【摘要】：植保無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)的研究不同于地面植保機(jī)具,要使噴灑的農(nóng)藥效果發(fā)揮到最高,并且均勻地吸附在作物不同冠層結(jié)構(gòu)的葉片上,不僅與植保無(wú)人機(jī)噴灑平臺(tái)的穩(wěn)定性、可靠性有關(guān),還與噴嘴的霧化效果、霧滴粒徑、無(wú)人機(jī)旋翼氣流場(chǎng)、噴灑高度、噴灑速度、噴灑流量、作物特性、病蟲(chóng)害特點(diǎn)以及環(huán)境條件等有關(guān)。因此,本文選擇市場(chǎng)上具有代表性的機(jī)型N-3型油動(dòng)單旋翼植保無(wú)人機(jī)為研究平臺(tái),針對(duì)影響噴灑效果的參數(shù)(霧滴粒徑、旋翼下洗氣流場(chǎng)、噴灑高度、噴灑速度、噴灑流量等),開(kāi)展航空專(zhuān)用離心噴嘴設(shè)計(jì)與霧化效果研究、旋翼下洗氣流場(chǎng)風(fēng)場(chǎng)寬度和風(fēng)場(chǎng)大小研究、霧滴最佳沉積水平響應(yīng)面模型研究,并結(jié)合作物病蟲(chóng)害特點(diǎn)與旋翼產(chǎn)生的氣流效應(yīng),探索了旋翼下洗氣流對(duì)水稻稻飛虱和小麥白粉菌動(dòng)態(tài)分布的影響,初步明確了旋翼產(chǎn)生的氣流稻飛虱和白粉菌具有一定的擾動(dòng)作用;最后進(jìn)行了噴嘴優(yōu)化前后無(wú)人機(jī)田間噴灑農(nóng)藥防治病蟲(chóng)害對(duì)比試驗(yàn)研究。主要工作包括以下方面:1.研究了離心噴嘴霧化效果,并對(duì)離心噴嘴的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),獲得最佳入流方式。結(jié)果表明,優(yōu)化后的離心噴嘴霧化效果更均勻平穩(wěn),轉(zhuǎn)速和流量對(duì)離心噴嘴的霧化性能影響較大,霧滴粒徑大小隨著轉(zhuǎn)速的增加而減少,隨著流量的增加而增大,但流量對(duì)霧滴粒徑的影響沒(méi)有轉(zhuǎn)速對(duì)霧滴粒徑的影響顯著。為獲得良好的覆蓋率,要求霧滴粒徑為200 μm,此時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為6000 r·min-1。離心噴嘴霧滴沉積量在整個(gè)霧化區(qū)域內(nèi)近似呈中空的圓錐臺(tái)分布。霧滴的水平速度直接影響霧化的噴幅,單個(gè)噴嘴的噴幅可達(dá)2.5 m,因此噴嘴的安裝間隔為2.5 m以內(nèi),根據(jù)不同的作業(yè)高度無(wú)人機(jī)噴幅可在5m以上。2.研究了 N-3型植保無(wú)人機(jī)低空飛行時(shí)旋翼氣流場(chǎng)特性,獲得了不同飛行高度條件下的旋翼風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明,模擬值與試驗(yàn)值基本吻合,在無(wú)人機(jī)飛行高度5～7m時(shí),此時(shí)的風(fēng)場(chǎng)寬度為6～7m,作物冠層的旋翼風(fēng)速大于3 m·s-1,能滿足末速度原則。3.在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論對(duì)施藥機(jī)具的噴霧參數(shù)進(jìn)行研究。以飛行高度、飛行速度、噴頭流量等工作參數(shù)為影響因素,以霧滴在靶標(biāo)上的沉積水平為目標(biāo)函數(shù),建立霧滴沉積水平的二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型,并分析模型的有效性與因子間的交互作用。試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)霧滴沉積水平影響大小依次為飛行高度、飛行速度、噴頭流量;最優(yōu)噴灑參數(shù)組合為飛行高度5.0 m,飛行速度3.7 m·s-1,雙噴頭流量1600 mL·min-1,此條件下的霧滴在靶標(biāo)上的最大沉積水平為56.96%,且試驗(yàn)值與模型預(yù)測(cè)值相比相對(duì)誤差在±7%以內(nèi)。4.研究了水稻孕穗期霧滴穿透性情況。通過(guò)探索霧滴在作物不同部位的沉積分布規(guī)律和無(wú)人機(jī)不同作業(yè)高度時(shí)的霧滴飄移規(guī)律,明確了 N-3型植保無(wú)人機(jī)田間作業(yè)時(shí)實(shí)際作業(yè)參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明:N-3型植保無(wú)人機(jī)在水稻生長(zhǎng)后期噴灑農(nóng)藥時(shí),作業(yè)高度和橫向噴灑幅度會(huì)影響霧滴在植株上下層的沉積量和分布均勻性。當(dāng)外界風(fēng)速小于3m·s-1時(shí),氣溫25～30℃,相對(duì)濕度50.9～56.7%, N-3型植保無(wú)人機(jī)作業(yè)高度3～7m時(shí),霧滴的飄移量主要集中在離噴灑區(qū)20m范圍內(nèi),研究結(jié)果可為N-3型植保無(wú)人機(jī)田間施藥過(guò)程中隔離帶的劃分提供參考。5.研究了 N-3型植保無(wú)人機(jī)作業(yè)對(duì)冠層稻飛虱和白粉菌孢子的動(dòng)態(tài)分布影響。結(jié)果顯示,無(wú)人機(jī)的飛行高度對(duì)稻飛虱蟲(chóng)口數(shù)量的分布有重要的影響,在旋翼氣流的正下方區(qū)域無(wú)明顯影響,但在離旋翼氣流的正下方邊沿區(qū)域2～10 m遠(yuǎn)的范圍內(nèi),會(huì)使稻飛虱在作物冠層上的水平分布和垂直分布發(fā)生變化。在離旋翼氣流的正下方邊沿區(qū)域2～5m的作物冠層,稻飛虱數(shù)量減少,但在5～10m的范圍內(nèi)稻飛虱數(shù)量明顯增多。氣流擾動(dòng)明顯地增加了作物冠層上部的稻飛虱蟲(chóng)口數(shù)量分布,并且在一定范圍內(nèi)飛行高度越高、旋翼直徑越大,影響的范圍越廣。在稻飛虱的防治中,建議先用無(wú)人機(jī)進(jìn)行模擬噴灑飛行,使氣流擾動(dòng)作物冠層,稻飛虱將會(huì)從水稻下部逃離到其它地方,在冠層的垂直分布上會(huì)使上層增多,在噴灑時(shí)有利于提高防治效果。白粉病原菌孢子數(shù)量的釋放與氣流擾動(dòng)的影響關(guān)系密切,在開(kāi)始階段孢子釋放量較少時(shí),無(wú)人機(jī)的旋翼氣流對(duì)孢子的釋放影響較小;隨著孢子量的增多,小麥經(jīng)過(guò)旋翼氣流的擾動(dòng)與沒(méi)有經(jīng)過(guò)氣流擾動(dòng)相比,氣流擾動(dòng)明顯地增加了孢子的釋放量,在小麥白粉病無(wú)人機(jī)噴灑防治中,為了減輕旋翼氣流對(duì)孢子釋放的影響,在病原菌孢子剛開(kāi)始出現(xiàn)的2～3天內(nèi)進(jìn)行預(yù)防性噴施防治。6.研究了植保無(wú)人機(jī)田間施藥對(duì)水稻稻飛虱和小麥白粉病防治效果研究。結(jié)果表明:單旋翼油動(dòng)無(wú)人機(jī)旋翼直徑的大小,對(duì)稻飛虱防治效果無(wú)明顯影響;但氣流的擾動(dòng)和噴嘴的選擇對(duì)防治效果影響明顯。在對(duì)水稻稻飛虱防治試驗(yàn)中,N-3型植保無(wú)人機(jī)使用優(yōu)化后噴嘴的防治效果在施藥后3天能提高稻飛虱防效5%左右。有氣流擾動(dòng)情況下施藥的防治效果要優(yōu)于無(wú)氣流擾動(dòng)處理的施藥效果,能提高防治3%左右。在對(duì)小麥白粉病防治試驗(yàn)中,使用優(yōu)化后噴嘴,無(wú)人機(jī)每公頃噴灑44%三唑酮SC 450g (每公頃登記藥量),施藥后第7天的防治效果55.1%,要優(yōu)于優(yōu)化前噴嘴的防效和減藥20%和40%時(shí)的防治效果,并且每公頃減藥20%的施藥效果(46.6%)與背負(fù)式電動(dòng)噴霧器的施藥效果(45.6%)和優(yōu)化前噴嘴的施藥效果(47.9%)無(wú)明顯差異。
【圖文】：

術(shù)已成為國(guó)內(nèi)行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向。相關(guān)產(chǎn)品廣泛適用于我國(guó)的農(nóng)田、丘陵、山地逡逑和灘涂等環(huán)境，其作業(yè)效率可達(dá)機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)的３０倍，手動(dòng)噴霧機(jī)的１００倍［７］。近逡逑幾年來(lái)，人們己開(kāi)始關(guān)注植保無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究（如圖１－２，邋１－３），作業(yè)面逡逑積每年超過(guò)１０萬(wàn)畝次。另外，河南、江蘇、湖南、浙江和福建等省份紛紛將植保旋逡逑翼無(wú)人機(jī)納入農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼范疇，植保無(wú)人機(jī)施藥目前已成為我國(guó)最有前景的航空噴霧逡逑作業(yè)模式［８＿１Ｄ］。逡逑圖１－２邋Ｎ－３型植保無(wú)人機(jī)水稻田作業(yè)邐圖１－３邋Ｎ－３型植保無(wú)人機(jī)玉米田噴灑逡逑Ｆｉｇ邋１－２邋Ｓｐｒａｙ邋ｔｅｓｔ邋ｉｎ邋ｒｉｃｅ邋ｆｉｅｌｄ邋ｂｙ邋Ｎ－３邋ＵＡＶ邐Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｐｒａｙ邋ｔｅｓｔ邋ｉｎ邋ｃｏｍ邋ｆｉｅｌｄ邋ｂｙ邋Ｎ－３邋ＵＡＶ逡逑１．１．２航空噴霧存在的問(wèn)題逡逑植保無(wú)人機(jī)噴灑不同動(dòng)面機(jī)具，對(duì)噴灑的設(shè)備和效果有其特殊要求。噴嘴要求低逡逑量或超低量噴灑、不易堵塞、霧滴譜窄、沉積分布均勻好；旋翼下洗氣流要求能增逡逑加霧滴穿透性和降低霧滴飄移。但目前還存在航空噴嘴基礎(chǔ)性研宄薄弱、航空專(zhuān)用逡逑噴嘴缺失，現(xiàn)有的噴嘴存在易堵塞、霧滴粒徑譜寬和分布均勻性差，航空噴灑作業(yè)逡逑參數(shù)不確定，農(nóng)藥利用率低，旋翼下洗氣流特性以及對(duì)霧滴的沉積分布影響不明確逡逑等一系列問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，將開(kāi)展農(nóng)用航空噴嘴研宄、旋翼下洗氣流場(chǎng)研宄、逡逑航空噴灑霧滴沉積和飄移研究、作物病蟲(chóng)害空間動(dòng)態(tài)分布和防治效果研究。逡逑１．１．３研究的目的和意義逡逑探索植保無(wú)人機(jī)作業(yè)方式與霧滴沉積質(zhì)量以及作物病蟲(chóng)害有效防控之間的關(guān)系

從國(guó)外進(jìn)口或者使用扇形液力噴嘴、圓錐液力噴嘴等普通地面噴嘴代替［２（）＿２１］。逡逑液力式噴嘴液體在壓力的作用下從小孔噴出形成液膜，液膜在空氣中剪切撕裂逡逑形成霧滴，如圖１－４所示。液體在霧化區(qū)域的中心和兩端分布不均，且霧滴之間相逡逑互碰撞，霧滴譜寬。在０．３？０．５ＭＰａ工作壓力下，霧滴體積中徑（ＶＭＤ）較大（約逡逑２００？５００邋ｐｍ），單位時(shí)間內(nèi)噴灑的藥液量較多（約１？２Ｌｍｉｎ＿１），屬于常量噴霧范逡逑圍，無(wú)法實(shí)現(xiàn)低容量噴施（約０．５？ｌＬｍｉｒＴ１）。離心噴嘴工作時(shí)，在離心轉(zhuǎn)盤(pán)的甩動(dòng)逡逑下，霧滴做離心運(yùn)動(dòng)，霧滴在運(yùn)動(dòng)下落過(guò)程中，通�；ゲ桓缮�，不會(huì)發(fā)生碰撞，產(chǎn)逡逑生的霧滴體積中徑約為７８？２００ｐｍ，符合民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［２２＿２３］，并且還可以通過(guò)逡逑調(diào)整電機(jī)電壓可以控制霧滴的粒徑，是比較理想的航空噴嘴［２４＿２５］，，如圖１－５。但其結(jié)逡逑構(gòu)較復(fù)雜、價(jià)格高，主要技術(shù)還被國(guó)外所掌握。圖１－５中的離心噴嘴是由英國(guó)Ｍｉｒｃｏｎ逡逑設(shè)計(jì)公司制造的
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S252.3

【引證文獻(xiàn)】

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1 孔肖;閆曉靜;楊代斌;袁會(huì)珠;;丙環(huán)唑和醚菌酯藥液濃度、霧滴密度與其對(duì)小麥白粉病防效的關(guān)系[J];農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào);2018年03期

本文編號(hào)：2638297