有人驾驶直升机航空喷施雾滴沉积飘移特性研究与应用

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chentao_00
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近年来,为了有效减轻农药残留对于生态环境的损害,以农药减施增效为特点的精准农业航空施药技术迅速发展起来。但当前有人驾驶直升机航空喷施作业还存在着雾滴沉积飘移特性研究基础薄弱,诸多因素影响机理不明,实际应用作业缺乏试验方法指导和作业技术规范等问题。针对这一现状,本文通过理论分析、田间基础试验、应用试验和数据处理相结合的方式,对影响有人驾驶直升机雾滴沉积飘移特性的诸多因素展开了基础研究与应用效果剖析。主要研究结果如下:(1)在航空施药作业减施机理研究中,探讨了飞机机身和旋翼运动的复杂性及强湍流效应对雾滴沉积飘移特性产生的影响。揭示了飞行状态、雾滴粒径、剂型、不同的碰撞速度和角度以及叶片形貌对药液在叶片上沉积润湿的影响规律,对农药雾滴落至靶标植株叶片的运动过程及相关影响喷雾质量因素有了理论性的认识。(2)在直升机航空喷施雾滴沉积飘移规律基础试验研究中,对安装有AG-NAV Guía喷施系统的AS350B3e直升机设计了不同飞行作业参数及飞行方式的航空喷施试验,对其雾滴沉积飘移规律以及飞防助剂对雾滴沉积飘移的影响进行了研究。结果表明:当直升机以5 m的飞行高度,在70~120 km/h的速度范围内进行喷施作业时,随着飞行速度的增大,有效沉积喷幅宽度呈现先缓慢增大后急剧减小的趋势。经测定,粒径在200μm以下的雾滴更容易发生飘移,在飘移区域所占比例能达到70%以上。为了保证最佳的喷施效果,要合理设计选用航空喷头,并适当配合使用航空助剂,同时要在作业时要预留至少50 m以上缓冲区(安全区)以避免药液飘移产生的危害。本研究结果也为后续的航空喷头雾化特性研究和实际应用研究奠定了基础。(3)在基于中低速风洞条件下的直升机航空喷头雾滴粒径分布特性研究中,以国内有人驾驶直升机常用的LICHENG系列和CP系列扇形雾化喷头为研究对象,依次评估了各型号喷头在0~27.8 m/s的中低速气流条件下的雾化特性,并进一步以CP系列喷头为研究对象,对其进行了喷雾特性田间喷施验证试验。对于LICHENG系列航空喷头,11002、11003、11004、11006和11010型5种喷头的雾滴粒径随气流速度增大均呈现出变大的趋势,分析造成这一现象的原因除了与扇形喷头自身雾化特点有关,还与激光粒度分析仪的激光测量方式存在局限性有关。研究还发现,喷施压力的改变会直接影响喷雾的质量,但随着气流速度的增大,喷施压力对喷施效果的影响逐渐减弱。LICHENG系列航空喷头的研究结果初步揭示了扇形喷头的雾化特性,也为后续的CP系列航空喷头测试提供了参考。对于CP系列航空喷头,喷头长时间使用产生的磨损会对喷头的喷施性能产生影响,导致粒径值测量偏差较大。随着气流速度增大,CP02、CP03和CP04型3种型号喷头测得的的雾滴粒径值会呈现出增大的趋势。田间验证试验探明了各型号CP喷头雾滴粒径的主要分布范围,这与风洞测试的结果相吻合,但粒径值会显著偏高。(4)在直升机对山地柑橘果园上的航空喷施应用研究中,就Bell206L4直升机采取两种不同航空施药方式对山地柑橘果园喷雾的雾滴沉降规律展开了研究。对于直升机盘旋式航空施药作业,在设定15 L/ha的单位面积喷施量、直升机飞行高度为距树顶10 m及飞行速度为120 km/h的情况下,建议直升机配套选用CP04航空喷头。在上述作业条件下,直升机喷雾对于整座山体的平均雾滴沉积量为0.896μL/cm~2,雾滴分布均匀性为60.82%。对于柑橘果树,雾滴沉积量由果树上层至果树下层呈现逐层减少的趋势。对于直升机往复式航空施药作业,在直升机配套选用CP04航空喷头,并设定15 L/ha的单位面积喷施量及120 km/h的飞行速度的情况下,雾滴沉积量在山体不同采样区域均整体呈现出山体顶部>山体底部>山体中部的趋势。为保证有效施药效果,建议直升机采取10 m以下的飞行高度进行作业。同时,研究还发现不同树形的柑橘果树在雾滴沉积方面也存在着一定差异。(5)在直升机对松木林业上的航空喷施应用研究中,研究了Bell206L4直升机对长白山红松和庐山马尾松进行航空喷施作业的雾滴沉积分布规律,并对施药后的红松球果害虫及松褐天牛的防治效果进行了调查。对于长白山红松球果害虫防治,建议直升机配套选用CP03航空喷头。除个别处于喷施区域边缘位置的特征红松外,测得其它特征红松整体的沉积量及沉积密度均值分别处于0.065~0.073μL/cm~2和9.6~11.6个/cm~2的范围内。红松冠层中部的雾滴截留能力较强。研究还发现,2种不同药剂防治效果存在一定差异,但不同剂型对于航空喷施沉积效果无显著影响。对于庐山松褐天牛防治,当直升机设置15 L/ha的单位面积喷施量,飞行高度为距树顶10~15 m时,建议直升机配套选用CP04航空喷头,此时雾滴沉积效果最佳。研究还发现雾滴粒径大小整体呈现:树冠中部<树干位置<树冠上部的趋势。在防治效果方面,最终测得庐山地区的松褐天牛校正控制率处于59.24%~95.74%的范围,松褐天牛羽化增长趋势得到了一定程度的遏制。
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