农业植保无人机抗风试验装置的低空风场与作物干扰模拟设计

农业植保无人机需在 “低空（1-3m）、作物冠层干扰” 环境下作业，风场特性（如近地面风速衰减、作物遮挡导致的乱流）与高空差异显著。本文设计农业植保专用抗风试验装置，通过模拟低空风场与作物冠层干扰，验证植保无人机在作业高度的抗风能力与喷雾均匀性。由Delta德尔塔仪器联合电子科技大学（深圳）高等研究院——深思实验室团队、工信部电子五所赛宝低空通航实验室研发制造的无人机抗风试验风墙\可移动风场模拟装置\风墙装置，正成为解决无人机行业抗风性能测试难题的突破性技术。

无人机风墙测试系统\无人机抗风试验风墙\可移动风场模拟装置\风墙装置

一、农业植保场景的抗风测试核心需求

植保无人机的抗风测试需聚焦 “低空作业” 与 “喷雾效果” 两大核心：

低空风场特性：近地面（1-3m）风速受地面摩擦影响，比高空（10m）低 20%-30%，且风场更不稳定（风速波动 ±1.2m/s），传统装置的 “高空风模拟” 无法贴合实际；

作物冠层干扰：小麦、水稻等作物的冠层会阻挡气流，形成局部涡流（如冠层上方风速 8m/s，冠层内仅 4m/s），涡流会导致无人机姿态波动，同时影响喷雾均匀性（如药液飘移、漏喷）；

喷雾 - 抗风联动测试：仅测试抗风稳定性不够，需同步验证 “强风下的喷雾效果”，避免无人机稳定但药液无法精准喷洒的问题。

二、植保场景定制化装置设计

（一）低空风场模拟系统

近地面风场生成：采用 “低置风机 + 地面摩擦板” 设计，风机出风口高度 1m（贴合植保作业高度），地面铺设粗糙橡胶板（模拟土壤、草地的摩擦系数），生成 3-10m/s 的低空风场，风速衰减特性与实际农田一致（高度每降低 0.5m，风速下降 10%-15%）；

风场波动控制：通过风机转速的 PID 闭环调节，模拟农田常见的 “阵风波动”（如 5m/s 稳态风基础上，叠加 ±1.5m/s 的随机波动），波动频率 0.5-2Hz，贴合自然风特性。

（二）作物冠层干扰模块

缩尺作物模型：根据不同作物类型（小麦、水稻、玉米），制作 1:1 缩尺的作物冠层模型（高度 0.3-1.2m），采用柔性塑料材质模拟作物茎秆的弹性（风吹时可弯曲，风停后复位），还原作物对风场的阻挡与扰动；

冠层风场监测：在作物冠层上方、中部、下方分别布置微型风速传感器，实时监测不同高度的风速分布，确保冠层干扰风场与实际农田的误差≤8%。

（三）喷雾 - 抗风联动测试单元

喷雾采集与分析：在试验平台下方布置 100 个均匀分布的喷雾采集杯（容量 10ml，精度 0.01ml），采集无人机在不同风况下的喷雾量，通过软件计算喷雾均匀度（变异系数 CV 值，CV≤15% 为合格）；

药液飘移测试：在平台周围布置飘移捕捉纸，测试不同风速下（如 5m/s、8m/s）药液的飘移距离，评估抗风性对环境影响的控制能力。

三、应用案例与效果

某植保无人机企业采用该装置测试其 4kg 级多旋翼植保机（针对小麦田作业）：

抗风稳定性测试：在模拟 “6m/s 低空风 + 小麦冠层干扰” 场景下，无人机悬停姿态角波动≤±3°，满足作业要求；若移除冠层模型，波动降至 ±2°，验证了冠层干扰对姿态的影响；

喷雾效果验证：5m/s 风速下，喷雾均匀度 CV 值为 12%（合格）；8m/s 风速下 CV 值升至 23%（不合格），提示需优化喷头设计（如增加防飘移喷头）；

田间验证：根据装置测试结果优化的无人机，在小麦田实际作业中，8m/s 风速下喷雾均匀度 CV 值降至 18%，漏喷率从 15% 降至 5%，作业效率提升 20%。

结语

农业植保专用装置通过低空风场与作物干扰的模拟，实现了 “抗风稳定性” 与 “喷雾效果” 的联动测试，为植保无人机的实战优化提供了精准依据。后续可增加更多作物类型的冠层模型（如棉花、果树），提升装置的场景适配范围。