多旋翼植保无人机静电喷雾技术研究

发布时间：2020-10-11 10:07

　　 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。本文针对多旋翼植保无人机静电喷雾技术的研究主要从以下几个方面展开:(1)雾滴沉积效果影响因素分析对雾滴沉积效果影响因素进行了分析。雾滴沉积效果主要包括雾滴沉积密度、雾滴覆盖率、雾滴沉积均匀性等。影响雾滴沉积效果因素主要分为喷雾参数影响和植株靶标自身特性影响,其中喷雾参数主要包括喷雾压力、喷孔直径、荷电电压等,靶标自身特性包括靶标形状大小、表层结构、表面粗糙程度等。其中喷雾参数为可控因素,本文主要针对喷雾参数对雾滴沉积效果进行了影响分析,并建立了相应的雾滴沉积效果影响方程。(2)模拟喷雾设计基于雾滴沉积效果分析,建立了荷电效果等效方程。将荷电电压对雾滴相关特性影响等效为喷雾压力和喷孔直径等因素对雾滴相关特性的综合影响。基于CFD技术并结合计算机模拟技术建立喷雾模型,喷雾模型中湍流模型采用RNGk-ε湍流模型,并采用粒子跟踪技术,考虑雾滴重力、蒸发等影响因素。喷雾高度根据实际场景进行设置,沉积面为陷阱类型,以实现对雾滴的收集。该喷雾模型设计为后续喷雾模拟实验搭建了模拟环境。(3)雾滴沉积效果测试平台设计完成雾滴沉积效果测试平台的设计。雾滴沉积效果测试平台主要包括雾滴荷质比测试平台、雾滴粒径和雾滴沉积密度测试平台、多旋翼植保无人机静电喷雾系统平台。荷质比测试平台是基于网状目标法测试原理而设计的软硬件平台,其中网层数为3层,上层到下层网孔目数依次为400、250、100。雾滴粒径和雾滴沉积密度测试平台为自行设计的软件平台,主要对雾滴图像进行二值化处理、雾滴标定、粘连雾滴分离、雾滴计数等处理。喷雾模型设计平台为ANSYS软件平台,主要介绍了喷雾模型设计的原理、流程。最后介绍了基于感应式荷电原理而设计的多旋翼植保无人机静电喷雾系统,系统设计包括器件选型、系统搭建等。(4)雾滴特性相关测试试验通过试验对不同喷雾参数下雾滴沉积效果进行研究。通过设计试验方案,进行试验获取雾滴沉积效果试验数据,分析不同参数对雾滴特性的影响。同时通过模拟静电喷雾试验,研究不同条件参数下雾滴沉积分布特性,并建立雾滴沉积分布预测方程。然后进行实际喷雾试验验证理论模型与实际雾滴沉积分布之间的误差。最后分别进行室内和室外多旋翼植保无人机静电喷雾试验,以期验证该静电喷雾系统是否能够高效地应用于实际植保作业场景中。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V279;S252.3
【部分图文】：

?杭州电子科技大学硕士论文???（２）静电喷头设计??２〇〇７年南京林业大学设计了航空双喷嘴静电喷头，并从理论上分析了双喷嘴环状电极诱??导的空间电场对雾滴粒径及荷电效果的影响［２２］；?２０１１年南京林业大学设计了一种内嵌静电喷??头，该喷头应用于轴流风送静电喷雾系统［２３】；２０１２年南京林业大学针对应用于轻型飞机上的??单喷嘴航空静电喷头，从静电电极、喷头材料、喷头加工工艺等几个方面进行了改进，设计??并制作了圆柱环形电极静电喷头，如图１．２所示Ｐ４］；?２０１４南京林业大学改进了原有圆柱管状??电极，设计并制作了圆锥管状电极静电喷头如图１．３所示［２５］；?２０１６年黑龙江八一农垦大学设??计并制作扇形电极静电喷头，如图１．４所示Ｐｉ；?２０１７年江苏大学对感应式高压静电喷头雾滴??荷电效果影响因素做了研宄，设计了圆环形电极和仿形电极，并分别对两种喷头进行了测试［２７］。??

密度与雾滴粒径是雾滴沉积效果重要测量指标，当雾滴沉积密度越大、雾滴静电喷雾效果越好。喷雾喷幅即喷雾的幅度大小，是表征静电喷雾雾滴覆盖范４．１荷质比测量平台??雾滴荷质比测量方法主要有网状目标法、法拉第筒法、实物模拟法。法拉４．１所示）是由精密微安表测量收集到雾滴释放的电荷，雾滴是由底部的雾滴利用精密天平（测量精度Ｓ?０．１?测量单位时间内收集到雾滴的质量。该方筒内的荷电雾滴测量精度相对较高，缺点是对喷头类型和喷出雾团类型的局限该测量装置的成本较高；实物模拟法是通过制作模拟实物的模型，直接对模型从而对沉积到模型上的雾滴进行电荷量和质量测量，通常模型材料选型为金点是制作模型对真实作物的生长状态拟合度较高，其缺点是进行不同作物的不同的模型，制作方法麻烦，且对荷电雾滴的采集和测量比较困难；网状目网和积液筒对雾滴进行收集，当荷电雾滴被喷施至金属网上时，雾滴所带电接地导线进行释放，电荷释放过程中会经过微安表，从而实现对雾滴电荷量经金属网释放电荷后，由于雾滴不断沉积会流入积液筒，最终收集到通过精筒与金属网前后差值来测量收集到的雾滴质量，该测量装置设计简便，对喷求较低。综上所述，本节基于网状目标法对荷质比测量平台进行设计。??

?４．１．１硬件设计??荷质比测量装置示意图如图４．２中图ａ所示，该装置主要由金属网、串口电子天平、精??密微安表、积液筒等部件组成。金属网材质为不锈钢４０４，网层数分为三层，上层为４００目，??中层为２５０目，底层为１００目，目的是由大到小的收集不同粒径的雾滴，防止药液在一层金??属筛网内大量沉积。串口电子天平选用樱花高精度电子天平（如图４．３中图ａ所示），该天平??带有串口?ＲＳ２３２，具有与计算机数字通讯功能，具体参数如表４－１所示。微安表选用福禄克??精密微安表，同时为确保静电高压能够正常稳定工作，采用高压衰减探棒（如图４．３中图ｂ??所示）并结合电压表来测量静电高压，高压衰减探棒具体参数如表４－２所示。??’Ｖ、?４??４?一??１．金属网２．金属筒３．积液筒４．电子天平５．微安电流
【参考文献】

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本文编号：2836443