无人机喷洒农药在田间病虫害防治作业中已经逐渐推广起来。相比于传统植保机械,利用无人机进行喷雾作业有很多的优势。例如,利用地面喷雾机在果树林间进行作业时,将会面临地形限制、果树密植等问题,造成作业效率低下、病虫害防治效果差等。近年,各国研究者就无人机在果树病虫害防治方面已经做了很多的研究。其中很多以无人机作业参数和机体结构设计对雾滴在果树冠层沉积效果的影响为研究重点。关于无人机旋翼下洗气流场的研究,往往只针对无人机旋翼气流场的分布进行数值模拟研究。或者采用多孔介质来替代作物冠层进行模拟,分析存在果树冠层情况下的气流场分布特征。由于多孔介质在外形结构上与真实树体存在很大的差异,因此模拟分析的结果往往缺乏可靠性。本文在掌握无人机植保研究现状的基础上,建立了较大程度反映真实桃树三维模型,展开了对于存在果树冠层情况下的无人机旋翼气流场分布特征的研究。最后针对雾滴在果树冠层的穿透性,通过开展田间试验,分析各影响因素对无人机喷雾雾滴在果树冠层穿透性的影响程度大小。本文的主要内容如下:本论文开篇阐述了我国当前病虫害防治、国内外无人机植保的应用现状及无人机喷洒雾滴方面的研究,提出了本文的研究内容。即在存在果树冠层情况下的无人机旋翼气流场分布特征和通过田间试验分析作业高度、作业速度和喷头流量对喷雾雾滴在果树冠层间穿透性的影响。表明本文研究内容具有一定的实际意义和价值。本文第二章先后介绍了计算流体动力学的基本理论和仿真模拟的计算过程,包括控制方程、离散化方法、湍流模型、滑移网格技术、边界条件的选择设置及算法选择等。结合模拟无人机旋翼旋转产生气流场的实际情况,为本文的模拟仿真过程设置合适的条件和参数。第三章首先介绍了目前常用的三维树体建模方法,分析总结了各方法的优劣,提出了本文所采用的三维树体建模方法。本文利用VBA编程语言调控Auto CAD制图软件生成树体各部分结构。这种建模方法简单、生成模型效率高,可以较为真实的还原树体真实的结构特征。为之后的仿真模拟提供较优的树体模型。第四章首先介绍了试验选用的大疆T16植保无人机的主要结构参数,强调了大疆T16无人机特殊的旋翼旋转方向。以第二章中的流体动力学理论为基础,使用ANASY ICEM CFD网格划分和FLUENT仿真模拟软件,将第三章建立的三维桃树模型带入到无人机旋翼流场中进行模拟仿真,无人机旋翼分别距离桃树顶端1.5m、2m、2.5m位置。计算完成后分别截取桃树冠层距离地面2.3m、1.5m、0.8m水平面上的垂直方向风速云图,再选择这三个平面上的X轴线,将在FLUENT中的这三条轴线的X-YPlot参数导入Tecplot中进行后处理,得到这三个水平面上沿着X轴线方向的垂直方向速度曲线图。根据垂直方向速度曲线图可知,当无人机悬停高度为4.3m时,在桃树冠层2.3m平面上的X轴线上的最大垂直风速为11.9m/s;在桃树冠层1.5m平面上的X轴线上的最大垂直风速为6.1m/s;在桃树冠层0.8m平面上的X轴线上的最大垂直风速为2.9m/s。最后通过风场试验,得到以上各平面沿着X轴线方向的垂直风速值表。与仿真模拟结果进行比较,在X为-1.5m到-1m范围内,数值模拟结果略大于测试结果,但速度差值不超过0.5m/s。因而验证模拟结果可以反映真实流场垂直方向风速。第五章主要通过田间试验研究分析了各因素各水平条件下雾滴在果树冠层间的穿透性。采用正交试验的方法设置了9组不同水平条件下无人机作业速度、作业高度和喷头流量三个因素的实验组。依据公式计算得到各组的雾滴穿透性。结合雾滴沉积密度极差分析和雾滴穿透性极差分析结果显示,实验组2号即喷头流量为0.3L/min、作业高度为2m、作业速度为4m/s、雾滴穿透性为24.67%与实验组8号喷头流量为0.5L/min、作业高度为2m、作业速度为3m/s、雾滴穿透性为21.5%,这两组的雾滴穿透性值较小,穿透性较好。并且上中下三层的雾滴沉积密度也较理想。这两组较优作业方案,为当地今后的桃树无人机植保作业提供参考。