变量喷洒喷头的研制是国家863计划项目“变量喷洒低能耗轻小型喷灌机组(项目号：2006AA100211)”主要研究内容之一。变量技术是精确灌溉的关键技术,变量喷头是实现变量技术的途径之一。国内外虽已有大量关于变量喷头的研究,但现有变量喷头往往存在机构复杂,产品可靠性不高等问题。变量喷洒的实现方式也基本上是在原有摇臂式喷头主要结构参数不变的情况下,增加使喷头射程周期性变化的辅助装置,这种喷头普遍存在喷灌均匀性不高的问题。针对这一问题本文提出了使用异形喷嘴来改善变量喷头喷灌均匀性,并设计了一种出口为异形截面的出口可调式变量喷头。使用压力／流量调节机构改变喷头工作压力,使用出口可调装置改变喷头出口面积,通过两因素的同步调节,提高变量喷头的喷灌均匀性。同时本文研究了变量喷头在小坡度坡地上的水量分布特性,研究结果显示,在小坡度坡地上可使用变量喷头改善因地形因素造成的水量分布不均匀的难题。主要研究内容和创新成果有：1.采用喷洒域形状和喷灌均匀性二个参数来评价变量喷头的水力性能。分析了影响喷头射程和喷灌强度的主要因素,测试了PY2系列喷头射程随工作压力、喷嘴出口面积和仰角的变化关系。通过对喷头瞬时喷灌强度的计算可知,调节单个因素改变喷头射程实现变量喷洒时,不同射程处喷灌强度必然会变化,导致喷头喷灌均匀性下降。2.首次设计出适合摇臂式变量喷头的异形喷嘴——星形喷嘴。依据面积相同原则设计了四种形状的异形喷嘴,测量了各异形喷嘴流量系数、射程和末端水滴直径。结果表明,喷头工作压力变化时,星形喷嘴喷头射程变化范围较大,射程降低较少,不同压力时水量分布规律相近,能改善喷头低压力下的水量分布。试验对比了星形喷嘴变量喷头与圆形喷嘴变量喷头的水力性能,结果表明星形喷嘴可以解决变量喷头因射程变化引起的水量分布不均的问题。3.首次研制了出口可调式变量喷头。为提高变量喷头喷灌均匀性,设计了BPY系列出口可调式变量喷头,使用压力/流量调节机构改变喷头工作压力,使用出口调节机构改变喷头出口面积,通过出口面积和喷头工作压力的同步调节实现均匀喷洒。通过相关理论对出口可调式变量喷头进行了可行性分析,分析了喷嘴出口面积、喷头射程和工作压力之间的关系。在大量试验研究基础上得出以下规律：实现方形喷洒域时,BPY20型喷头压力调节范围为0.54～1,BPY30型喷头压力调节范围为0.57～1,使用压力/流量调节机构变量喷头的压力调节范围为0.46～1；实现三角形喷洒域时,BPY30型喷头压力调节范围为0.33～1之间,BPY20型喷头压力调节范围为0.26-1之间,使用压力/流量调节机构变量喷头的压力调节范围为0.21～1之间。出口可调式变量喷头可在较小的压力变化范围内实现规定的喷洒域。4.针对BPY20型和BPY30型两种变量喷头设计了基圆直径不同的三种出口可调装置。试验测量了三种出口可调装置对弹簧受力、喷嘴流量系数和形状系数、喷头射程等参数的影响。结果表明BPY20型可调装置最佳结构为基圆直径D=6mm,BPY30型可调装置最佳结构为基圆直径D=7mm。测量了出口可调式变量喷头的水力性能,通过与星形喷嘴变量喷头的对比知,出口可调式变量喷头能更好地实现预期喷洒域的喷洒,提高喷头喷灌均匀性。5.依据水滴运动方程推导了平地水量分布向坡面水量分布转化的数学模型,通过对试验数据和计算数据的对比表明,在5°-20°范围内,转化模型和试验数据较吻合。研究小坡度坡地上喷灌问题时可采用该数学模型。通过对已有平地水量分布的转化,得到大量坡地喷灌的数据,为坡地喷灌研究提供试验依据。6.首次研究了坡地用变量喷头射程和流量的控制模型。依据水量分布转化模型研究了不同坡度对喷头喷洒性能的影响。以10°坡地为研究对象,设计了符合地形特征的变量喷头,试验研究了变量喷头在坡地上水力性能。结果表明变量喷头可以改善因地形特征造成的上坡射程短、喷灌强度高,下坡射程远、喷灌强度低这一问题。