小型無人直升機靜電噴霧系統(tǒng)設(shè)計與試驗.pdf

1、在今后相當長的一段時間內(nèi)，相對于其他農(nóng)作物病蟲害防治方法，化學防治仍然是最主要的方法，而施藥技術(shù)則是農(nóng)作物病蟲害化學防治的重要組成部分之一。在丘陵、水田及山區(qū)的耕地，人工施藥及地面機械施藥效率低，易損傷農(nóng)作物且受到各種地形條件的限制。航空噴霧施藥作業(yè)特別是小型無人直升機噴霧施藥作業(yè)不但效率高，并且能在地面裝備不能進入的各類地形地域作業(yè)，不損傷作物，同時經(jīng)濟環(huán)保，與常規(guī)施藥方法相比，節(jié)約農(nóng)藥40％左右，降低環(huán)境污染，減少農(nóng)藥使用量，自動化

2、水平高，節(jié)約了人力與工時。無人直升機靜電噴霧施藥作業(yè)將無人直升機噴霧與靜電噴霧相結(jié)合，在無人直升機噴霧現(xiàn)有優(yōu)點的基礎(chǔ)上，通過增加靜電噴霧，在靶標產(chǎn)生包抄效應(yīng)，有效提高農(nóng)藥在農(nóng)作物上的沉積分布，從而進一步提高了噴霧效果。
　　本文在以CD-10型農(nóng)藥噴灑無人直升機為飛行平臺的噴霧系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對其霧化裝置研制了荷電裝置，方便的將常規(guī)噴霧改為靜電噴霧;同時完成了對航空靜電噴霧系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及安裝。針對荷質(zhì)比、噴霧角、霧滴粒徑、噴霧壓

3、力、霧滴運動速度場等關(guān)鍵因素進行試驗研究，為小型無人直升機靜電噴霧作業(yè)參數(shù)的確定提供指導。通過模擬田間試驗，初步探索了無人直升機靜電噴霧效果。
　　主要研究工作包括以下幾個方面:
　　(1)無人直升機靜電噴霧系統(tǒng)設(shè)計
　　在現(xiàn)有噴霧系統(tǒng)的基礎(chǔ)上針對噴霧系統(tǒng)采用的QJ17550A-1/2型噴嘴體、QJ25607型噴嘴緊固件及配套噴嘴設(shè)計了荷電裝置，同時選擇合適的高壓靜電發(fā)生器等安裝于現(xiàn)有噴霧系統(tǒng)上，組成無人直升機靜電噴霧

4、系統(tǒng)。
　　(2)無人直升機靜電噴霧系統(tǒng)荷質(zhì)比測量試驗
　　采用自制的法拉第筒荷質(zhì)比測量裝置對靜電噴霧系統(tǒng)在五種噴霧壓力和四種荷電電壓下的荷質(zhì)比進行了測量，主要結(jié)論如下:
　?、傧嗤呻婋妷簳r，霧滴荷質(zhì)比隨噴霧壓力的增加而減小。相同噴霧壓力下，霧滴荷質(zhì)比隨荷電電壓的增加而增加。當荷電電壓處于6KV到10KV區(qū)間時，荷質(zhì)比隨荷電電壓趨于線性增加。當荷電電壓超過10KV時，霧滴所帶電荷量已經(jīng)趨于飽和狀態(tài)，此時霧滴荷質(zhì)比基本

5、保持不變。
　?、谠趪婌F壓力較小，荷電電壓較大的區(qū)域，能夠得到最大的霧滴荷質(zhì)效果。將噴霧壓力P與荷電電壓U進行組合，組合方式為(P，U);那么具體為(0.2MPa，12KV)和(0.25MPa，12KV)時，能夠得到最大的荷質(zhì)比效果。
　?、墼谒鶞y量的區(qū)間內(nèi)荷質(zhì)比都可以達到航空靜電噴霧的荷質(zhì)比最低要求。
　　(3)無人直升機靜電噴霧系統(tǒng)速度場測量試驗
　　使用美國TSI公司生產(chǎn)的粒子成像測速儀(PIV)對靜電噴霧

6、系統(tǒng)的速度場進行測量，對速度場測量關(guān)鍵參數(shù)進行了選擇，得到的主要結(jié)論如下:
　?、賴婎^在出口處形成氣核，在壓力的作用下形成霧滴并獲得較大的初始速度，從0.2MPa～0.4MPa隨著壓力的增加速度由12m/s增加到16m/s;氣核下部沿Y軸方向-100mm及以下區(qū)域速度逐漸下降，至-250mm處時速度由7m/s減小至3m/s;沿X軸形成了三層速度分層區(qū)，其中50mm-125mm和175mm-250mm速度相近且較低，125mm-17

7、5mm區(qū)間一直保持著與氣核處相近的較高速度;霧滴群在沿Y軸-250mm之后速度基本趨于穩(wěn)定。
　?、诋攪婌F壓力增加時，霧滴的橫向速度與縱向速度均增加。隨著噴霧壓力的增加，霧滴橫向速度和縱向速度的變異系數(shù)都逐漸減小，證明霧流速度場越來越均勻，噴霧效果越來越好。
　　(4)無人直升機靜電噴霧系統(tǒng)粒徑譜測量試驗
　?、傧嗤瑖婌F壓力與噴霧高度時，霧滴體積中徑隨荷電電壓增加而增加。相同噴霧壓力下，隨著荷電電壓的增加，霧滴粒徑越來

8、越均勻。相同荷電電壓時，隨著噴霧壓力的增加，霧滴粒徑越來越均勻。
　?、陟F滴下落過程中霧滴體積中徑隨霧滴下落距離的變化不是單調(diào)的，有拐點現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為隨著霧滴下落距離的增加，霧滴體積中徑先增加后減小。
　?、巯嗤呻婋妷合拢侣渚嚯x為40cm至100cm時，霧滴體積中徑隨下落距離增加而增大。霧滴體積中徑最大值出現(xiàn)的位置隨噴霧壓力的增加而左移，在噴霧壓力為0.2MPa和0.25MPa時在下落距離120cm達到最大值。在噴霧壓

9、力為0.3MPa、0.35MPa和0.4MPa時在下落距離100cm達到最大值。當下落距離在120cm以后，霧滴體積中徑逐漸減小。
　　(5)無人直升機靜電噴霧效果試驗
　?、俜庆o電噴霧時有效噴幅3.2m，靜電噴霧時有效噴幅2.8m。但靜電噴霧較非靜電噴霧在有效噴幅內(nèi)的霧滴沉積量高，可以節(jié)省藥液，提高防治效果。
　?、诜庆o電噴霧時的霧滴飄移距離為1m，靜電噴霧時的霧滴飄移距離為0.6m。比較兩種噴霧方式的飄移距離可知，