北京
现代农业中，固定翼飞机、直升机和无人机等航空器，正在扮演着越来越重要的角色。它们像空中农夫一样，在广袤的田野上空播种、喷洒农药、监测作物长势。这些“空中农夫”之所以能高效地工作，离不开农业风洞这个“训练场”。农业风洞技术是如何助力农业生产的？让我们一起走进农业风洞的世界。
（图源千库网）
在地面制造“天空”
风洞是进行空气动力试验最常用、最有效的工具之一（详见 2023年 4 月《知识就是力量》杂志）。农业风洞实验是现代农业科研领域中的一项关键技术。在这个微缩环境中，科研人员可以精确地模拟不同条件的气流，进行系统性实验，了解作物生长过程中的风险因素，为农业生产提供可靠的数据支持。农业风洞相当于在地面制造了一个微型的“天空”，为“空中农夫”模拟天空中气流的速度、方向、温度、湿度等，帮助它们更好地完成工作。
（2015 年 6 月 国家农业智能装备工程技术研究中心建成了国内首个农业航空施药专用风洞实验平台 图源《知识就是力量》杂志）
为无人机打造的漂移风洞
难点：
恼人的漂移污染植保无人机（用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机）从农田上空飞过并喷施农药时，一部分农药落在作物表面，一部分则会随风飘向更远处，并有可能对蜜蜂、桑蚕、鱼、牲畜甚至人类健康造成威胁，这就是漂移污染。
漂移污染一直是困扰农业生产的难题，因为农药在空气中的运动看不见、摸不着，且风向和风速的变化会影响农药的运动和最终的落点，这使科研人员无法准确把握它们的漂移轨迹。
破解：
“抓”住漂移的农药专门为无人机打造的漂移风洞能解决上述问题。在 6 米长的漂移风洞里，科研人员可以将风速精确、稳定地设定在 0.5 米 / 秒～ 7 米 / 秒。
无人机喷洒的微量农药液滴虽然无法用肉眼观察到，但是，漂移风洞配备的高速粒子图像测速仪就像超级慢动作相机，能够将这些液滴的运动轨迹与漂移过程精确地显示出来，让科研人员“抓”住漂移的农药。
通过观察不同风速对农药落点的影响，科研人员可以总结出规律，为无人机选择合适的喷洒时机、更优的喷头位置和喷洒压力。
通过实验，某型植保无人机的施药有效沉积率提高了 15%，漂移损失则减少了 20%。这意味着农民可以使用更少的农药，达到更好的病虫害防治效果，既省钱又环保。
（一座专为植保无人机打造的农药漂移实验风洞 图源《知识就是力量》杂志）
模拟高速飞行环境的高速直流风洞
难点：
破碎和蒸发的液滴一些大型、有人驾驶飞机，施药作业时的速度高达 260 千米 / 小时，飞行高度也比无人机更高。它们喷施的农药液滴在短短几秒内经历巨大的气流冲击，会破碎、蒸发。因此，预测它们的运动轨迹和落点更加困难。
破解：
在“管道”中飞行能模拟真实飞行环境的高速直流风洞，可以辅助科研人员分析飞机施药后药液的运动过程。
高速直流风洞能产生 98 米 / 秒的超级快风，相当于时速 350 千米，达到了复兴号动车组的速度！更厉害的是，这里的气流湍流度（度量气流速度脉动程度的一种标准）小于 1%，比平静的湖面还要平稳。
在高速直流风洞中，相对气流运动的速度与真实的飞行环境是一样的，安装在其中的航空施药专用雾化器就好像是在管道中飞行。而雾化器喷洒出的农药液滴的破碎和蒸发过程，可以被激光雾滴扫描系统精准地捕捉到。这让科研人员能够测量出液滴的大小和分散程度，从而分析它们的运动轨迹和潜在落点。
与农业风洞携手向前
农业风洞还能做些什么？
目前，美国、澳大利亚、欧洲的科研人员正与中国一道，利用各自的农业风洞共同研究、制定更好的航空喷头标准，为全世界的“空中农夫”制定统一的作业规则。
风洞实验获得的数据可以帮助科研人员开发精确预测农药漂移距离的系统，帮助农民计算喷洒面积、精准施药并提示可能存在的污染风险。
一些风洞实验室还可以针对不同地区的气候、地形，模拟类似的作业环境，并提供最适合的施药方案。
未来，如果你有机会看到田野上空飞过的植保飞机或无人机时，别忘了，它们背后有农业风洞这位默默耕耘的“幕后英雄”。
（漂移风洞配备的高速粒子图像测速仪和地面沉积采样装置 图源《知识就是力量》杂志）
撰稿|张瑞瑞 唐青
责任编辑 | 高琳 张丽涵
运营编辑 | 张丽涵
质量审核 | 业蕾
❖ 来源：《知识就是力量》杂志
《疾风上的耕耘 —揭秘农业风洞技术》❖
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