航空静电施药技术是农业植保领域中的一种先进植保技术,可以有效改进传统施药技术的缺点与不足。静电作用可以有效提高农药在靶标作物表面的附着率和分布均匀性,减少雾滴飘移。本文研究了航空静电施药技术的基本原理,分析了我国农药利用情况及我国对低施药量、低飘移、高沉积量的精准施药技术和智能施药设备的需求,着重介绍了我国植保无人机施药技术的发展现状,并结合航空施药技术基本原理与我国植保无人机施药技术的不足,提出了一种植保无人机的静电喷雾系统设计方案,设计了一个低压旋流式静电喷嘴,搭建了一个静电喷雾系统雾化效果和荷电效果测试平台,开发了一套植保无人机静电喷雾系统。该静电喷雾系统操作简单、安装灵活、性能稳定、对喷施压力要求较低。目前,已经将该植保无人机静电喷雾系统进行室内雾化和荷电效果试验,并根据室内试验结果,确定该航空静电喷雾系统的最佳作业参数。在最佳作业参数条件下,将此静电喷雾系统搭载到电动多旋翼农用植保无人机上进行室外喷施试验。本文的研究结论如下:(1)课题组设计的旋流式静电喷嘴对喷施压力的要求较低,试验结果表明,旋流式静电喷嘴的最佳喷施压力为170kPa,最佳电极电压为8kV,最佳电极材料为紫铜,最佳喷孔直径为1.0mm;在上述最佳作业参数条件下,旋流式静电喷嘴雾化的雾滴的体积中径为129.12μm,荷质比为0.22mC/kg。(2)在室内作业环境条件下,当静电作用关闭时,单静电喷嘴在距靶标1.2m条件下的有效喷幅为0.75m,当静电作用开启后,静电喷嘴的有效喷幅增加了约0.5m,有效喷幅约为1.25m;在3个采样层的雾滴沉积密度依次增加了23个/cm~2、19个/cm~2、10个/cm~2;在喷嘴雾化的所有雾滴中,粒径在50-120μm区间内的雾滴受静电作用影响最大,静电作用开启后,此区间段内的雾滴沉积数量增加了约2倍,当雾滴粒径大于120μm时,雾滴沉积密度随雾滴粒径的增大呈下降趋势;沉积的雾滴主要是粒径在180μm以下的雾滴,因此适合最佳生物粒径为180μm及180μm以下的作物。(3)在室外条件下,以仿真植物为沉积靶标,对植保无人机静电喷雾系统进行了室外沉积试验,探究植保无人机作业高度与静电作用对植保无人机静电喷雾系统作业效果的影响规律,试验结果表明:在室外作业环境条件下,当植保无人机作业高度为1m和2m时,静电喷雾系统的有效喷幅为4m,当无人机作业高度为3m时,静电喷雾系统的有效喷幅为5m;静电作用对喷雾系统的喷幅宽度影响不显著。在3个植保无人机作业高度中,当植保无人机作业高度为2m时,植保无人机静电喷雾系统的作业效果最好,雾滴在上中下3个采样层的沉积量分别为0.2982μg/cm~2、0.0812μg/cm~2和0.035μg/cm~2(静电作用开启)。相比于静电作用未开启时,静电作用开启后,雾滴在三个采样层上的沉积量均增加,且分别增加了26.1%,18.2%和3.6%,雾滴穿透性增强。(4)雾滴飘移率随植保无人机作业高度的增加呈增加趋势,且随飘移距离的增加,雾滴飘移率增加趋势降低;当植保无人机作业高度由1m增加至3m时,雾滴飘移率分别增加了89.0%、10.9%,71.9%、17.6%。静电作用开启后,在1m、2m和3m3个作业高度条件下,雾滴的飘移率分别减少了16.0%、23.5%和18.9%。(5)随着植保无人机作业高度的增加,雾滴粒径减小,在非静电和静电2个作业条件下,当植保无人机作业高度由1m增加至3m,雾滴粒径分别减小了16.27%、3.04%,6.70%、14.07%。与非静电作业条件相比,静电作用开启后,在3个作业高度条件下,沉积到上层采样点的雾滴的体积中径分别减小了14.22%、4.42%、15.28%;在1m作业高度条件下,静电作用开启后,沉积到上中下3个采样层上的雾滴体积中径分别减小了14.22%、13.27%、10.18%。