无人机多离心喷头雾化特性与柑橘红蜘蛛防治效果研究

《Computers and Electronics in Agriculture》：Evaluation of spraying characteristics of a new multiple centrifugal nozzle applied to UAV

推荐：针对丘陵山区柑橘红蜘蛛防治中无人机喷雾穿透性不足的问题，苏州博创公司研究人员创新设计双离心喷头（P/C），通过高速摄像与粒径分析揭示三级雾化机制，优化转速组合（P:4600 rpm/C:18000 rpm）使叶背覆盖率提升至1.9%–3.3%，为无人机植保装备升级提供关键技术支撑。

　　

柑橘作为中国最重要的经济作物之一，其种植区域多集中在丘陵山地，传统喷雾枪作业存在效率低、操作者中毒风险高等痛点。尽管植保无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)在农田应用中崭露头角，但面对柑橘树冠层复杂的立体结构，常规单离心喷头产生的雾滴难以有效穿透至中下层叶片，特别是对危害严重的红蜘蛛(Tetranychus cinnbarinus)主要栖息的叶背区域覆盖率不足。这一技术瓶颈严重制约了无人机在果树病虫害防治中的应用效果。

苏州博创机器人技术有限公司联合科研团队创新研发了双离心喷头系统，其突破性设计包含内齿盘(P)与外齿盘(C)双级雾化结构。通过高速摄像技术捕捉到三级雾化动态过程：P盘旋转产生初级雾化液丝、C盘冲击引发二次破碎、喷嘴周围小液滴碰撞聚并。研究发现调节P盘转速可改变液丝生成状态——4600 rpm时形成明显液丝，而14000 rpm时直接产生雾滴。更关键的是，通过双盘转速协同调控，能将体积表面积平均直径(Volume Surface Mean Diameter, VMD)最小控制在40 μm级别，显著优于传统单离心喷头。

研究团队在四川柑橘园采用EA-30XP无人机进行田间验证，发现P/C转速组合为4600/18000 rpm时沉积效率最优：叶正面覆盖率达3.6%–9.3%（雾滴密度102.7–184.3个/cm²），叶背面覆盖率达1.9%–3.3%（51.5–84.7个/cm²）。对比实验显示，单离心喷头对叶背的覆盖效果显著低于该优化组合，证实了多级雾化在提升冠层穿透性方面的独特优势。

技术方法层面，研究采用高速摄像系统解析雾化动力学过程，激光粒度仪测定VMD参数，并通过田间沉积测试卡结合图像分析软件量化不同冠层的雾滴分布特征。所有实验均设置重复组并采用统计学方法验证数据可靠性。

研究结果具体呈现为：

1. 雾化特性：揭示三级雾化机制中C盘对液滴二次破碎的关键作用，发现C盘转速需达到P盘的3–4倍才能实现有效雾化。
2. 粒径调控：证实VMD与P盘转速呈反比，双盘协同可将雾滴谱变窄至40–120 μm理想区间。
3. 田间沉积：最优转速组合下叶背沉积量提升2–3倍，且雾滴分布均匀性显著改善。

该研究发表于《Computers and Electronics in Agriculture》，其重要意义在于：首次系统阐释多离心喷头的分级雾化机理，建立转速-雾滴参数-沉积效果的量化关系模型，为无人机果树植保参数优化提供理论依据。实践层面，该技术可减少农药用量30%以上，对解决丘陵地区施药难题、保障柑橘产业可持续发展具有重要推广价值。研究团队在讨论部分特别指出，未来可通过人工智能算法实现喷头转速的实时动态调节，以适应不同树冠结构的喷雾需求。