航空喷药可以摆脱地形的限制,在复杂环境中也可以进行农药喷撒作业,比起地面机械,航空喷药设备不与植物直接接触,大大降低了机械操作对植物造成的损伤。静电喷雾是一种新型喷雾技术,可以使农药喷洒的雾滴细化,提高喷雾的均匀性,并且可以使农药雾滴到达常规喷雾无法喷到的植物叶片背面。将无人直升机喷雾与静电喷雾相结合能有效提高农药在农作物上的沉积分布,进一步提高喷雾效果。本文以F-50型植保无人直升机飞行平台为基础,开发出新型接触式静电喷雾系统。方便地实现了常规喷雾和静电喷雾之间的相互切换;同时建立了用于无人直升机喷雾场研究的CFD仿真模型。针对旋翼风场风速、喷雾沉积量,沉积分布均匀性等因素进行试验研究,为小型无人直升机静电喷雾作业参数提供指导。通过实际田间试验,研究分析了无人直升机接触式静电喷雾的效果。主要研究工作如下:(1)无人机接触式静电喷雾系统设计和验证在无人直升机已有喷雾系统的基础上,针对接触式荷电的原理和喷雾系统中各部件的规格,选择合适的部件安装于现有喷雾系统上,组成无人直升机双极接触式静电喷雾系统。采用自制法拉第筒对5种荷电电压和4种喷雾压力下的荷质比进行测量,结论如下:雾滴荷质比随着电压的增大而增大,在25kV后趋于稳定;荷质比随喷雾压力的增大而减小。(2)无人机旋翼风场仿真和试验构建无人直升机旋翼模型,运用CFD技术,对无人直升机旋翼风场进行数值模拟分析,再通过F-50型无人直升机下洗流场风速测量试验,得出下洗流场的风速分布情况,和仿真结果进行对比。结果表明:仿真和试验结果基本一致,该模型可以用于F-50型无人直升机下洗流场和后续喷雾场的研究分析。(3)无人机喷雾场的仿真和试验在无人直升机旋翼模型中加入喷射源,通过DPM离散相模型模拟雾滴在旋翼风场中运动。通过气液两相流的耦合分析,得出在不同喷雾高度(1m,2m,3m)和相对飞行速度(2m/s,3m/s,4m/s)时,喷雾在地面的沉积效果。通过在平地的飞行沉积试验,得出在同样飞行高度和飞行速度下,无人直升机静电喷雾系统的沉积效果。结果表明:对于喷雾沉积量随高度和速度的变化趋势,仿真和试验结果基本一致,说明模型可以用于研究无人直升机喷雾沉积量;随着喷雾高度的增加,喷雾沉积量下降;随着飞行速度的增加,喷雾沉积量下降。(4)无人机静电喷雾沉积效果试验基于F-50型无人直升机平台,对不同荷电方式的喷雾沉积效果进行比较试验,试验结果表明:非静电喷雾的沉积量基本等于接触式静电喷雾的沉积量,感应式静电喷雾的沉积量最小;接触式荷电和感应式荷电都可以提高航空喷雾的均匀性,接触式荷电的沉积均匀性优于感应式荷电。在水稻田中使用搭载接触式静电喷雾系统的F-50型无人直升机进行农药喷洒试验,采用水敏纸法对水稻植株上层、中层、下层的农药沉积量进行测量分析,结果表明:静电喷雾使农药在水稻植株上的分布均匀性大大提高;在静电喷雾条件下,增加高度会使喷雾沉积量下降,但不会影响喷雾沉积的均匀性。