超低容量植保无人机基本参数设计
2016-07-29 17:18:27 作者：林建 来源：民用无人机市场开发 浏览次数：0 网友评论 0 条
超低容量植保无人机基本参数设计
超低容量喷雾法是农药使用技术的发展趋势，而植保无人机则是超低容量喷雾技术实施的最为理想的农用航空器机械。
根据民用航空行业标准《农业航空作业质量技术指标——喷洒作业MH/T 1002.1一1995》，超低容量喷洒定义为每公顷喷洒量小于5L（含）以下的喷洒作业；超低容量喷洒的雾滴大小（vmd）为80～100微米；超低容量喷洒的雾滴覆盖密度为20～40个/平方厘米；超低容量喷洒的雾滴分布均匀度小于等于60%。
为达到超低容量喷洒标准要求，植保无人机必须要做如下设计：
首先需要设计植保无人机载喷洒分系统。
喷洒分系统主要指标是：雾滴大小vmd（微米）；雾化产生量（升/小时）；喷幅宽度（米）；载药量（升）；雾滴输送距离（厘米）等。
喷洒分系统的关键是雾化器设计，必须要达到高速产生80～100微米雾滴的雾化能力。液体农药雾化方式一般可分为液力式、气力式、离心式和超声波式，而广泛应用于医疗和工业的超声波雾化方式，将成为农业雾化器的重点发展方向。
其次设计植保无人机喷洒速度。
喷幅宽度、雾化产生量和超低容量喷洒量等参数，植保无人机的喷洒速度（米/秒）＝ 2.78 ×雾化产生量（升/小时）/［喷幅宽度（米）×喷洒量（升/公顷）］。2.78是量纲换算常数。
举例：设，喷幅宽度5米，喷洒量5升/公顷，雾化产生量50升/小时；则，喷洒速度等于5.56米/秒。
再则设计植保无人机飞行高度。
80～100微米的雾滴十分容易造成飘失。飘失的主要形式有：受上升气流造成的飘移，受温度影响的蒸发，未在靶标上沉积的落地损失。为减少飘移和蒸发，喷洒分系统需要产生辅助力，将离开喷头的雾滴输送到农作物冠层之内，雾滴从喷头到其速度为零的距离为雾滴输送距离（厘米）。采用静电喷洒，可增加雾滴在靶标上的沉积，减少落地损失。
液力式和气力式雾化，本身具有雾滴输送能力；离心式雾化雾滴输送能力较弱；而超声波式雾化用辅助风力将已经形成的雾滴直接输送，可设计较大的雾滴输送距离。
植保无人机的飞行高度，应该根据雾滴输送距离决定，飞行高度离农作物冠层越近，喷洒效果越好；但离农作物冠层越近，越不利于无人机的飞行安全；在两者之间需要折中。按现有轻型旋翼无人机的技术状态，飞行高度一般在农作物冠层之上0.5～1.5米。
旋翼无人机的螺旋桨具有向下的强大气流，可起到一定的雾滴输送作用；但螺旋桨的气流流向和流量均不稳定，设计不好反而会增加雾滴的飘移，因此，原则上应单独设计辅助雾滴输送风力。
第四设计植保无人机载药量。
超低容量喷洒技术决定了航空植保作业的飞行高度，能够胜任作业的只有无人直升机和多旋翼无人机。植保无人机载药量理论上讲越大越好，但实际上，载药量一方面受到植保无人机效费比的制约，另一方面受到旋翼向下气流对农作物造成损害的限制。载药量越大，桨盘载荷就需要增大，螺旋桨向下气流相应也会加大，植保无人机在农作物冠层之上0.5～1.5米飞行时，较大的气流会造成农作物的直接损伤。因此，植保无人机载药量应该保持一个适合的重量。
最后进行植保无人机综合设计。
上述设计均为理论设计原则，实际应用时必须通过实践经验数据校正。如雾化产生量是不可能全部沉积在靶标上的，会有一个飘失的经验校正值，需要在应用中积累实验数据，综合归纳得出。
国际上将每公顷0.5～5L喷洒量定义为超低容量喷雾方法，每公顷小于0.5L喷洒量定义为超超低容量喷雾方法。提高植保无人机作业效率的最佳设计应该是尽可能地减少每公顷的喷洒量。将超低容量上限5L/公顷减少到1L/公顷，植保作业的效率将会有5倍的提高。围绕减少每公顷喷洒量，植保无人机必须进行综合设计。
从《农业航空作业质量技术指标——喷洒作业》标准中可知，植保无人机超低容量喷洒作业，关键在于雾滴大小、雾滴覆盖密度、雾滴分布均匀度等关键参数，这些参数达标，是无人机和机载喷洒分系统各项性能指标综合在一起的结果，必须要从植保无人机系统总体上综合设计，以求达到最佳设计。当然，这还需要相应的超低容量喷洒用农药的性能提升。
来源：民用无人机市场开发；原创作者林建
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