直升机航空喷施雾滴飘移分布特性(10)

表5 各作业参数对于飘移情况显著性分析结果Table 5 Results of significance analysis for drift of each operating parameters因素Factor90%飘移距离Distance for 90% drift总飘移量占总喷施量的百分比Percentage of total drift to total spray amount 飞行速度Flight 飞行高度Flight * 侧风风速Crosswind

受实际作业架次量及外部环境条件变化的限制，笔者主要围绕飞行速度这一因素对直升机喷雾飘移情况展开试验研究，并未对飞行高度做过多限定设置，飞行高度作为影响喷雾沉积飘移的另一重要因素，也是今后研究中应重点关注考察的对象。

2.2.3 航空助剂对飘移的影响分析

喷施试验共进行6个架次，其中架次1#为未添加航空助剂对比架次，其余架次均添加航空助剂，其中由表3可知1#-1的实时飞行速度为85.64 km/h，实时飞行高度为4.62 m；1#-2的实时飞行速度为89.32 km/h，实时飞行高度为4.66 m。同样，由表4还可知1#-1与1#-2的90%飘移距离分别为31.64和27.61 m；下风向实测受飘移影响距离分别为15.64和13.61 m，二者与其他添加航空助剂架次同组数据相比相差不大。可从表4明显看出航空助剂的添加使用对于减轻雾滴飘移有较为显著的作用。其中架次1#各条采集带总飘移量占该条采集带总喷施量的百分比值分别为23.03%和19.27%，明显高于同一作业速度范围(90±5) km/h的架次3#和4#所对应的各条采集带总飘移量占该条采集带总喷施量的百分比值，经测算发现使用航空助剂使得雾滴飘移量减少了33.94%。但当作业速度过低（2#-1、2#-2）或作业速度过高（6#-1、6#-2）时，其喷施作业飘移减轻效果便不是很明显，尤其是6#-1的总飘移量占该条采集带总喷施量的百分比值为27.87%，还要高于未添加助剂的架次1#所对应的百分比值。

为了深入表明航空助剂的使用对各速度范围作业质量的影响，对目标喷雾区最小宽度和雾滴飘移量占总喷施量的百分比值进行了显著性分析。经检验，在显著水平α=0.05条件下，航空助剂的使用对于同一作业速度范围内目标喷雾区最小宽度影响不显著(P=0.209)，对于雾滴飘移量占总喷施量的百分比有显著差异(P=0.023 <0.05)；对于不同的作业速度范围内目标喷雾区最小宽度和雾滴飘移量占总喷施量的百分比影响均不显著(P值分别为0.540和0.637)。

2.2.4 飘移区域雾滴粒径分布情况

飘移的实质是雾滴经喷头释放后向各个方向的移动，不同粒径的雾滴通过飘移所能达到的最远位置亦不相同。研究飘移区域内的雾滴粒径分布，可以为航空喷头的设计提供参考，从而达到减轻飘移，提高农药利用率的目的。为了详细描述一次完整的航空喷施作业各粒径尺寸雾滴在飘移区域的分布情况，将雾滴粒径分为<100，100～200，201～300，301～400，和>400μm 5个粒径谱区间，自采集带下风向20 m处起对各采样点进行雾滴密度统计，图5为采集各次喷施试验的雾滴粒径数据后绘制的其中一个架次的雾滴粒径谱占比图。

图5 下风向飘移区域各雾滴粒径谱所占百分比Fig.5 Percentage of droplet size spectra at downwind drift area

由图5可以看出下风向飘移区域的雾滴粒径主要集中在200μm以下，其所占比例在70%以上，尤其是随着下风向距离的增大，粒径谱小于100μm的雾滴所占比例由29.06%逐步增大至63.64%，粒径谱处于100～200μm所占比例由46.60%降至27.27%，下风向55 m处是二者趋势变化的交点，由此说明小粒径的雾滴更容易发生飘移现象。而粒径谱为201～300μm的雾滴所占的比例一直较为恒定，基本维持在10%～20%的范围内。大雾滴粒径在飘移区域所占的比例一直较低，粒径处于301～400μm及粒径大于400μm的雾滴所占比例由不足10%逐步降至为0。因此在设计选用航空喷头时，要在保证雾滴有效附着沉积的前提下，尽量控制喷雾雾滴粒径尺寸在一个合适的范围内，从而有效减轻飘移。

3 讨 论

雾滴飘移一直是航空喷施的重点研究领域，影响直升机喷施雾滴飘移特性的因素有很多，包括有药液制剂的有效成分及类型、雾滴大小、飞行器作业参数、气象条件、地形、操作人员的责任心和技能水平等[29-30]。雾滴沉积行为及飘移特性是表征喷雾效果的基本方面，本文设计了基于AG-NAV Guía系统的AS350B3e直升机航空喷施雾滴飘移试验，重点对各架次的喷雾飘移情况及助剂使用效果进行了研究和分析。

不同于其他学者预设有效沉积区和飘移区，以固定的采样点为飘移区域边界起始位置进行雾滴飘移量累加的飘移分析方法。本文首先评定了AS350B3e直升机在不同作业参数下的有效喷幅位置及宽度，并以此为基础判定得到了各条雾滴采集带实际飘移区域的准确起始位置，然后结合轻型机载北斗RTK差分系统获取的直升机飞临各条雾滴采集带的精确作业参数来进行分析处理，更为切合实际。同时对安装有国外先进喷施系统的有人直升机进行了在中国的首次喷施性能测试评估，具有一定的借鉴参考意义。但受实际作业环境及作业架次的限制，本文只是主要针对飞行速度开展试验研究，整个试验过程中，并未对飞行高度做过多限定设置，实时飞行高度极差仅0.96 m；侧风风速一直保持在1.1～2.3 m/s范围内，风速较小，对于下风向飘移起始位置有一定影响，但对于整体飘移情况影响不大；飞行高度和侧风风速作为影响喷雾沉积飘移的重要因素，也是今后的研究中应重点关注考察的对象。同时，本研究只是在地面布置采样点，仅能体现飘移雾滴随水平距离的变化趋势与规律，试验前由于对该直升机喷施飘移规律的不明，无法确定雾滴的空间飘移情况，试验时并未对空间垂直方向的飘移情况做测试，因此还需要进一步研究在距离下风向不同位置，距地面不同高度时雾滴飘移情况，以得到更加准确的直升机喷施雾滴飘移规律及特性，为减少有人直升机喷施作雾滴飘移提供参考。

文章来源：《航空动力学报》 网址: http://www.hkdlxbzz.cn/qikandaodu/2021/0316/682.html