飞防必读:如何避免无人机喷洒过程中的农药漂移?

发布者:bpadmin
发布时间:2020-12-14 05:31
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无人机植保作业现在在全球范围内变得越来越普遍。然而,由于设备和技术仍处于初级阶段,人们越来越担心较高水平的农化药剂漂移和喷洒质量问题。经过一系列独立、深入的研究表明,只要无人机操作者密切注意正确的设置和操作,用无人机进行植保喷洒是安全有效的。



虽然无人机为农业提供的巨大潜力,而且越来越多地被用于农药喷洒,但在喷雾沉积的一致性和喷雾效果方面,对于无人机来说仍然存在相当大的不确定性。为了更多了解,以及如何最好地解决这些问题,美国农业部的航空植保技术研究部门与内布拉斯加州大学的生物系统工程系共同建立了一个研究项目,旨在通过实用而科学的研究,最大程度的理解和搞清楚影响无人机植保喷洒的不同因素。

具体地说,通过给无人机上配备了各种现成的设备,观察喷嘴大小和位置、操作高度和速度等任何差异对喷雾质量的影响。此外,更重要的是,这个项目想知道可以做些什么来缓解和避免漂移,以确定作业高度和地面速度对不同无人机的实际工作宽度、喷洒均匀性和液滴分布的影响。

这项研究仔细研究了一下几个方面:机载标准设备,校准,喷嘴的选择,飞行高度,运行速度,喷洒宽度

在实验中,研究人员使用了由HSE-UAV提供的四架大小和容量不同的无人机,代表了在北美地区最常用的植保无人机,包括从6个到8个螺旋桨的无人机,容量从10升到20升,以及4到6个喷嘴,要么固定在
喷杆上,要么安装在螺旋桨下面。另外还有一架大疆Agras MG1,这架10升容量的无人机在许多地区都是相当受欢迎的。

型号HSE V6A
HSE M6E
大疆Agras MG1
HSE M6A ProHSE M8A Pro
重量N/A24公斤22.5公斤34.5公斤48公斤
储罐容量
5升10升10升
15升
20升
螺旋桨数量66868
标配喷嘴TR 80 005
015, 01或 02
XR 110 01
TR 80-0067
TR 80-0067
喷洒宽度
3米-4.5米6米
9米
7.6米 – 9.0米
9米


研究人员发现,对于喷雾设备,所有无人机的标配都是相当基本的,没有一台配备了压力表,而且几乎所有的喷嘴都配备了005到0067大小的喷嘴,可以产生细小的液滴。

实验是从校准喷雾器开始的,但因为都没有安装压力表,研究团队制作了一个适配器和快速连接器,以安装在无人机的管道系统中。测试发现这些无人机的设定压力从33psi(2.27帕)到72psi(5帕)不等。美国农业部空中散布技术研究部的研究工程师,Dan Martin博士,指出:“这虽然减轻了无人机的重量很重要,但正确校准也至关重要。要让所有喷雾器做到这一点,就需要知道压力和前进速度;如果没有测量仪,你就错过了等式中至关重要的一部分。它需要的是一个在操作员终端(或地面站)能显示压力的小型传感器。”

研究团队通过收集每个喷嘴在设定时间内的输出流量,设定了适当的压力;对于传统吊杆式喷雾器来说,这是众所周知的程序。




设定测试标准

由于空中喷洒在美国很常见,因此有很多经过批准的专用于空中喷洒的农化产品,而且必须根据使用说明的建议进行应用。对于大多数人来说,标准施药量相当于大约20升/公顷,这也是在实验中使用的。重要的是要知道无人机的输出量,不同的型号有所不同。如实验在测试最小的HSE V6A型无人机,即使用005喷嘴在最低速度下也无法实现20升/公顷的施药量。

另外,前进速度也是一个重要的校准因素,在这项研究中,研究小组分别测试了四种地面速度:1米/秒、3米/秒、5米/秒,7米/秒

最后,无人机操作员还需要知道实际喷洒宽度。喷洒宽度不仅取决于喷嘴间距,还取决于飞机的型号。它也可能受到飞行高度和速度的影响。因此,为了测试宽度,研究小组在2米、3米和4米三个高度进行了喷洒测试。

实验证明,较慢的速度对喷洒宽度影响不大,但对喷洒速率影响很大。2米和3米的飞行高度让喷洒模式更有效,同时仍然能够通过保持较低高度来缓解药剂漂移问题。通过测试,事实上,喷嘴的大小(细、中、粗)和飞机尺寸对有效喷洒宽度的影响最大。


无人机喷洒测试程序

这项测试是在三种喷洒高度、四种飞行速度下,分别重复四次完成的。每一种飞行喷洒条件都用三个不同的喷嘴分别进行了测试,以检查有效喷洒宽度、覆盖范围和漂移,并评估不同的液滴分布情况。

三种不同的喷嘴包括:精细喷嘴:XR 110 01-~200-250微米;中型喷嘴:Teejet TT 110 01-~300-350微米@2.0至3.5帕;中粗型喷嘴:Lechler IDK 110 01-~350-400微米@3.0-6.0帕。

所用测试液体是加了荧光染料的水,混有体积比0.25%的表面活性剂,以复制植保产品的特性。无人机喷洒测试液体到水敏纸上,根据其各自喷洒宽度,以评估水滴的大小、数量和覆盖范围,并使用了DropletScan系统对结果进行分析。


大幅减少漂移的办法

经过20次的重复和结果分析,实验非常清楚的表明:只需选择正确的喷嘴,就可以显著减少漂移。这证实了团队最初的假想,中粗型喷嘴的漂移最少。最终实验结果强调了为了减少细微液滴的漂移,喷嘴的选择是多么的重要,因为无人机上的螺旋桨会向下和向外推细小的液滴。Dan Martin博士补充说,“在实验中,我测量到的风速是15.5米/秒,无人机在3米的高度盘旋。虽然这会影响到漂移,但我们正在研究这样做的一个好处,可能会帮助渗透,使水滴移动到树冠和树叶下。”

研究团队指出,许多植保无人机配备了TR80 005喷嘴,这会造成严重的漂移;而在亚洲,因为喷嘴而造成的漂移问题很明显。无论喷嘴安装在螺旋桨下方还是吊杆上,所在位置都不一定能决定无人机的有效喷洒宽度。然而,从精细喷嘴切换到中型喷嘴,将缩小喷洒范围。虽然研究团队目前还无法有效测试出喷嘴位置对漂移的影响,但他们推测,喷嘴位置对漂移的影响不会像喷嘴的粗细那样大。

通过实验,研究人员确定了最佳的喷洒高度,3米。他们发现这是无人机喷洒作业的“甜蜜高度”。首先,无人机需要在视线所及范围内操作;即使是在高低起伏的地形,3米的高度,也能让无人机保持在视线范围内,而不会消失在低洼中。同时,高于头部高度,有助于避开任何障碍物。其次,从喷洒精度来看,在3米的高度,所选定的喷嘴实现了最佳的喷洒宽度和覆盖范围。喷雾在螺旋桨下有充足的时间,有助于降低漂移的风险。

实验中,不同型号无人机的有效喷洒宽度在3.6米到9米不等;如果喷嘴很精细,这个宽度扩大到7.5米到9.0米,反之,较粗的喷嘴将减小喷洒宽度。

HSE V6A:3.0米至4.5米
HSE M6E-1:6.0米
大疆Agras MG1:9.0米
HSE V6A Pro:7.6米至9.0米
HSE V8A Pro:9.0米

飞行速度是在做校准时要考虑的一个重要因素,虽然受到无人机能力的限制,但速度也会影响喷洒速率和覆盖范围。研究人员以4种速度操作无人机,并相应地校准喷雾器。实际上,速度和高度对有效喷洒宽度的影响很小,而最重要的参数是喷嘴和飞机的尺寸和功率。

比如,实验中,虽然7米/秒的速度确实为HSE V6A型无人机提供了最大的喷洒宽度,但它与其他3个速度在统计意义上没有本质不同。虽然3米/秒是大疆Agras MG1的最佳速度,但它与其他速度在统计上也没有什么不同。更快的速度可提高生产率,但必须要满足农化药剂标签上的散布率。

最后,研究团队对植保无人机的作业建议是:选择合适的从中到粗的喷嘴以减少农药漂移;大型无人机提供更大的工作宽度;喷嘴位置不一定会影响飞防表现;最佳喷洒高度为作物上方2米至3米处。

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