臭氧水植保无人机设计与创新

刘照启 张蔚然 范 鑫 韩 鑫* 白京波

（ 1、山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东 淄博255000 2、山东思远农业开发有限公司，山东 淄博255424）

1 无人机总体与各功能模块设计

臭氧水植保无人机总体设计如图1、图2 所示，主要包括电动植保无人机机体12、机载电源模块、机载制氧模块、机载制液模块、航空喷施模块，且这4 大功能模块均搭载、固定于电动植保无人机机体12 上。

机载电源模块设计包括逆变器1、变压器2，其中逆变器1的输入端与电动植保无人机专用电池的输出端相连接，逆变器1 的输出端与变压器2 的输入端相连接， 变压器2 的输出端与机载制氧模块、机载制液模块、航空喷施模块中各用电器件的输入端相连接。

机载制氧模块设计包括气源罐3、臭氧发生器4、冷却器5，其中气源罐3 中装有压缩氧气， 其出气口与臭氧发生器4 的入气口相连通， 臭氧发生器4 用于以气源罐3 中的压缩气体为原料制取臭氧气体， 风冷型冷却器5 固定于臭氧发生器4 外壳体上用于在制氧过程中给臭氧发生器4 冷却降温。 机载制液模块设计包括净水罐6、气液混合器7、药箱8，其中净水罐6 中装有净水，气液混合器7 的入气口与臭氧发生器4 的出气口相连通，气液混合器7 的入水口与净水罐6 的出水口相连通， 气液混合器7 的出液口与药箱8 的入液口相连通， 其主要作用是将臭氧发生器4 产生的臭氧气体与净水相混合，以实时调配、制备航空植保用臭氧水溶液， 药箱8 用于临时存储气液混合器7 所实时调配出的航空植保用臭氧水溶液。 航空喷施模块设计包括液泵9、喷杆10、航空喷头11，其中液泵9 的抽液管伸入药箱8 底部，液泵9 的排液管与喷杆10 的入液口相连通， 航空喷头11 固定于喷杆10 上，液泵9 工作时将药箱8 中的航空植保用臭氧水溶液依次泵入喷杆10 和航空喷头11，并通过航空喷头11 将臭氧水溶液雾化为雾滴。

图1 臭氧水植保无人机各功能模块构成图

图2 臭氧水植保无人机整机外观正视图

2 工作过程

臭氧水植保无人机飞行前， 使用者首先检查干燥管是否是白色，保证进入干燥的空气，打开无人机电源后再打开臭氧水发生装置电源，工作1 分钟后，植保无人机起飞，机载电源模块中的逆变器和变压器将植保无人机专用电池产生的直流电变为机载制氧模块、机载制液模块、航空喷施模块中各用电器件能够使用的电流形式；气源罐将压缩空气或压缩氧气持续供给臭氧发生器，臭氧发生器直接以上述压缩气体为原料不断制取出臭氧气体并将其通入气液混合器；气液混合器将来自于净水罐的净水和来自于臭氧发生器的臭氧气体进行快速、 充分混合，并按一定浓度调配出符合农业有害微生物或农业害虫防治要求的航空植保用臭氧水溶液，进而将航空植保用臭氧水溶液注入药箱；液泵持续工作，将药箱中的航空植保用臭氧水溶液依次泵入喷杆和航空喷头，并通过航空喷头将臭氧水溶液雾化为雾滴；植保无人机将短时间内具有一定化学稳定性的航空植保用臭氧水溶液喷洒到田间或林带，完成对农业、林业有害微生物（ 如细菌、真菌、病毒）和部分害虫（ 如红蜘蛛、蚜虫、粉虱）的防治作业；当净水罐中的净水消耗后，需要在更换无人机专用电池的同时人工添加净水。

3 创新点分析

3.1 这种臭氧水植保无人机，实现了对植保药剂的“ 自产自喷”和“ 边产边喷”，在航空植保领域是一种全新的、突破式的生产作业方式，为现有大田作物尤其是露天蔬菜、果园、粮田和园林植保作业提供了一种基于臭氧水溶液喷施且作业方式更加绿色、高效、精准的解决方案。

3.2 这种臭氧水植保无人机，其“ 自产自喷”和“ 边产边喷”的“ 药剂” 只是具有一定浓度且短时间内具有强效防治效果的臭氧水溶液，制备该“ 药剂”的原材料只有空气和水，这完全摒弃了现有作业模式下所使用的各种常规市售农药，从而从源头上实现了真正意义上的“ 无农药”飞防作业。

3.3 这种臭氧水植保无人机制备并喷施的航空植保用臭氧水溶液，在借助臭氧实现对农业、林业有害微生物和部分害虫进行广谱、强效、快速触杀之后，常温常压下剩余的臭氧水能够在15min～30min 内自行分解为人畜无害的氧气，从而从根本上实现了真正意义上的“ 无农残”飞防作业。

3.4 这种臭氧水植保无人机作业过程中喷洒的“ 药剂”是边产边喷的，不同于其他臭氧水生产装置先制造臭氧水再喷洒的作业方式，避免了中间过程时间差造成的臭氧水浓度降低和氧化电位的降低，从而保证“ 药剂”的作用效果，又因其对害虫、细菌具有快速触杀功效，结合无人机旋翼产生的下压风场，药剂雾滴可迅速到达植株叶片表面，达到快速、精准、全面杀虫灭菌的效果。

3.5 这种臭氧水植保无人机产生的臭氧水溶液可有效防控大田经济作物、园林树木、果园果蔬等存在的各种致病微生物，同时还能增强果蔬贮藏时间、提高作物活性等多种功效，实现了植保无人机喷施的“ 一喷多能”、“ 一石多鸟”。

4 结论

农业现代化生产中农药的地位不容忽视，但过度依赖农药，会给人类社会和自然环境带来一系列的困扰，为此国家农业部在2015 年印发了《 到2020 年农药使用量零增长行动方案》的通知。 本文设计的臭氧水植保无人机，可根据不同细菌、害虫类型进行选择，通过水和空气为原料制造臭氧水喷洒到农田进行特定杀菌、杀虫，用具有广谱性、强消杀作用的臭氧水代替传统的市售农药，并且臭氧水可在瞬间杀虫灭菌后短时间内消解为无毒、无害的物质，在一定程度上实现了无农药、无农残、无污染的效果，响应国家政策的相关要求，具有广阔的发展前景。