玉米是我国重要的粮食作物和工业原料,2021年种植面积达6.4亿亩,对保障我国粮食战略安全具有重大意义。玉米生长中后期田间闭郁,植株遮挡,导致大型高地隙植保机械难以下田,而现有植保无人机由于雾滴难以穿透玉米冠层,药液无法直接喷施到病虫害发生部位,其防治效果有待提升。本文结合植保无人机的高效率防控优势和脉冲式烟雾机雾化药液均匀、雾滴粒径小及弥散性能好等特点,设计开发了一款烟雾植保无人机,通过数值模拟分析了旋翼流场的分布特性,结合场地试验和田间试验,研究了不同作业参数下的雾滴分布规律,主要研究内容如下:1)针对玉米中后期植保难题,提出采用植保无人机搭载脉冲式烟雾机实现热雾喷施的方案。开展了整机结构和喷雾系统设计,并对直管和弯管两种烟雾喷管进行了初步性能试验,结果表明,加装弯管能有效限制雾流飘散,提升雾滴沉积,但会增加雾滴不均匀性,限制烟雾植保无人机的喷施幅宽。2)采用基于格子玻尔兹曼方法的流体力学软件对烟雾植保无人机的流场进行了分析,探索了不同飞行方向、不同飞行速度及不同飞行时刻下的旋翼流场变化特性。结果表明当无人机飞行高度为4m、飞行速度在2-5m/s时,随着速度的增加,机身后逐渐形成两条鲜明的尾涡,机身后尾涡的高度也随着速度的增加而升高。3)搭建场地进行试验,利用水敏试纸法测得烟雾植保无人机在无植株遮挡情况下的雾滴沉积和扩散分布数据。结果表明,各测试点的雾滴体积中值直径处于50μm左右,雾滴粒径范围满足植物病虫害的防控要求。雾滴空间分布从上至下覆盖率有所增加,水平方向各层分布趋势大致相同,在同一高度和喷施流量下,随着飞行速度的增加,雾滴粒径和沉积量均有所下降。4)为验证烟雾植保无人机在作物环境下的喷雾效果,进行了玉米中后期田间试验,通过水敏试纸法测得玉米植株叶片和地面雾滴的沉积特性。结果表明,叶片正反面雾滴粒径变化相差不大,沉积均匀,但数量变化趋势明显。在添加烟雾助剂条件下,雾滴覆盖率和沉积量分布发生明显变化,烟雾助剂可改善雾滴的分布均匀性,但会增大部分雾滴粒径。雾流落点位置处冠层覆盖率达到了35.38%,中层达到了26.06%,底层达到了15.97%。与未添加雾滴助剂相比,分别是其1.96倍、1.93倍、3.65倍。本文研究结果表明,设计开发的烟雾植保无人机工作性能稳定,操作方便,通过系统分析不同飞行速度、喷施流量及是否添加烟雾助剂下的雾滴粒径和雾滴沉积规律,为玉米中后期植保作业提供了一种新的装备和技术支撑。