慧飞学堂:喷嘴对于飞防作业效果的重要影响

植保

更新日期:2018-09-14来源:慧飞原创作者:慧飞总部 程忠义
无人机飞防植保最终作业效果由多种因素构成,有可控的因素例如作业参数、植保机本身的性能,也有不可控的因素例如风速与风向。飞防植保作业人员往往对于无人机本身的性能与参数给予了较大关注,而对于直接关系到喷洒质量的喷嘴却往往选择性漠视。喷嘴只是喷洒系统当中一个小小的部件,对于喷洒质量却至关重要。我在慧飞学堂:浅谈植保新手作业时的正确观念中明确提到过,只有使自身变得专业才能保障作业效果,才能获得农户的信任。喷嘴是无人机飞防作业过程中绕不开的话题,是每一个飞防人都应该掌握的基础知识。为更好的理解本文内容,欢迎点击上一期的文章慧飞学堂 | 植保无人机喷头基础知识提前对喷嘴进行了解。

一、多旋翼植保无人机喷头布局与基本作业参数形成


一切都要从喷嘴的特性开始,我们知道大疆MG系列植保无人机是压力式喷洒系统,标配采用XR11001VS系列喷嘴,下文内容也将以此作为分析的前提。

1、传统的植保机械

以扇形喷头为例,传统的地面植保机械通过采用多组相隔一定距离的喷嘴,形成相互重叠且喷洒较为均匀的雾场。这是因为扇形喷嘴中心部分流量最多,并向边部逐渐减少。合理设置喷杆高度与喷嘴间距后,通过相邻喷头的部分重叠,即可获得均匀一致的喷洒分布。

合理喷头间距与高度下的喷洒情况


自走式植保机械喷洒情况

下图是自走式植保机械的模拟雾场,下方是收集实际喷洒量的容器,请观察红色箭头所指水线,实际喷洒量可做到基本均匀一致。


模拟雾场喷洒实验

2、多旋翼植保无人机喷头布局方案

早期的多旋翼植保无人机多直接借鉴单旋翼植保无人机的单杆喷头均匀分布方式,单旋翼植保无人机具有单一风场的特点,所以可以在使用类似于地面植保机械的布局方式时保障作业效果。但是,多旋翼植保无人机具有多个转向相反的风场,以往的喷头分布方式会导致雾场混乱的情况,甚至药液会被气流吸入到电机与螺旋桨。早期的植保无人机电机多采用开放式电机结构,最终结果是电机往往因为进入药液而导致损坏,从而使植保无人机寿命较短,实用价值有限。

开放外壳电机与封闭外壳电机的差别

在2016年甚至还有某些植保无人机产品的横杆比机身长一倍的情况,边上的两个喷头根本不在多旋翼无人机的有效风场位置。在无人机的发展历史上,总是存在一些野蛮生长的情况,这些都属于植保无人机发展历史上的插曲吧。
为了有效利用多旋翼植保无人机的下压风场而不至于产生雾场紊乱,将喷头安置于电机与螺旋桨下方成为更可靠有效的的设计,大疆MG系列三款植保无人机正是采用这样的喷头布局。


喷头位于电机下方的布局方式

3、作业参数的形成

传统的地面自走式植保机械喷头与作物的距离一般在50-75cm之间,而多旋翼植保无人机则不能在这样的高度下作业。一是因为植保无人机属于飞行器,与地面高度过低将导致飞行十分不安全;二是因为植保无人机两个喷头之间的间距远比地面自走式植保机械更大。高度过低将导致两个喷头雾场不能形成有效重合,而这就造成了漏喷。


高度过低雾场没有重叠导致漏喷发生

以MG-1P为例,同侧喷头相邻距离达到1.3米远大于地面自走式植保机械的50-75cm,所以植保无人机必须在一定高度以上进行作业。以下图为例,当MG-1P在2米高度静态进行喷洒时,两侧喷头雾场重合喷洒均匀;而当MG-1P在1米高度静态喷洒时,两侧喷头雾场未能重合,产生漏喷。


2米高度喷洒 (左图) 1米高度喷洒(右图)                


二、喷嘴与飘移蒸发问题之间的联系


药液飞行飘移是农药雾滴飞离飞防靶标的过程,最小雾滴飘移的距离可长达数千米,不仅造成了农药的浪费降低了作业效果,更有可能造成经济纠纷与损失。蒸发是雾滴由液体蒸发为气体的过程,它直接减少了药液的有效利用率。

1、飘移与蒸发的影响因素

影响药液飘移与蒸发的主要因素有:

  • 雾滴直径尺寸:雾滴尺寸越小更容易产生飘移,直径小于150微米的雾滴最容易产生飘移;
  • 风速:风速越大,越容易产生飘移;
  • 喷嘴与作物之间的距离:距离越远越容易产生飘移与蒸发;
  • 温度:温度越高,雾滴越容易产生蒸发。

离心喷头相对于压力喷头,离心喷头产生雾滴的飘移性更大。

从以上分析可以看出,在外界因素确定的情况下,雾滴尺寸是引起飘移问题最主要的原因。雾滴越小,顺风飘移就越远,飘移的风险性就越大。小雾滴由于质量轻,到达作物靶标的时间更长,飘移最为严重。实验表明,由于蒸发,100微米的雾滴在25℃、相对湿度30%的气象条件下,移动75cm后雾滴直径会减少一半。


 雾滴落地时间(左图)雾滴飘移距离(右图)      
                               

2、多旋翼植保无人机的飘移与蒸发特性

植保无人机相对于地面植保机械1.雾滴尺寸更小,自走式植保机械多采用3号喷嘴,而植保无人机常用1-1.5号喷嘴;2.喷嘴与作物之间的距离更远,自走式植保机械喷嘴与作物之间的距离主要在75cm以内,而植保无人机喷嘴与作物之间的距离则在1.5米以上。所以,多旋翼植保无人机相对于地面植保机械飘移与蒸发问题更为严重。



不同型号喷嘴在不同压力下的雾滴尺寸情况

3、雾滴直径的博弈

雾滴尺寸较小直接导致飘移与蒸发问题加剧,而单从植保作业效果本身来说,则更希望雾滴能够更细以使药液覆盖的面积更大从而获得良好的飞防植保作业效果。所以各种作业器具的设计与作业参数往往都是飘移与喷洒覆盖面积之间的有效平衡,最终实现良好的喷洒效果。


雾滴越细同样药量下覆盖面积更大


雾滴尺寸与作业质量的关系

4、不同类型作业对雾滴直径的需求

  • 当覆盖非常重要时,如在一些苗后触杀性的喷洒应用中,应使用小雾滴,以获得良好的覆盖;
  • 喷洒触杀性和内吸性除草剂、苗前封闭除草剂、杀虫剂和杀菌剂时,最常用的是中等直径雾滴;
  • 喷洒某些内吸性除草剂时,可使用大雾滴,以最大限度地防止雾滴飘移量。
也就是说,喷嘴的使用从来不是一成不变,而是根据作业的实际情况进行调整以达到最佳的作业效果。而在植保飞手缺乏对喷嘴认识的情况下,往往是一套喷头打天下。这里举一个极端的例子,例如以细雾滴打灭生性除草剂在2级自然风情况下将有可能带来远达数十米的飘移药害,这就属于对于自身所用工具、农药特性的极大不熟悉而造成的作业事故。



灭生性除草剂茎叶处理飘移药害


三、植保无人机飞防作业方案优化


1、高杆作物及密集作物

在作业诸如玉米、高粱、葵花等高杆作物时,可使用XR110015VS喷嘴进行作业,可以获得较好的雾滴穿透性使作物中下层能够接受到药物,从而提高作业效果。

2、除草作业

除草剂分为封闭除草与茎叶除草,从减少飘移量降低作业风险角度考虑应使用中等雾滴进行作业,茎叶处理剂应在不增加有效成分的前提下增加亩用药量。

3、环境风力

在自然风较为频繁区域,可适当提高雾滴直径减少飞防作业飘移量,保障作业效果。

4、作业高度

作业高度建议选择在1.8-2.5米之间,在保证不产生漏喷、不压倒作物的的前提下尽量降低作业高度,以减小飘移影响

5、作业速度

一昧地提高飞行速度会导致风向反向,在植保无人机后方形成漩涡并卷起小雾滴,加剧雾滴的飘移与蒸发问题。所以植保无人机作业速度应控制在3-6米/秒范围,并根据用药量以及病虫害的危害程度做适当调整。

四、总结

今年无人机飞防进入发展爆发期,各地的植保无人机销售量相对于去年同期都获得了较大增长,也就有更多的新人加入到这个行业,所以对于植保无人机操作手的知识普及也就显得极为重要。植保无人机飞防作业永远围绕着作业效果进行调整、改进与提升,每个合格的植保队长一定要在作业间隙加紧自我学习,充实自身理论知识。最终实现提升植保团队竞争力、提高作业效益、获得持续发展的良性目标,用自身的实力来迎接无人机飞防的爆发式增长!


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