基于多旋翼植保无人机的耦合风场对前飞喷雾分布影响机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51705264
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0506.机械设计学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Multi-rotor plant protection unmanned aerial vehicle spraying is an important development direction of aviation efficient plant protection technology. However, the wind flow condition of spraying forward operation is complex, the influence mechanism of the coupling wind field on the movement of droplets is also unclear, which restrict the effective improvement of the distribution quality. In this project, taking the relationship between coupled wind field and spraying deposition distribution of the multi-rotor plant protection unmanned aerial vehicle spraying forward as the studying object. Combining with the coupled wind field simulation platform test, determination of droplet distribution and high speed photography image analysis, the influence mechanism of the coupling wind field on the sedimentary distribution will be elucidated. On the basis of wind fields computational fluid dynamics modeling, two phase flow modeling based on Lagrange description, and spraying forward attitude emersion by coupling solution of wind field and 6DOF program, the evolution process of vortex structure in coupled wind field will be ascertained; the intrinsic relevance between droplet motion behavior, droplet sedimentary distribution and coupled wind field will also be revealed according to the perspective of the kinematics of droplets. On this basis, the mathematical model of coupled wind field and spray distribution prediction will be established, combining with the experimental design method. Taking the uniformity of droplet distribution as the objective, the range of operating parameters which meet the deposition quality will be explored, the design criteria for the parameters of spray bar will also be presented. This project will provide the theoretical basis for the design of environmentally friendly and efficient multi-rotor plant protection unmanned aerial vehicle.
多旋翼植保无人机是航空高效植保装备的重要发展方向之一,但前飞喷雾作业风场流动条件复杂,耦合风场对雾滴群运动分布的作用机理尚不明晰,制约着喷雾作业沉积分布品质的有效提高。以多旋翼植保无人机前飞耦合风场与喷雾沉积分布关系作为研究对象,融合风场组合测试平台试验、雾滴沉积分布测定及高速摄影图像分析等试验方法,阐明前飞作业耦合风场对喷雾分布形态的影响机理;通过风场的流体动力学建模、基于雾滴拉格朗日描述的两相流建模、流场和6DOF算法耦合计算复现前飞作业姿态等理论方法,探明耦合风场涡系结构的演化过程,从药液雾滴群运动学的角度出发,揭示耦合风场与药液雾滴群运动行为、沉积分布的内在关联性;以此为基础,并结合试验设计方法,建立耦合风场与喷雾分布预测的数学模型,以雾滴分布均匀性为目标,探讨满足沉积品质的作业参数包络,提出喷杆结构参数的设计准则,为设计环保、高效的多旋翼植保无人机装备提供理论依据。

结项摘要

多旋翼植保无人机是航空高效植保装备的重要发展方向之一,但前飞喷雾作业风场流动条件复杂,耦合风场对雾滴群运动分布的作用机理尚不明晰,制约着喷雾作业沉积分布品质的有效提高。首先,针对航空施药模式下喷头喷雾参数与雾化参数关系不明确的问题,结合喷雾性能测试建立代理数学模型,讨论了CN1215型航空专用离心喷头主要工作参数对雾滴体积中径(Dv50)、喷幅的影响规律。其次,针对多旋翼无人植保机,采用Optimscan5-2015011K05型扫描仪对旋翼等关键部件进行三维扫描,实现无人机的逆向重构;基于雷诺平均N-S方程及Realizable k-ε湍流模型,引入动网格技术,建立了不同载荷悬停状态的下洗气流演化三维数值计算模型,结合风场测试和数值模拟研究了多旋翼无人植保机下洗风场的发展演化分布规律、及载药量对悬停状态下的风场影响机理。第三,引入雾滴离散相,并对连续相进行动量、能量方程修正,建立喷头含雾滴离散相的两相流模型,结合喷头喷幅测试试验验证了含雾滴离散相的两相流模型计算雾滴运动轨迹的可行性与有效性;建立了多旋翼植保无人机悬停喷雾条件下含雾滴离散相的三维两相流模型,分析了下洗气流对雾滴运动规律及分布规律的影响,结合数值仿真计算边界可设置的优势,进一步讨论了粒径对雾滴在下洗风场扰动下的运动、沉积规律。第四,针对旋翼下洗气流对棉花叶片背面雾滴沉积数量促进效果不明显的问题,通过计算流体动力学方法(CFD)对无人机不同作业速度下雾滴流主要沉积区域进行仿真;结果发现,冠层扰动区域和雾滴流沉积区域不同步是旋翼下洗气流未明显改善棉花叶片背面雾滴沉积数量的主要原因;从硬件和软件两个方面研究设计了无人机喷头倾角自动调节系统,通过田间试验验证该系统的喷洒性能,结果表明安装该系统后叶片正面和背面雾滴沉积数量均明显增加。最后,限于计算量的限制,针对影响雾滴飘移的几个重要因素,结合优化拉丁超立方试验设计、径向基神经网络方法及计算流体力学数值计算技术建立多旋翼植保无人机喷雾飘移的高效显式近似模型,实现对施药飘移情况的初步预测。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
果园风送喷雾机气助式喷头风力性能数值模拟与试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨风波;张玲;薛新宇;金永奎;陈晨;孙涛
  • 通讯作者:
    孙涛
Numerical Simulation and Analysis on Spray Drift Movement of Multirotor Plant Protection Unmanned Aerial Vehicle
多旋翼植保无人机喷雾漂移运动数值模拟与分析
  • DOI:
    10.3390/en11092399
  • 发表时间:
    2018-09-01
  • 期刊:
    ENERGIES
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Yang, Fengbo;Xue, Xinyu;Zhou, Qingqing
  • 通讯作者:
    Zhou, Qingqing
航空专用离心喷头雾化性能试验与影响因子研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨风波;薛新宇;蔡 晨;周晴晴;孙 竹
  • 通讯作者:
    孙 竹
多旋翼植保无人机悬停下洗气流对雾滴运动规律的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨风波;薛新宇;蔡晨;周晴晴
  • 通讯作者:
    周晴晴
射频制热技术应用现状及土壤射频消毒展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨风波;张 玲;金永奎;薛新宇;张学进
  • 通讯作者:
    张学进

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其他文献

湿式发射对同心筒瞬态热冲击的影响机理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    爆炸与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏倩倩;张文毅;祁兵;杨风波;乐贵高
  • 通讯作者:
    乐贵高
豚鼠、大鼠和小鼠内淋巴囊组织学的差异
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    听力学及言语疾病杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁大雄;杨风波;吕萍;黄国威;王晓东;刘晨;张悦;杨仕明;于宁
  • 通讯作者:
    于宁
互联网听力自测APP在听力健康监测中的应用与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中华耳科学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘宸箐;王晓东;刘晨;丁大雄;王博;杨风波;于澜;谢林怡;翟所强;杨仕明;于宁
  • 通讯作者:
    于宁
基于互联网+和iOS系统的听力自测软件研发和评估
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中华耳科学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王晓东;丁大雄;杨风波;程晓婷;李欢;翟所强;杨仕明;于宁
  • 通讯作者:
    于宁
北京某地不同年龄段中老年人群的听力学特征分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中华耳科学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘宸箐;刘晨;丁大雄;杨风波;朱玉华;翟所强;杨仕明;于宁
  • 通讯作者:
    于宁

其他文献

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杨风波的其他基金

基于多旋翼植保无人机的风场-雾滴-作物互作对冠层沉积影响机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于多旋翼植保无人机的风场-雾滴-作物互作对冠层沉积影响机理研究
  • 批准号:
    52275257
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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