精装农业航空作业装置及应用

第一章 绪论

第一节 精准农业航空技术概述 / 004

第二节 农用无人机装置研究背景 / 005

第二章 农用无人机喷头的研制与应用

第一节 农用无人机喷头施药技术发展 / 011

第二节 农用无人机变量施药部件国内外研究现状 / 012

一、变量施药部件国内研究现状 / 012

二、变量施药部件国外研究现状 / 014

第三节 基于磁流变液的农用喷头技术研究 / 015

一、磁流变液简介 / 015

二、磁流变液国内外研究现状 / 015

三、磁流变液的磁化特性 / 016

四、磁流变液喷头设计理论基础 / 018

第四节 传统液力式喷头喷施试验及分析 / 019

一、室内液力式喷头试验 / 020

二、田间液力式喷头试验 / 025

三、液力式喷头应用分析 / 037

第五节 基于磁流变液的变量喷头研发 / 038

一、喷头机械的结构设计 / 038

二、磁场数值分析 / 041

三、线圈磁场仿真模拟 / 044

四、线圈参数的确定 / 047

第六节 基于磁流变液的变量喷头研发的室内测试 / 049

一、磁流变液变量喷头流量特性 / 049

二、磁流变液喷头雾滴粒径特性测试 / 052

三、线圈电压对喷头雾滴粒径的影响 / 055

第七节 基于磁流变液的变量喷头研发的室外测试 / 057

一、试验材料 / 057

二、试验方法 / 059

三、试验结果 / 060

第三章 农用无人机静电喷雾系统的研制与应用

第一节 静电喷雾技术理论研究 / 067

一、静电喷雾技术简介 / 067

二、雾滴荷电理论 / 067

三、静电喷雾系统理论分析 / 082

第二节 国内外静电喷雾技术研究现状 / 088

一、国内静电喷雾技术的研究现状 / 088

二、国外静电喷雾技术的研究现状 / 091

第三节 农用无人机静电喷雾系统的设计 / 094

一、旋流式静电喷嘴结构设计 / 094

二、旋流静电喷嘴电极和电极座设计 / 096

三、高压静电连接方式 / 097

四、农用无人机静电喷雾系统设计 / 098

第四节 农用无人机旋流式静电喷雾系统的测试 / 098

一、旋流式静电喷嘴雾化性能测试试验 / 098

二、旋流静电喷嘴荷电效果测试试验 / 102

三、旋流静电喷嘴沉积效果试验 / 105

四、静电喷雾系统的室外作业效果试验研究 / 108

第五节 基于空中回路的农用无人机航空静电喷雾试验台构建 / 112

一、航空静电喷雾系统的基本组成 / 112

二、高压静电发生器 / 113

三、时间继电器与开关控制电路 / 115

四、水箱的选择 / 116

第六节 基于空中回路的农用无人机航空静电喷雾理论研究 / 117

一、空中回路航空静电喷雾静电学物理模型 / 117

二、理论验证试验 / 118

三、荷电雾滴轨迹探究试验 / 124

第四章 农用无人机作业效果室内检测平台搭建

第一节 农用无人机作业效果影响因素及检测方法 / 131

一、雾滴粒径 / 131

二、农用无人机航空喷施雾滴飘移影响因素分析 / 133

三、雾滴粒径检测方法 / 136

第二节　室内雾滴沉积效果试验平台的搭建和试验 / 140

一、雾滴沉积效果试验平台机械结构设计 / 140

二、雾滴沉积效果试验平台机械控制系统设计 / 150

三、雾滴沉积效果试验方案设计 / 162

四、室内外雾滴沉积效果试验极差分析 / 204

第三节　风洞风速及雾滴粒径对喷嘴雾滴飘移的影响 / 212

一、材料与方法 / 212

二、试验设计 / 215

三、结果与分析 / 218

第四节 风洞条件下风速及雾滴粒径对农用无人机雾滴飘移的影响 / 225

一、材料与方法 / 225

二、试验设计 / 227

三、结果与分析 / 230

第五章 基于风洞平台的无人机作业参数检测试验研究

第一节 风洞平台试验概述 / 243

第二节 国内外农用无人机风洞试验研究现状 / 243

一、国外农用无人机风洞试验研究现状 / 243

二、国内农用无人机风洞试验研究现状 / 244

第三节 两种类型喷头的风洞试验雾滴沉积效果 / 246

一、两种类型喷头的数值模拟仿真 / 246

二、两种类型喷头的风洞试验及与模拟结果的对比分析 / 269

三、四旋翼无人机数值模拟仿真 / 278

第四节 极飞P20 植保无人机大田试验 / 298

一、试验设计 / 299

二、试验结果及处理 / 301

第六章 农用无人机风场特性检测装置与应用

第一节 机械式测风法 / 309

一、风杯式测风仪 / 309

二、叶轮式测风仪 / 310

第二节 超声波式测风法 / 310

第三节 散热率式测风法 / 311

第四节 光学式测风法 / 312

一、激光多普勒测速 / 312

二、粒子成像测速 / 312

第五节 风压式测风法 / 313

第六节 基于皮托管的风速检测试验设计 / 314

一、风速检测系统总体布局 / 314

二、风速检测系统设计原理 / 315

三、风速检测系统设计目标 / 316

四、风速检测系统数据部分设计 / 316

第七节 基于皮托管的传感器设计与验证 / 319

一、传感器外廓风速干扰对比试验分析 / 319

二、传感器的误差来源分析与修正 / 321

三、传感器的标定试验 / 324

四、低风速测量模型的拟合优化 / 328

五、传感器的一致性检验 / 333

第八节 基于皮托管传感器的两种风场检测试验 / 335

一、无人机旋翼风场对比检测试验 / 335

二、田间风场检测试验 / 337

三、试验结果分析 / 339

第七章 农用无人机风幕式防飘移装置与应用

第一节 气流辅助式防飘移喷雾技术 / 347

一、机械式罩盖喷雾技术 / 347

二、风送式防飘移喷雾技术 / 347

三、风幕式防飘移喷雾技术 / 348

第二节 风幕式防飘移喷雾技术国内外研究现状 / 350

一、风幕式防飘移喷雾技术国内研究现状 / 350

二、风幕式防飘移喷雾技术国外研究现状 / 352

第三节 风幕式防飘移装置设计 / 353

一、风幕布置筒设计 / 353

二、风机选型 / 354

三、风幕装置连接件设计 / 356

四、电机调速器选型 / 360

五、装置零部件加工及装配 / 361

第四节 风幕布置筒的仿真分析 / 362

一、CFD 模拟技术 / 362

二、前处理和求解 / 365

三、后处理及结果分析 / 367

四、风幕布置筒结构优化及仿真分析 / 371

第五节 风幕装置性能试验和田间试验 / 373

一、风幕装置性能试验 / 373

二、田间试验 / 376

第八章 农用无人机授粉技术

第一节 国内外农用无人机水稻授粉技术研究现状 / 392

一、国内农用无人机水稻授粉技术研究现状 / 392

二、国外农用无人机水稻授粉技术研究现状 / 394

第二节 基于高速摄影机捕捉水稻花粉运动轨迹的试验 / 394

一、设置高速摄像机参数 / 396

二、粉笔灰运动图像的获取与处理 / 397

三、试验分析与总结 / 399

第三节 小型风洞试验分析理论环境下的花粉运动趋势 / 399

一、风洞气流特性对花粉的影响 / 399

二、试验方法 / 400

三、试验材料与设备 / 401

四、数据采集 / 402

五、数据分析与处理 / 405

第四节 田间小型无人机水稻花粉分布试验 / 412

一、无人机风场特性分析 / 412

二、花粉运动分析 / 413

三、试验方案设计 / 415

四、数据采集 / 417

五、小型风洞试验与田间小型无人机花粉分布试验简易分析 / 423

第九章　农用无人机撒播技术

第一节　农用无人机撒播技术的发展现状及发展趋势 / 429

一、国内农用无人机撒播技术的发展现状及发展趋势 / 429

二、国外农用无人机撒播技术的发展现状及发展趋势 / 431

第二节　农用无人机撒播装置的研发与设计 / 433

一、装置总体结构的设计 / 433

二、装置关键部件的设计 / 433

三、装置标准件选型 / 440

四、装置控制系统元件选型 / 441

五、装置零部件加工装配 / 443

六、装置工作原理 / 443

第三节　农用无人机撒播装置仿真技术的研发设计 / 445

一、仿真目的及仿真方法步骤 / 445

二、农业颗粒物料的仿真构建 / 445

三、装置运行状态仿真 / 448

四、装置定点撒播仿真 / 457

五、装置移动撒播仿真 / 465

第四节　农用无人机撒播装置研发的验证 / 471

一、试验方案设计 / 471

二、撒播装置移动撒播试验 / 476

第十章　多旋翼农用无人机能源载荷匹配技术

第一节　不同类型农用无人机简介 / 485

第二节　电动多旋翼农用无人机能源载荷匹配技术 / 486

第三节　多旋翼农用无人机能源载荷匹配技术国内外研究现状 / 486

一、多旋翼农用无人机能源载荷匹配技术国外研究现状 / 486

二、多旋翼农用无人机能源载荷匹配技术国内研究现状 / 488

第四节　多旋翼农用无人机能源载荷匹配技术模型构建 / 492

一、定载荷多旋翼农用无人机功率能耗模型的构建 / 492

二、变载荷飞行作业状态能源载荷匹配模型的构建 / 492

第五节　多旋翼农用无人机能源载荷匹配分析 / 493

一、能效最优电机选择 / 493

二、无人机能源载荷匹配优化设计 / 493

第六节　多旋翼农用无人机能源载荷匹配技术试验 / 497

一、能效最优电机选择 / 497

二、多旋翼农用无人机设计软件 / 499

三、无人机能源载荷匹配优化设计 / 500

四、功率能耗试验验证与结果分析 / 502

五、四旋翼无人机电机效率试验 / 510

六、定载荷多旋翼农用无人机耗电量试验 / 513

七、定载荷长航时八旋翼农用无人机续航试验 / 515

第十一章　农用无人机避障技术

第一节　农用无人机避障技术研究背景 / 523

第二节　农用无人机避障技术所涉难点、重点 / 524

一、农田作业环境复杂 / 524

二、农田障碍物类型复杂 / 524

三、作业视场避障分区 / 525

第三节　农用无人机避障技术的应用现状 / 526

一、国外农用无人机避障技术的应用现状 / 526

二、国内农用无人机避障技术的应用现状 / 527

三、农用无人机避障技术的应用 / 529

第四节　农用无人机避障技术的研究方向 / 533

一、多种传感器组合避障形式 / 533

二、实时性主动避障技术 / 533

三、避障辅助系统开发及避障流程标准化 / 533

第十二章　展望

第一节　我国植保无人机现阶段存在的问题 / 541

一、植保无人机相关技术研究滞后 / 541

二、植保无人机相关标准不足 / 542

三、植保无人机监督管理不足 / 543

第二节　植保无人机未来发展趋势分析 / 544

一、市场前景 / 544

二、植保无人机技术发展趋势 / 544

三、植保无人机作业服务模式 / 545

第三节　结语 / 545

（见附件）