论文部分内容阅读
植保无人机喷施作业由于作业效率高、成本低、不受地域的限制等诸多优点,在我国越来越受到重视和普及,广泛的应用于丘陵、山地、平原等地块,作业对象有水稻、小麦、玉米、棉花、大豆等作物,也有柑橘、苹果、柚子、槟榔等果树作物。植保无人机主要有单旋翼、多旋翼、固定翼、油动、电动等多种类型的组合,在我国农业植保领域有了快速的发展。植保无人机的喷施作业效果不仅与无人机整机性能有关系,还与无人机喷施的作业参数和外界环境等因素相关。因此植保无人机的喷施作业是个多方面的综合技术,需要考虑农机与农艺的结合,对于不同的作业田块和作业对象,需要选用不同的无人机类型和喷施作业参数。本论文主要进行无人机室内外环境下雾滴沉积效果对比试验,选取试验因素分别为飞行高度（距作物冠层1m、1.5m、2m）,旋翼风场（载药量3L、6L、9L时旋翼风场）,喷嘴型号（LECHLER 01#、015#、02#扇形喷嘴）、喷头距旋翼中心水平距离（沿机臂方向-16cm、0、+16cm）,进行四因素三水平正交试验,研究雾滴沉积分布规律,进行作业质量评价和参数优选。主要工作包括:1、设计并搭建室内雾滴沉积效果试验平台。可以精确调节平台运行速度、高度、控制无人机旋翼风场。通过改变步进电机控制器脉冲频率和个数来控制轨道小车运行速度,轨道小车带动无人机水平直线运行,控制升降装置可以精确改变平台高度,控制无人机遥控器油门来精确改变旋翼的升力,从而改变旋翼下洗风场。轨道小车运行速度改变范围为0-1.5m/s,平台高度调节范围为2-3m（无人机喷头离地面高度）,旋翼风场用旋翼升力进行量化,试验中的无人机升力变化范围为0-100N（单个旋翼）。2、对不同型号扇形喷嘴（LECHLER公司01#、015#、02#）粒谱分析,得到雾滴体积中径(DV50)值大小为02#（149.64?m）、015#（133.02?m）、01#（102.07?m）,从雾滴粒径分布跨度（S）指标和小于150?m占全部雾粒粒径的百分比指标得到015#喷嘴更适合植保无人机喷洒作业;进行室内环境下单旋翼风场量化试验,得出遥控器油门与电机转速（空转）呈一次线性关系,拟合关系函数为y=48.18x+34.51,遥控器油门与单旋翼升力呈三次曲线关系,拟合关系函数为y=-1.41E-4 x3+0.03x2-0.1x+0.28,其中遥控器油门部分段（30%-90%）与单旋翼升力呈一次线性关系,拟合函数为y=1.29x-23.44。3、室内外雾滴沉积效果试验对比分析中,得出雾滴粒径分布规律与静态环境下粒谱分析一致,雾滴体积中径(DV50)大小为02#>015#>01#,且室内试验中雾滴体积中径明显小于室外实验;有效喷幅在-2.52.5m之间,且外界风对有效喷幅影响显著;雾滴沉积密度对比分析中,室内雾滴沉积效果优于室外试验,室内试验中,雾滴沉积密度大小呈山峰状分布,峰值在两旋翼之间距离中点位置,室外试验受外界风干扰,峰值会向顺风方向偏移,喷嘴型号对雾滴沉积密度影响显著,影响显著性大小为01#>015#>02#;雾滴沉积量对比分析中,旋翼风场对沉积量有显著影响,室外试验沉积量大于室内试验,外界风对雾滴沉积量有促进作用;雾滴沉积均匀性对比分析中,室内外试验中,每组试验的上层雾滴沉积分布较均匀,且雾滴沉积均匀性室内试验优于室外试验,旋翼风场对雾滴沉积均匀性有显著影响;雾滴沉积穿透性对比分析中,室内外试验采集带上CV值呈“M”形分布,中间和边缘的雾滴沉积穿透性大于旋翼正下方穿透性,飞行高度对雾滴沉积穿透性有显著影响。4、室内外雾滴沉积效果试验极差分析中,分别对室内外试验的雾滴沉积密度、沉积量、均匀性和穿透性评价指标进行极差分析,对不同评价指标进行参数优选和影响显著性比较。得到室内试验中,较优的作业参数水平为A3B2C1D3（飞行高度为距作物冠层2m、旋翼风场为载药量6L时、喷嘴型号为01#、喷头距旋翼中心距离沿机臂长度向外16cm）,影响因素的主次顺序为飞行高度>喷嘴型号>旋翼风场>喷头距旋翼中心距离;室外试验中,较优的作业参数水平为A3B2C1D3（飞行高度为距作物冠层2m、旋翼升力为载药量6L时、喷嘴型号为01#、喷头距旋翼中心距离沿机臂长度向外16cm）,影响因素的主次顺序为飞行高度>喷嘴型号>喷头距旋翼中心距离>旋翼风场。通过极差分析得到室内结果与室外结果几乎一致,飞行高度作为喷施作业中影响极显著,飞行高度离冠层高度2m,载药量为6L,喷嘴选用01#扇形喷嘴,喷头安装位置沿机臂水平向外16cm比较适合作业。通过室内外雾滴沉积效果试验对比分析可以得出,室内试验由于没有外界风的干扰,作业质量优于室外试验,在作业参数优选方面,室内外试验中最优参数一致,作业参数显著性影响也几乎一致,因此室内雾滴沉积效果试验平台的搭建和试验研究是有意义的,可以为实际作业参数优选提供指导。