無人機作業(yè)參數(shù)對噴霧沉積的影響

管賢平

摘要：在室外自然條件下，開展無人機不同作業(yè)高度、飛行速度下的大田噴霧沉積試驗。采用胭脂紅溶液作為模擬農(nóng)藥，通過檢測吸光度來確定噴霧沉積。結果表明，噴霧沉積一般隨風速、作業(yè)高度和作業(yè)速度的增大而減少，在風速大于3.0 m/s時噴霧飄移嚴重；風速2.0 m/s以上時，作業(yè)高度1.5 m以上飄移嚴重，不宜進行小粒徑低量噴霧作業(yè)。

關鍵詞：無人機；航空噴霧；沉積；作業(yè)參數(shù)

中圖分類號：S252+.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）03-0678-03

航空噴霧受地形地勢限制小，作業(yè)效率高，得到廣泛應用[1-4]。航空噴霧效果受氣象條件、飛行作業(yè)高度及速度、噴霧系統(tǒng)類型及特性等多種因素的影響[1]，存在非靶標區(qū)的農(nóng)藥飄移問題，因此航空噴霧研究的一個重要方面是噴霧沉積特性分析。Hewitt等[5]對航空噴霧的飄移試驗數(shù)據(jù)進行了分析整理，結果表明航空噴霧飄移主要影響因素有噴霧粒徑、噴霧時噴桿的高度和寬度、風速和風向，但是這些數(shù)據(jù)主要來自載人飛機噴霧，其飛行速度較快，飛行高度較高。Tsai等[6]對航空噴霧飄移進行了建模試驗，但由于航空噴霧的復雜性，難以獲得滿意的預測模型。

近年來，無人機噴霧研究已經(jīng)廣泛開展[7，8]。但目前尚缺乏對無人機航空噴霧沉積特性的研究。本研究基于無錫漢和航空技術有限公司生產(chǎn)的CD-10無人噴霧直升機，開展無人機航空噴霧沉積特性試驗，主要考察無人機作業(yè)參數(shù)對噴霧沉積的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗設備和材料

試驗采用無錫漢和航空技術有限公司生產(chǎn)的CD-10型無人駕駛噴霧飛機，最大載藥量10 kg，飛行速度4～8 m/s，噴灑寬度3～4 m。無人機安裝的液壓泵工作壓力范圍為0.3～0.6 MPa，最大流量3.2 L/min。由于無人機載藥量一般比較小，所以一般采用小粒徑低量噴頭。試驗采用TeeJet公司的XR11001扇形噴頭，在0.3 MPa壓力時流量為0.39 L/min，霧滴體積中徑約為80 μm。試驗時無人機安裝7個噴頭，各噴頭間距約為38 cm。

采用4 g/L的胭脂紅溶液作為模擬農(nóng)藥。采用UV-2102PCS型紫外分光光度計測量胭脂紅溶液的吸光度，風速、溫度、濕度的測量采用手持式風速儀。

1.2 試驗方法

1）胭脂紅溶液的配制及標定。胭脂紅標準溶液吸光度曲線如圖1，可見最大吸收波長為508 nm處，所以采用508 nm作為胭脂紅的吸光度檢測波長。

2）噴霧沉積試驗。試驗在張家港市永聯(lián)現(xiàn)代糧食基地進行。選擇小麥田進行施藥試驗，小麥冠層高度約為90 cm。采用二因素三水平的試驗方案，即噴霧高度為離作物冠層0.5、1.0、1.5 m，理論飛行速度為1、3、5 m/s。飛行高度和飛行速度由飛機操控手控制。根據(jù)不同設置條件，共進行9組試驗（表1），其中實際速度為在試驗中實際測量的飛行速度。

小麥田中等間距布置6個采樣點，采樣點間間隔5 m，各采樣點用三腳架支撐直徑為9 cm的玻璃采樣皿，其內(nèi)預先倒入10 mL去離子水，玻璃器皿的放置高度與小麥冠層高度基本平齊。試驗時，無人機沿采樣點連線方向飛行，控制無人機使得最中間的噴頭位于采樣點的上方。采用4 g/L的胭脂紅溶液作為模擬農(nóng)藥，每組試驗結束，將采樣皿內(nèi)溶液收集到試管中帶回實驗室進行吸光度測定，計算噴霧沉積量。

2 結果與分析

表2給出了各組試驗的平均風速、平均溫度和平均相對濕度的測量數(shù)據(jù)。圖3給出了各組沉積濃度的平均值。從表2及圖3可以看出，從沉積效果看，在同一作業(yè)高度，總體上沉積量隨飛行速度增大而降低，但是在1.5 m時出現(xiàn)反?，F(xiàn)象，可能原因是噴霧高度高時容易產(chǎn)生飄移，并且沉積量還受風速影響，在風速超過3 m/s時（處理5和處理7），出現(xiàn)沉積量較少的情況?？梢娫陲L速超過3.0 m/s時不宜進行噴霧作業(yè)。根據(jù)現(xiàn)場沉積情況看，風速2.0 m/s左右時作業(yè)高度不宜超過1.5 m。

為了考察噴霧作業(yè)參數(shù)對沉積量的具體影響，對各組試驗的噴霧高度（x1）、飛行速度（x2）、平均風速（x3）、平均溫度（x4）、平均相對濕度（x5）與平均沉積濃度（y）進行逐步回歸分析，結果發(fā)現(xiàn)溫度和相對濕度對沉積濃度影響不顯著，而噴霧高度、飛行速度、風速對沉積濃度有顯著影響。

取顯著性水平α=0.05，噴霧高度、飛行速度、風速對沉積濃度的回歸結果為：

y=0.032 7-0.005 3 x1-0.001 7 x2-0.005 2 x3，相關系數(shù)為0.870 2，F(xiàn)為11.171 5，F(xiàn)對應的概率為0.011 8，殘差分布圖如圖4所示。

x1、x2、x3的系數(shù)皆為負值，可見沉積濃度與風速、作業(yè)高度、作業(yè)速度皆為負相關，即沉積量隨著風速、作業(yè)高度、飛行速度的增大而減少。相關系數(shù)較大，可見沉積濃度與作業(yè)高度、飛行速度及風速有較大的相關性，但是不完全線性相關。由回歸結果可見，為了提高沉積效果，需要限制作業(yè)高度和飛行速度，在風速過大時不宜進行噴霧作業(yè)。

3 小結

無人機航空噴霧的沉積與無人機作業(yè)時的風速、高度、飛行速度密切相關，沉積量隨著作業(yè)高度、飛行速度、風速的增大而減少。航空噴霧受風速、作業(yè)高度及作業(yè)速度等作業(yè)參數(shù)影響較大，在小粒徑低量噴霧時，在風速2.0 m/s或以上時，噴霧高度不宜超過1.5 m；在風速超過3.0 m/s時，不宜進行小粒徑低量噴霧作業(yè)。

參考文獻：

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