效地應(yīng)用于實際植保作業(yè)場景中。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V279;S252.3
【部分圖文】：

?杭州電子科技大學(xué)碩士論文???（２）靜電噴頭設(shè)計??２〇〇７年南京林業(yè)大學(xué)設(shè)計了航空雙噴嘴靜電噴頭，并從理論上分析了雙噴嘴環(huán)狀電極誘??導(dǎo)的空間電場對霧滴粒徑及荷電效果的影響［２２］；?２０１１年南京林業(yè)大學(xué)設(shè)計了一種內(nèi)嵌靜電噴??頭，該噴頭應(yīng)用于軸流風(fēng)送靜電噴霧系統(tǒng)［２３】；２０１２年南京林業(yè)大學(xué)針對應(yīng)用于輕型飛機(jī)上的??單噴嘴航空靜電噴頭，從靜電電極、噴頭材料、噴頭加工工藝等幾個方面進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計??并制作了圓柱環(huán)形電極靜電噴頭，如圖１．２所示Ｐ４］；?２０１４南京林業(yè)大學(xué)改進(jìn)了原有圓柱管狀??電極，設(shè)計并制作了圓錐管狀電極靜電噴頭如圖１．３所示［２５］；?２０１６年黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)設(shè)??計并制作扇形電極靜電噴頭，如圖１．４所示Ｐｉ；?２０１７年江蘇大學(xué)對感應(yīng)式高壓靜電噴頭霧滴??荷電效果影響因素做了研宄，設(shè)計了圓環(huán)形電極和仿形電極，并分別對兩種噴頭進(jìn)行了測試［２７］。??

密度與霧滴粒徑是霧滴沉積效果重要測量指標(biāo)，當(dāng)霧滴沉積密度越大、霧滴靜電噴霧效果越好。噴霧噴幅即噴霧的幅度大小，是表征靜電噴霧霧滴覆蓋范４．１荷質(zhì)比測量平臺??霧滴荷質(zhì)比測量方法主要有網(wǎng)狀目標(biāo)法、法拉第筒法、實物模擬法。法拉４．１所示）是由精密微安表測量收集到霧滴釋放的電荷，霧滴是由底部的霧滴利用精密天平（測量精度Ｓ?０．１?測量單位時間內(nèi)收集到霧滴的質(zhì)量。該方筒內(nèi)的荷電霧滴測量精度相對較高，缺點(diǎn)是對噴頭類型和噴出霧團(tuán)類型的局限該測量裝置的成本較高；實物模擬法是通過制作模擬實物的模型，直接對模型從而對沉積到模型上的霧滴進(jìn)行電荷量和質(zhì)量測量，通常模型材料選型為金點(diǎn)是制作模型對真實作物的生長狀態(tài)擬合度較高，其缺點(diǎn)是進(jìn)行不同作物的不同的模型，制作方法麻煩，且對荷電霧滴的采集和測量比較困難；網(wǎng)狀目網(wǎng)和積液筒對霧滴進(jìn)行收集，當(dāng)荷電霧滴被噴施至金屬網(wǎng)上時，霧滴所帶電接地導(dǎo)線進(jìn)行釋放，電荷釋放過程中會經(jīng)過微安表，從而實現(xiàn)對霧滴電荷量經(jīng)金屬網(wǎng)釋放電荷后，由于霧滴不斷沉積會流入積液筒，最終收集到通過精筒與金屬網(wǎng)前后差值來測量收集到的霧滴質(zhì)量，該測量裝置設(shè)計簡便，對噴求較低。綜上所述，本節(jié)基于網(wǎng)狀目標(biāo)法對荷質(zhì)比測量平臺進(jìn)行設(shè)計。??

?４．１．１硬件設(shè)計??荷質(zhì)比測量裝置示意圖如圖４．２中圖ａ所示，該裝置主要由金屬網(wǎng)、串口電子天平、精??密微安表、積液筒等部件組成。金屬網(wǎng)材質(zhì)為不銹鋼４０４，網(wǎng)層數(shù)分為三層，上層為４００目，??中層為２５０目，底層為１００目，目的是由大到小的收集不同粒徑的霧滴，防止藥液在一層金??屬篩網(wǎng)內(nèi)大量沉積。串口電子天平選用櫻花高精度電子天平（如圖４．３中圖ａ所示），該天平??帶有串口?ＲＳ２３２，具有與計算機(jī)數(shù)字通訊功能，具體參數(shù)如表４－１所示。微安表選用福祿克??精密微安表，同時為確保靜電高壓能夠正常穩(wěn)定工作，采用高壓衰減探棒（如圖４．３中圖ｂ??所示）并結(jié)合電壓表來測量靜電高壓，高壓衰減探棒具體參數(shù)如表４－２所示。??’Ｖ、?４??４?一??１．金屬網(wǎng)２．金屬筒３．積液筒４．電子天平５．微安電流
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2836443