多旋翼無人機植保技術已廣泛應用于多種復雜農作物植保場景中,作業(yè)效率大大提高,但農藥的利用率仍有待提高。對于具有一定縱深的植株,霧滴較難吸附于植物隱蔽部位,致使防蟲防病效果不理想。靜電噴霧技術利用靜電效應使霧滴吸附于植株隱蔽部位,可有效提高霧滴吸附效果,增加霧滴在靶標正背面的沉積率,進而可提高農藥的使用率。因此將無人機植保技術與靜電噴霧技術相結合可提高作業(yè)效率和施藥效果。由于在不同噴霧參數(shù)下霧滴沉積效果不同,因此需要研究不同條件下植保無人機靜電噴霧霧滴沉積效果,探尋最優(yōu)理論噴霧參數(shù),對我國實現(xiàn)農藥零增長具有重要意義。本文針對多旋翼植保無人機靜電噴霧技術的研究主要從以下幾個方面展開:(1)霧滴沉積效果影響因素分析對霧滴沉積效果影響因素進行了分析。霧滴沉積效果主要包括霧滴沉積密度、霧滴覆蓋率、霧滴沉積均勻性等。影響霧滴沉積效果因素主要分為噴霧參數(shù)影響和植株靶標自身特性影響,其中噴霧參數(shù)主要包括噴霧壓力、噴孔直徑、荷電電壓等,靶標自身特性包括靶標形狀大小、表層結構、表面粗糙程度等。其中噴霧參數(shù)為可控因素,本文主要針對噴霧參數(shù)對霧滴沉積效果進行了影響分析,并建立了相應的霧滴沉積效果影響方程。(2)模擬噴霧設計基于霧滴沉積效果分析,建立了荷電效果等效方程。將荷電電壓對霧滴相關特性影響等效為噴霧壓力和噴孔直徑等因素對霧滴相關特性的綜合影響�；贑FD技術并結合計算機模擬技術建立噴霧模型,噴霧模型中湍流模型采用RNGk-ε湍流模型,并采用粒子跟蹤技術,考慮霧滴重力、蒸發(fā)等影響因素。噴霧高度根據實際場景進行設置,沉積面為陷阱類型,以實現(xiàn)對霧滴的收集。該噴霧模型設計為后續(xù)噴霧模擬實驗搭建了模擬環(huán)境。(3)霧滴沉積效果測試平臺設計完成霧滴沉積效果測試平臺的設計。霧滴沉積效果測試平臺主要包括霧滴荷質比測試平臺、霧滴粒徑和霧滴沉積密度測試平臺、多旋翼植保無人機靜電噴霧系統(tǒng)平臺。荷質比測試平臺是基于網狀目標法測試原理而設計的軟硬件平臺,其中網層數(shù)為3層,上層到下層網孔目數(shù)依次為400、250、100。霧滴粒徑和霧滴沉積密度測試平臺為自行設計的軟件平臺,主要對霧滴圖像進行二值化處理、霧滴標定、粘連霧滴分離、霧滴計數(shù)等處理。噴霧模型設計平臺為ANSYS軟件平臺,主要介紹了噴霧模型設計的原理、流程。最后介紹了基于感應式荷電原理而設計的多旋翼植保無人機靜電噴霧系統(tǒng),系統(tǒng)設計包括器件選型、系統(tǒng)搭建等。(4)霧滴特性相關測試試驗通過試驗對不同噴霧參數(shù)下霧滴沉積效果進行研究。通過設計試驗方案,進行試驗獲取霧滴沉積效果試驗數(shù)據,分析不同參數(shù)對霧滴特性的影響。同時通過模擬靜電噴霧試驗,研究不同條件參數(shù)下霧滴沉積分布特性,并建立霧滴沉積分布預測方程。然后進行實際噴霧試驗驗證理論模型與實際霧滴沉積分布之間的誤差。最后分別進行室內和室外多旋翼植保無人機靜電噴霧試驗,以期驗證該靜電噴霧系統(tǒng)是否能夠高效地應用于實際植保作業(yè)場景中。
【學位單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V279;S252.3
【部分圖文】：

?杭州電子科技大學碩士論文???（２）靜電噴頭設計??２〇〇７年南京林業(yè)大學設計了航空雙噴嘴靜電噴頭，并從理論上分析了雙噴嘴環(huán)狀電極誘??導的空間電場對霧滴粒徑及荷電效果的影響［２２］；?２０１１年南京林業(yè)大學設計了一種內嵌靜電噴??頭，該噴頭應用于軸流風送靜電噴霧系統(tǒng)［２３】；２０１２年南京林業(yè)大學針對應用于輕型飛機上的??單噴嘴航空靜電噴頭，從靜電電極、噴頭材料、噴頭加工工藝等幾個方面進行了改進，設計??并制作了圓柱環(huán)形電極靜電噴頭，如圖１．２所示Ｐ４］；?２０１４南京林業(yè)大學改進了原有圓柱管狀??電極，設計并制作了圓錐管狀電極靜電噴頭如圖１．３所示［２５］；?２０１６年黑龍江八一農墾大學設??計并制作扇形電極靜電噴頭，如圖１．４所示Ｐｉ；?２０１７年江蘇大學對感應式高壓靜電噴頭霧滴??荷電效果影響因素做了研宄，設計了圓環(huán)形電極和仿形電極，并分別對兩種噴頭進行了測試［２７］。??

密度與霧滴粒徑是霧滴沉積效果重要測量指標，當霧滴沉積密度越大、霧滴靜電噴霧效果越好。噴霧噴幅即噴霧的幅度大小，是表征靜電噴霧霧滴覆蓋范４．１荷質比測量平臺??霧滴荷質比測量方法主要有網狀目標法、法拉第筒法、實物模擬法。法拉４．１所示）是由精密微安表測量收集到霧滴釋放的電荷，霧滴是由底部的霧滴利用精密天平（測量精度Ｓ?０．１?測量單位時間內收集到霧滴的質量。該方筒內的荷電霧滴測量精度相對較高，缺點是對噴頭類型和噴出霧團類型的局限該測量裝置的成本較高；實物模擬法是通過制作模擬實物的模型，直接對模型從而對沉積到模型上的霧滴進行電荷量和質量測量，通常模型材料選型為金點是制作模型對真實作物的生長狀態(tài)擬合度較高，其缺點是進行不同作物的不同的模型，制作方法麻煩，且對荷電霧滴的采集和測量比較困難；網狀目網和積液筒對霧滴進行收集，當荷電霧滴被噴施至金屬網上時，霧滴所帶電接地導線進行釋放，電荷釋放過程中會經過微安表，從而實現(xiàn)對霧滴電荷量經金屬網釋放電荷后，由于霧滴不斷沉積會流入積液筒，最終收集到通過精筒與金屬網前后差值來測量收集到的霧滴質量，該測量裝置設計簡便，對噴求較低。綜上所述，本節(jié)基于網狀目標法對荷質比測量平臺進行設計。??

?４．１．１硬件設計??荷質比測量裝置示意圖如圖４．２中圖ａ所示，該裝置主要由金屬網、串口電子天平、精??密微安表、積液筒等部件組成。金屬網材質為不銹鋼４０４，網層數(shù)分為三層，上層為４００目，??中層為２５０目，底層為１００目，目的是由大到小的收集不同粒徑的霧滴，防止藥液在一層金??屬篩網內大量沉積。串口電子天平選用櫻花高精度電子天平（如圖４．３中圖ａ所示），該天平??帶有串口?ＲＳ２３２，具有與計算機數(shù)字通訊功能，具體參數(shù)如表４－１所示。微安表選用福祿克??精密微安表，同時為確保靜電高壓能夠正常穩(wěn)定工作，采用高壓衰減探棒（如圖４．３中圖ｂ??所示）并結合電壓表來測量靜電高壓，高壓衰減探棒具體參數(shù)如表４－２所示。??’Ｖ、?４??４?一??１．金屬網２．金屬筒３．積液筒４．電子天平５．微安電流
【參考文獻】

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本文編號：2836443