共轴双旋翼植保无人机旋翼气流作用下雾滴沉积分布特性研究

摘要

[目的]在植保无人机喷施作业过程中，旋翼下洗风场分布特性对雾滴沉积效果起关键性作用。为揭示共轴双旋翼无人机旋翼下洗风场的风速分布模式特征，探究旋翼气流对雾滴沉积特性影响规律。[方法]通过流体力学仿真软件Fluent进行共轴双旋翼无人机旋翼下洗风场及其雾滴沉积特性的数值仿真研究，并对旋翼下洗风场的田间喷雾试验结果进行对比验证。[结果]旋翼下方气流强度随着与旋翼距离的增加而衰减；随着无人机旋翼转速的增加，旋翼正下方范围内的雾滴群平均速度随之增大。当旋翼转速分别为2 000,2 400,2 800,3 200 r·min^-1时，在旋翼正下方分别约2.0,3.5,5.5,6.5 m内属于雾滴高速区域，其雾滴群的平均速度分别为11.5,13.5,15.5,17.5 m·s^-1；随着无人机旋翼转速的增加，雾滴的飘移现象呈现出先减弱后加强的趋势。田间试验结果表明：每条采集带的平均雾滴沉积量分别为1.808,2.044,2.434,1.774μL·cm^-2，当药液载荷从70%增加至100%，雾滴平均沉积量从2.434μL·cm^-2大幅减小至1.774μL·cm^-2，对应的飘移率分别为13.20%、6.96%、1.30%和19.03%。[结论]通过进行显著性分析表明，不同载荷条件下植保无人机喷施雾滴飘移分布存在显著性差异。对比分析试验和仿真结果，数值模拟的平均雾滴沉积量偏小；但试验值与模拟值二者的变化趋势保持较好的一致性。试验验证数值模拟模型的可靠性，并在一定程度上可以指导田间试验的开展，达到精准喷施作业和优化喷施效果的目的。

关键词

植保无人机 / 共轴双旋翼 / 旋翼风场 / 雾滴沉积 / 模拟仿真