航空施药风驱式雾化器机械效率测量系统研发与试验

作     者：李根 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵春江

授予年度：2022年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：航空施药 雾化系统 机械效率 测量系统 风驱式雾化器 

摘      要：农业航空施药具有作业效率高、地形适应性好、可控制能力强等特点,其特性弥补了传统的施药器械和人工施药的短板。最近在植保领域中迅猛发展。植保有人机在进行航空喷洒作业时,距离靶向施药区域的距离较远,喷雾雾滴的粒径大小是雾滴飘移和雾滴沉积的重要影响因素,而药液破碎到一定程度成为最终落到靶标上的雾滴,其消耗的能量是雾化器施加的。雾滴破碎所消耗能量与雾化器及航空器有着必然的联系。雾滴破碎到一定体积大小消耗的能量是固定的,但施加破碎能量的雾化器若产生的能耗过大,势必会造成能量的损耗和浪费,影响飞行器的续航和使用效率,造成不必要的能源浪费和污染,最终影响施药作业效果。为了探究药液破碎到可应用雾滴粒径大小时的雾化器机械效率问题,本论文针对植保有人机开展航空施药风驱式雾化器机械效率测量系统的研究与设计。本论文研究的试验及其作业如下:(1)对雾滴的破碎能量进行理论分析并且对雾滴的破碎机理进行了研究,对农业航空施药作业过程中喷雾环节的雾化方式方法进行了具体的研究分析,根据航空施药飞行速度快、流量大等特点,结合机械效率测量要求确定了农业航空施药风驱式雾化器机械效率测量系统的总体设计方案和系统组成。(2)完成了航空施药风驱式雾化器机械效率测量系统的设计,其中包含试验设备的采购和选择、电子元器件的选型及其SOB(板载系统)中电路的绘制与设计、SOB板中软件程序代码的编写以及软件程序中参数的整定。选择了AU5000旋转雾化器作为本试验的风驱式雾化器,并且对其进行了介绍,保证本试验的施药作业能够完全进行。完成了农业航空施药风驱式雾化器机械效率测量系统硬件电路的设计,通过AD20软件完成了SOB的独立设计,将内置外设集成在一个板子上,通过Solidworks为板载系统设计外壳防止药液腐蚀控制板造成短路,基于RS-485的协议完成了传感器的数据收发,通过Keil5完成了系统控制程序的编写。(3)完成了农业航空施药风驱式雾化器机械效率测量系统的机械效率测量经验公式模型。在北京市农林科学院的小汤山农业示范基地内部的航空施药作业试验室中,利用IEA-1型高速风洞搭建航空施药风驱式雾化器机械效率测量试验平台,通过AU5000风驱式转笼离心雾化器为施药作业设备进行了若干组变量控制重复试验,分析作业风速、施药流量、雾化器设备参数(桨叶角度)以及牵引力以及雾滴谱参数之间的相关关系。(4)完成了航空施药风驱式雾化器机械效率测量系统的搭建,对试验方法和试验的流程进行了具体的设计规划,并把试验的结果进行了阐述和分析。试验的分析分为雾化特性分析和机械效率分析。