不同作业参数下植保机喷雾沉积试验分析

包玉花

（温州科技职业学院，浙江 温州 325006）

农业是国民经济发展命脉,农业航空施药是保障国家生态安全的有效措施,农业航空精准化在我国发展迅速,植保无人机具有适应能力强,作业效率高,节省劳动力,节约资源和保护环境等优点,在农业航空领域拥有非常好的发展空间,喷头的雾滴粒径和对靶标作物的覆盖率等雾化性能直接影响药液的喷洒质量。

多旋翼无人机植保技术已广泛应用于多种复杂农作物植保场景中,作业效率大大提高,但农药的利用率仍有待提高.对于具有一定纵深的植株,雾滴较难吸附于植物隐蔽部位,致使防虫防病效果不理想.静电喷雾技术利用静电效应使雾滴吸附于植株隐蔽部位,可有效提高雾滴吸附效果,增加雾滴在靶标正背面的沉积率,进而可提高农药的使用率.因此将无人机植保技术与静电喷雾技术相结合可提高作业效率和施药效果.由于在不同喷雾参数下雾滴沉积效果不同,因此需要研究不同条件下植保无人机静电喷雾雾滴沉积效果,探寻最优理论喷雾参数,对我国实现农药零增长具有重要意义。

本文为了研究植保无人机不同作业参数对雾滴分布影响,主要采用理论分析,数值模拟,水敏纸雾滴沉积检测,试验研究相结合等研究方法,运用高清摄影仪拍摄图像,编写雾滴雾化效果的图像处理程序"Nozzle Droplet Analysis"(喷头液滴分析),研究了植保无人机不同作业参数对雾滴在灌浆期水稻植株上分布的影响。主要研究内容和结论如下:为解决水稻生长中后期车载式植保机械机动性差、对棉株的伤害大、费药费水的问题，组装了1 台多旋翼植保机。为了研究该多旋翼植保机在棉田施药的情况，试验采用水敏纸对喷雾的沉积量、沉积密度、雾滴中直径等参数进行采样和分析，研究分析了多旋翼植保机在不同飞行高度、不同速度及不同型号喷嘴工作参数下对喷雾的均匀性及沉积量等的影响，通过交叉试验找出作业参数的较优组合。结果表明：飞行速度为 5 m/ s，飞行高度为 2.5 m，喷嘴型号选取01.5（内腔直径为 1.5 mm），多旋翼植保机喷雾均匀、工作效率高、施药效果较好。

一、试验材料与方案

试验系统组成

该多旋翼植保机是四旋翼无人机。操作控制部分由飞行控制器、GPS定位系统、数链、电子罗盘、超声波、电调、无线遥控系统等组成。多旋翼植保机喷洒系统主要由药箱、水泵、水泵控制器、流量计、扇形喷头及水管等组成。将药箱安装在飞行器的重心处，扇形喷头安装在各电机下方的机架上（螺旋桨转动时产生轴向推力，可输送雾滴快速到达标靶），可以喷洒各类农药，更换不同型号的雾化部件以满足不同的作业要求。该多旋翼植保机可以实现自主飞行、精准喷洒、智能规划作业航线等功能，以上功能为多旋翼植保机施药提供了很好的稳定性，保证了后续试验的可靠性。

试验材料及设备

该多旋翼植保机单次作业时间为 10～15 min，可作业高度 1～30 m，最大飞行速度 6 m/s，药箱容积10 L，施药不受地形和作物高低的限制。试验还需准备水、水桶、水敏纸、雾滴分析软件、扫描仪、橡胶手套、密封袋、温度计、风速测量仪等。

试验方案

本试验在温州玛纳斯县水稻田进行，水稻在生育期。试验地块为 21 m×100 m（约0.21hm）2的区域。试验时，需要定时测量和记录该试验期间的温度、风速和相对湿度。

试验条件

环境温度 33 ℃，相对湿度 30%，环境风速 0.8～1.4 m/s，喷嘴流量 1.25 L/min，喷雾压力 1.0 MPa。

二、试验结果与分析

多旋翼植保机施药试验方案与结果分析

为探究该多旋翼植保机在不同飞行速度、高度和不同型号的喷嘴作业对雾滴沉积密度、雾滴直径和覆盖率的影响，本试验采用综合平衡法，选出较优组合，试验方案与结果分析。因素主次顺序为：A B C，选定较优组合为：A2B2C2。当然，还要进一步做校核试验，以确定最优组合。

使用综合加权评分法进一步校核试验，经计算得出综合加权评分值，最后按单指标分析出总的结果。

（一）水稻各采样点的沉积密度

雾滴沉积密度是衡量农药药效发挥好坏的指标，使用水敏纸来检测该多旋翼植保机在水稻植株各层的雾滴沉积密度如表 1。

表1 多旋翼植保机施药雾滴在水稻各采样点的沉积密度（单位：滴·cm-2）

由表 1 可以看出：上层正面和中层正面沉积密度较大，其余采样点沉积密度都较小。这说明该多旋翼植保机低量施药作业时，螺旋桨的下旋风在水稻中层以下对雾滴的穿透性急剧减小。农药药效的发挥在下层的效果要小于上层和中层。

（二）雾滴分布均匀性

施药时的现场风速、湿度和温度会影响雾滴的沉积量和漂移。为了分析 01.5 喷嘴喷雾雾滴分布的均匀性，本文使用雾滴沉积量分布变异系数CV 来衡量该多旋翼植保机喷雾的均匀性。

（三）定速或定高施药雾滴的分布情况

探究多旋翼植保机定速或定高作业各对雾滴沉积密度和雾滴直径的影响时，选用水敏纸采集雾滴，雾滴在水敏纸上会有很小的扩散造成系统误差，但水敏纸能够近似反映出雾滴分布情况，提供理论依据。每组试验取上层正面 6 个采样点。

三、讨论

通过田间试验得出该多旋翼植保机施药雾滴分布的数据表明：该植保机喷雾较均匀，作业效率高，施药效果较好。为研究该多旋翼植保机在不同作业参数下的雾滴分布情况，根据各组试验采样数据，分析水稻各冠层的雾滴沉积分布。借助综合平衡法与综合加权评分法分析得出作业参数设置为飞行速度 5 m/s、飞行高度 2.5m、喷嘴型号选取 01.5 时，该多旋翼植保机施药效果最好，喷洒较均匀，农药在水稻植株上层和中层的沉积量相对较多，有效利用率较高，防治效果较好，但是下层的农药利用率使用较低。借助控制飞行速度方法分析雾滴分布情况可知：当作业高度升高时，下旋风不能完全穿透水稻叶片，因此雾滴在到达标靶之前，自然风速、风向和温度都会较大程度的影响雾滴的分布情况，造成雾滴飘移、沉积量下降；而飞行高度降低时，大部分雾滴会随着下旋风穿透水稻冠层沉积到地面，标靶上的雾滴沉积量就会下降，造成农药的浪费和污染环境。上述结论表明，本文所做分析对多旋翼植保机的应用与发展具有一定程度的指导意义。