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摘要：無人機噴霧雖然安全性高、適用性強、對作物損傷小，但仍存在飄移問題。靜電噴霧技術飄移損失小、霧滴尺寸均勻、有較好的分布均勻性，尤其在葉片背面的沉積效果好。基于此，本文分析了無人機靜電噴霧的優勢，從單旋翼與多旋翼的角度闡述了在無人機靜電噴霧技術上開展研究中取得的進展，并對相關研究進行了探討，指出了目前無人機靜電噴霧存在的問題，提出了無人機靜電噴霧技術未來可能的發展趨勢及建議。

關鍵詞：無人機；靜電噴霧；沉積量；飄移

目前我國主要以地面噴灑為主，但由于地面噴灑容易受到地形等條件的制約，且易受到作物長勢的影響，因此，近年來我國航空植保技術得到了重視，發展迅猛。無人機噴霧技術適合中、小型地塊病蟲草害防治，適應于各種地形，操作簡單安全，且飛行速度低，多旋翼無人機亦可以在任意高度懸停，從而減少農藥的飄移。但無人機載藥量少，且受風的影響較大。有人駕駛的固定翼飛機則適用于大地塊，快速高效。但由于距離地面較遠，容易產生飄移，沉積效果差。我國大多是以小地塊為主，因此無人機植保的使用更適合我國國情。靜電噴霧技術可以增加分布均勻性，提高沉積效果。無人機噴霧技術與靜電噴霧技術相結合能夠彌補無人機噴霧的缺點和不足，減少飄移，有效提高帶電霧滴沉積效果。

1無人機噴霧技術研究現狀

無人機噴霧中通過調整噴頭的安裝位置、應用航空專用噴頭、配合定位系統、應用先進的理論依據與方法等都能在一定程度上增加藥液沉積效果，減少飄移損失。但是單純的無人機噴霧與有人駕駛的固定翼植保飛機配合靜電技術相比，還存在飄移、沉積量低等不足之處。以下幾位學者都沒有對旋翼的個數對霧滴沉積效果、霧化程度及飄移程度的影響進行研究。旋翼個數不同，噴頭安裝的最佳位置也就不同，形成的噴施效果也會有所不同。

1.1單旋翼無人機噴霧技術研究現狀

2009年，Huang等[1]開發了低容量配合全自主的無人機噴霧系統，并應用在特殊的小地塊中，取得了較好的成果。2014年，宋堅利等[2]公開了一種可以增強霧化效果，增加沉積量，大大提高藥液利用率的噴霧系統。2016年，王森[3]對無人機垂直風場進行了研究，并根據所得結論選取航空專用噴頭，隨后研究冠層高度不同時沉積變化情況及飛機氣流對霧滴在作物間穿透性沉積的影響，并對其進行了室內特性試驗研究。結果表明：機翼下方小于機翼直徑的范圍內氣流較為穩定，適合安裝噴頭。2016年，陳盛德等[4]以無人機配合北斗定位系統繪制作業軌跡，得出了霧滴沉積效果分布與飄移情況。2017年，王瀟楠等[5]建立了霧滴飄移收集測試平臺，研究在一定的速度和高度時無人機霧滴飄移情況。結果表明：霧滴飄移主要受側風風速影響，在作業時至少要留出15m的安全區。

1.2多旋翼無人機噴霧技術研究現狀

近年來，我國學者針對多旋翼無人機進行了研究，并取得了一定成果。2006年，秦維彩等[6]通過Box-Benhnken發現飛行高度對沉積量的影響最為嚴重，其次為飛行速度和噴頭流量。2016～2017年，王玲等[7]通過改變壓力和噴藥量設計出了脈寬調制變量噴藥系統，試驗結果表明：風速對霧滴沉積影響最大，隨著風速的增加霧滴沉積量逐漸遠離噴頭，且飄移量逐漸降低。2018年，劉道奇、余永昌等[8]針對3W16-10型8軸16旋翼植保無人機，建立了噴霧參數與霧滴均勻性關系模型，并通過單因素試驗和響應曲面法優化得到了最佳作業參數。同年，楊風波、薛新宇等[9]研究了霧滴受無人機懸停下洗流影響的運動規律，結果表明：霧滴水平方向的分速度、噴幅都與霧滴粒徑成反比；豎直方向的分速度與霧滴粒徑成正比，且霧滴主要分布在引入區和導出區。

2有人機靜電噴霧技術研究現狀

2.1國外有人機靜電噴霧技術現狀

航空靜電噴霧技術是一項新興技術，它將航空噴霧技術與靜電噴霧技術結合起來，解決了飛機在航空作業時，飛機速度快帶來的霧滴容易飄失的問題，同時還提高了作業效率和藥液利用率。目前美國已經在航空靜電噴霧技術上具有很高的造詣，也已經具備非常完善的靜電噴霧系統。Carlton早在1966年就對航空靜電噴霧技術進行了研究，在1999年時發現了霧滴的粒徑大小、充電電壓和噴霧壓力都是影響噴霧性能的最直接因素。2001年，Kirk、Hoffman以及Carlton進行了棉花噴霧對比試驗[10]。結果表明，在作物葉片的正面，采用航空靜電噴霧法與傳統航空噴霧法所得到的覆蓋率并沒有很大的區別，但是在葉片的反面，航空靜電噴霧所得到的效果更明顯，在霧滴附著率方面航空靜電噴霧法比普通方法的附著時間更長，而且藥效持久度也更好。然而航空靜電噴霧技術成本也更高，所以航空靜電噴霧技術也因此受到了限制[11]。

2.2國內有人機靜電噴霧技術現狀

20世紀我國通過相關試驗，最終證實了農業靜電噴霧技術對作物的病蟲草害的防治有很大的作用。隨后，我國的一些學者也取得了豐碩的成果。2011年，茹煜等[11]人通過自制的噴霧系統進行試驗后發現，航空靜電噴霧技術與常規的噴霧技術相比，霧滴飄移現象明顯變少，防治害蟲效果也更顯著。可是，推廣航空靜電噴霧技術的道路上，又因為其感應環電極荷電效果不好，容易產生尖端放電現象，使航空靜電噴霧技術不能夠推廣和應用。2014年，劉鵬[12]基于Y5B常規噴嘴設計了一種網狀圓錐感應環的新型航空靜電噴頭，實現了提高霧滴分布均勻性、提高沉積量、減少飄移的效果。2017年，李宇飛[13]結合人工神經網絡的BP模型對荷質比對航空靜電噴霧的影響進行了試驗研究，發現電壓和噴頭流量是影響荷質比的關鍵性因素。2018年，趙明明[14]結合CFD仿真技術和高速攝像技術對霧滴沉積的運動軌跡進行了研究，發現隨著電壓的增加，霧滴運動軌跡的偏轉先增大后減小，且帶靜電比不帶靜電時沉積效果好。目前，我國航空靜電噴霧技術還存在以下問題：飄移和靜電霧化性較差；在靜電噴頭與藥液接觸時，電極在絕緣和防水防護方面還很欠缺，容易造成漏電現象；傳統的航空靜電噴霧技術主要以有人駕駛的固定翼飛機為主，其靈活性較差，而輕便已操作的無人機更適應我國多樣化的地理環境。因此，無人機噴霧技術與航空靜電噴霧技術的結合，可大大改進傳統航空靜電噴霧的缺點和不足。

3無人機靜電噴霧技術研究現狀

3.1單旋翼無人機靜電噴霧研究現狀

2014年，Giles等[15]針對無人機上噴頭與靜電釋放位置進行了研究，并在California價值較高作物上進行作業試驗，取得了較好的效果。為了取得更加有效的航空植保噴藥效果，2015～2016年，茹煜、金蘭等[16-17]發現靜電噴霧可以使沉積量顯著提升，同時可相應提高靶標上、中、下層的霧滴覆蓋率，無人機噴霧上加載靜電技術后更能提升藥液的利用率，減少藥液的使用量，省藥省水。但是該試驗并沒有從無人機飛行條件、噴頭的荷電量及噴頭的結構等方面對噴施效果的影響進行研究。2017年，蔡彥倫[18]開發出可以實現靜電與非靜電噴霧相切換的新型接觸式靜電噴霧系統，發現荷質比與電壓呈正相關，且在25kV后趨于穩定；荷質比與噴霧壓力呈負相關，仿真和試驗結果基本一致。在靜電噴霧條件下，沉積量與高度呈負相關，但隨著高度的增加，沉積均勻性卻不會受到影響。2018年，王士林、何雄奎等[19]設計了雙極性接觸式航空機載靜電噴霧系統，發現油劑溶液時，電壓和極性對其影響較為顯著且沉積分布均勻性好。

3.2多旋翼無人機靜電噴霧研究現狀

2016年，廉琦[20]設計與無人機相配套的可提高沉積密度靜電噴霧系統，對不同噴頭的性能進行了比對，構建荷電量數學模型，找出影響荷電量的主要因素，并進行室內試驗。該系統相比于非靜電噴霧，其沉積密度得到了很大程度上的提高。2017年，田源、鄒凡等[21]為植保噴霧低量化提供了思路,通過靜電離心的霧化裝置，減小霧滴粒徑。目前，將靜電與離心兩種方法相結合應用于無人機植保上還很少見，這在未來可能會成為一個熱點問題。

4問題及建議

1）問題。基于環境參數、靶標參數和作業參數的荷電霧滴沉積及影響情況尚不明確且研究相對缺乏，已有的研究都集中在試驗測試與定性分析階段；荷電后帶電霧滴滯留在葉片上的時間相對較短，電量消失速度很快；系統絕緣性較差，使用接觸式充電方式的情況較少。2）建議。研究環境參數、靶標參數和作業參數對霧滴沉積效果的影響，增強無人機靜電噴霧的適用性；適當增大荷電量，在不同條件下探索合適的荷電電壓；增強系統絕緣性，探索接觸式充電方式下藥液沉積情況；將靜電與離心兩種方式相結合，并優化其霧化裝置；在藥液中添加不同的無毒金屬粒子，并研究其沉積效果。

5結語

綜上所述，采用航空植保專用靜電噴頭，可降低飄移損失；將無人機噴霧與靜電噴霧技術相結合，既可以在不同條件下進行噴藥，又可以提高農藥在靶標作物上的沉積效果；采用航空植保專用的藥劑（加入抗飄移劑）可增加藥液粘度、降低飄移損失；多旋翼無人機雖然成本較單旋翼低，單其抗風能力差，不穩定，作業能力也較差；而多旋翼無人機則與之相反。

作者：孫舒儀 胡軍 李宇飛 沙龍 于海洋 單位：黑龍江八一農墾大學工程學院