大载荷植保无人直升机喷洒过程流动与沉积特性的研究

摘要

大载荷无人直升机喷雾施药是农业植保领域的一门新技术，具有喷洒效率高、适用范围广、作业成本低和环境污染少等优点。对大载荷植保无人直升机喷洒过程流动与沉积特性进行研究，为无人直升机喷雾参数的优化提供理论依据，将可以进一步提高无人直升机喷洒施药质量。因此，本文在江苏省农业科技自主创新资金项目大载荷无人机高效施药技术及喷洒装备（CX(15)1038）的资助下，对大载荷植保无人直升机喷洒过程流动与沉积特性进行了试验和仿真模拟研究，并开展了多工况参数优化及田间试验研究。
　　本研究主要内容包括：⑴基于FR-200无人直升机飞行平台，分析了无人直升机的各项参数，选择合适的喷雾系统配件，完成了喷雾系统的设计。⑵基于FR-200无人直升机喷雾系统，测量了扇形喷头的雾化特性，获得了喷雾压力对粒径谱、流量、雾化角度的影响规律以及喷头间距对喷雾雾量分布均匀性的影响规律，为喷雾压力、喷雾系统粒径谱和喷头间距的选择提供依据。⑶利用Ansys Fluent软件研究了FR-200无人直升机悬停风场分布特点并进行了实验验证，确定了喷杆安装范围，为研究无人直升机喷洒分布提供了科学依据，并通过试验研究了飞行过程中（前飞和倒飞）不同飞行参数下植株冠层垂直方向风场分布规律。⑷基于FR-200无人直升机结构，应用Ansys Fluent软件，建立了无人直升机无植物冠层室外喷雾雾滴沉降仿真模拟平台，采用离散相模型（DPM）、SST k??湍流方程和SIMPLE算法对喷洒过程流动和沉积特性进行了仿真模拟研究。利用响应曲面法以雾滴抗飘移率为优化目标，建立多工况目标函数，对飞行速度、喷杆相对位置以及喷施角度进行了优化，提出了有效的大载荷无人直升机喷雾参数优化方法，并研究了无人直升机喷雾沉积特性与飞行参数之间的关系，获得了大载荷无人直升机喷洒作业规律，可为实际农田喷洒作业提供指导。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 农业航空技术国内外研究现状

1.3 本课题主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 无人直升机喷洒过程流动与沉积特性数值模拟基础

2.1 CFD模拟理论与求解模型

2.2 颗粒模型

2.3 本章小结

第三章 无人直升机喷雾系统构成及喷头雾化特性研究

3.1 FR-200无人直升机结构及性能参数

3.2 FR-200无人直升机喷洒系统

3.3 喷雾系统粒径谱及流量参数

3.4 喷雾系统雾化角测量

3.5 喷雾雾量分布测量

3.6 本章小结

第四章 无人直升机主旋翼下洗风场研究

4.1 无人直升机悬停风场数值模拟及验证

4.2 无人直升机飞行风场测试

4.3 本章小结

第五章 无人直升机施药技术模拟优化及田间喷洒试验研究

5.1 无人直升机施药技术模型的建立及参数设定

5.2 无人直升机施药技术施药质量及影响因素模拟研究

5.3 抗飘移率模型建立和影响因素分析

5.4 大载荷无人直升机田间喷洒试验研究

5.5 本章小结

第六章 全文总结及下一步研究展望

6.1 全文工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研情况