航空静电喷雾技术是农业植保中一种先进的植保技术,可有效改进传统施药的缺点与不足。静电作用可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。本文分析了传统农业植保作业方式和有人驾驶飞机植保作业方式的不足,研究了航空静电喷雾技术的基本原理,提出了一种植保无人飞机的静电喷施系统的设计方案,开发设计了一套可应用于六旋翼和单旋翼植保无人飞机的静电喷施系统,该系统操作简单,安装灵活,性能稳定,已将该系统挂载于植保无人飞机上在新疆昌吉、新疆石河子、海南乐东等棉花和水稻种植区开展了植保无人飞机喷施作业试验研究。为了进一步提高航空静电喷施药液雾化和雾滴荷电效果,提高航空静电喷施系统的适用性,本文对植保无人飞机的静电喷施系统进行了优化设计。主要研究内容和成果如下:(1)提出了目前国内航空静电喷雾技术所存在的问题。主要包括荷质比测量精度低、雾滴荷电方式不完善、雾滴荷电效果差、航空喷施药剂适用性较差、高压静电发生系统复杂、高压静电发生器重和高压静电干扰机上电子设备等,这几个方面的问题造成航空喷施作业效率低、农药利用率低和环境污染等严重后果。(2)根据药液的理化特性,本文研究了水剂药剂和贵州大学研制开发的航空喷施专用静电液剂的静电雾化效果,通过试验明确了航空专用静电液剂在田间作业喷施中的效果,确定了航空专用静电液剂剂型,该药剂以重油或甲酯作为溶剂。试验结果表明:航空专用静电液剂的荷电效果优于水剂药剂,水剂的最大荷质比为3.84mC/kg,静电液剂为4.5 mC/kg,比水剂增加了13.88%,水剂药剂喷雾平均雾锥角为60°,静电液剂为75°,比水剂增加了15°。(3)基于雾滴雾化与雾滴荷电理论,分析了药液雾滴静电雾化和荷电方式,对现有的圆锥型航空静电喷头进行了优化设计,优化改进了充电电极环的结构,对不同结构参数的航空静电喷头进行了雾化测试和荷电性能测试,测得较佳喷雾压力为0.6MPa,荷电电压为8kV,优选确定了长度120mm,锥型环状电极长度15mm、上口直径40mm、展开角80°和喷嘴孔径0.6mm的圆锥型航空静电喷头作为田间喷施作业喷头,确定了植保无人飞机田间喷施作业参数。(4)分析了单极喷雾模式与双极喷雾模式的特点,对航空静电喷施系统的高压静电发生器进行了设计并优化,设计了一种植保无人飞机静电喷施系统系统。进行了系统电压电流参数、稳定性和适用性的测试研究,实现了输出电压0~±10kV连续可调、双显示和2.4GHz无线通断控制,空载输出功率为6.8W,负载调整率0.5%,静电高压发生电源质量约为1.3KG,实现了植保无人飞机静电喷施系统双模式工作的技术要求,保证了喷施作业效率与安全。(5)对植保无人飞机静电喷施系统进行了田间喷施作业试验研究,包括水稻生长调节剂喷施试验和棉花脱叶剂喷施试验。水稻田间试验结果表明:静电喷施可促进水稻抽穗,植保无人飞机静电喷施航空A型专用静电液剂效果较佳,相比于非静电水剂喷施,水稻平均抽穗率可提高20%,相比于静电喷施航空B型专用静电液剂,水稻平均抽穗率可提高10%。棉花田间试验结果表明:植保无人飞机喷施作业高度1m左右作业效果较佳,静电喷施与非静电喷施相比,雾滴覆盖率可增加140%左右,棉花脱叶率提高了12.22%,吐絮率提高了18.55%。采取植保无人飞机静电喷施方式,雾滴在靶标作物表面分布更加均匀,流失少,可提高农药利用率,降低农药药液残留对环境的污染。