精装农业航空作业装置及应用

　　《精准农业航空技术》丛书是一套系统介绍精准农业航空遥感技术、施药技术、作业装置及应用的理论研究和实践应用的学术专著，由《精准农业航空遥感技术》《精准农业航空施药技术》《精准农业航空作业装置及应用》3个分册组成。丛书是国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心主任和首席科学家兰玉彬教授及其团队从事精准农业航空学术研究、技术研发和应用实践20多年的成果总结。图书内容具有首创性，丛书的出版对实施“乡村振兴”战略、推动我国发展农业现代化、确保国家粮食安全、推进中国“智”造具有重大的意义。《精准农业航空作业装置及应用》介绍了农用无人机喷头、农用无人机静电喷雾系统、农用无人机作业效果室内检测平台、农用无人机风场特性检测装置、农用无人机风幕式防飘移装置，论述了与农用无人机授粉技术、农用无人机撒播技术、多旋翼农用无人机能源载荷匹配技术、农用无人机避障技术等相关的精准农业航空技术硬件系统和软件系统。

　　兰玉彬，华南农业大学电子工程学院/人工智能学院院长，山东理工大学农业工程与食品科学学院院长，国家特聘专家，国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心主任和首席科学家，国际精准农业航空学会主席。欧洲科学、艺术与人文学院院士，俄罗斯自然科学院外籍院士，格鲁吉亚国家科学院外籍院士。兰玉彬教授长期从事精准农业航空技术的研究，在国际上首次提出了“精准农业航空”理念和技术路线，并率先开展农业航空遥感和精准航空施药相结合的研究和应用工作。主持国家和省部级科研项目11项。发表学术论文300余篇。

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）