農業植保無人機抗風試驗裝置的低空風場與作物干擾模擬設計

農業植保無人機需在 “低空（1-3m）、作物冠層干擾" 環境下作業，風場特性（如近地面風速衰減、作物遮擋導致的亂流）與高空差異顯著。本文設計農業植保專用抗風試驗裝置，通過模擬低空風場與作物冠層干擾，驗證植保無人機在作業高度的抗風能力與噴霧均勻性。由Delta德爾塔儀器聯合電子科技大學（深圳）高等研究院——深思實驗室團隊、工信部電子五所賽寶低空通航實驗室研發制造的無人機抗風試驗風墻\可移動風場模擬裝置\風墻裝置，正成為解決無人機行業抗風性能測試難題的突破性技術。

無人機風墻測試系統\無人機抗風試驗風墻\可移動風場模擬裝置\風墻裝置

一、農業植保場景的抗風測試核心需求

植保無人機的抗風測試需聚焦 “低空作業" 與 “噴霧效果" 兩大核心：

低空風場特性：近地面（1-3m）風速受地面摩擦影響，比高空（10m）低 20%-30%，且風場更不穩定（風速波動 ±1.2m/s），傳統裝置的 “高空風模擬" 無法貼合實際；

作物冠層干擾：小麥、水稻等作物的冠層會阻擋氣流，形成局部渦流（如冠層上方風速 8m/s，冠層內僅 4m/s），渦流會導致無人機姿態波動，同時影響噴霧均勻性（如藥液飄移、漏噴）；

噴霧 - 抗風聯動測試：僅測試抗風穩定性不夠，需同步驗證 “強風下的噴霧效果"，避免無人機穩定但藥液無法精準噴灑的問題。

二、植保場景定制化裝置設計

（一）低空風場模擬系統

近地面風場生成：采用 “低置風機 + 地面摩擦板" 設計，風機出風口高度 1m（貼合植保作業高度），地面鋪設粗糙橡膠板（模擬土壤、草地的摩擦系數），生成 3-10m/s 的低空風場，風速衰減特性與實際農田一致（高度每降低 0.5m，風速下降 10%-15%）；

風場波動控制：通過風機轉速的 PID 閉環調節，模擬農田常見的 “陣風波動"（如 5m/s 穩態風基礎上，疊加 ±1.5m/s 的隨機波動），波動頻率 0.5-2Hz，貼合自然風特性。

（二）作物冠層干擾模塊

縮尺作物模型：根據不同作物類型（小麥、水稻、玉米），制作 1:1 縮尺的作物冠層模型（高度 0.3-1.2m），采用柔性塑料材質模擬作物莖稈的彈性（風吹時可彎曲，風停后復位），還原作物對風場的阻擋與擾動；

冠層風場監測：在作物冠層上方、中部、下方分別布置微型風速傳感器，實時監測不同高度的風速分布，確保冠層干擾風場與實際農田的誤差≤8%。

（三）噴霧 - 抗風聯動測試單元

噴霧采集與分析：在試驗平臺下方布置 100 個均勻分布的噴霧采集杯（容量 10ml，精度 0.01ml），采集無人機在不同風況下的噴霧量，通過軟件計算噴霧均勻度（變異系數 CV 值，CV≤15% 為合格）；

藥液飄移測試：在平臺周圍布置飄移捕捉紙，測試不同風速下（如 5m/s、8m/s）藥液的飄移距離，評估抗風性對環境影響的控制能力。

三、應用案例與效果

某植保無人機企業采用該裝置測試其 4kg 級多旋翼植保機（針對小麥田作業）：

抗風穩定性測試：在模擬 “6m/s 低空風 + 小麥冠層干擾" 場景下，無人機懸停姿態角波動≤±3°，滿足作業要求；若移除冠層模型，波動降至 ±2°，驗證了冠層干擾對姿態的影響；

噴霧效果驗證：5m/s 風速下，噴霧均勻度 CV 值為 12%（合格）；8m/s 風速下 CV 值升至 23%（不合格），提示需優化噴頭設計（如增加防飄移噴頭）；

田間驗證：根據裝置測試結果優化的無人機，在小麥田實際作業中，8m/s 風速下噴霧均勻度 CV 值降至 18%，漏噴率從 15% 降至 5%，作業效率提升 20%。

結語

農業植保專用裝置通過低空風場與作物干擾的模擬，實現了 “抗風穩定性" 與 “噴霧效果" 的聯動測試，為植保無人機的實戰優化提供了精準依據。后續可增加更多作物類型的冠層模型（如棉花、果樹），提升裝置的場景適配范圍。