农林植物保护领域中,化学防治依然是最有效最经济的植保手段。相对于地面喷雾机械,小型植保无人机具有机动灵活且不受地面条件限制、反应迅速、作业效率高、旋翼风场下压等特点,适合复杂地形(如山地丘陵地区)和低矮密植果园等地面车辆难以防治场所的爆发性农林病虫害防治作业。对于现有的小型植保无人机,虽然近年来应用发展非常迅速,但对其下洗风场,尤其是下洗风场的立体分布,缺乏定量研究。对旋翼下洗风场和喷雾雾滴交互作用下的喷雾流场,缺乏对其相互影响的研究。对小型植保无人机喷头位置组合和喷雾的相互影响,缺乏定性和定量研究,这些都影响着小型植保无人机作业效果。因此本论文在了解小型植保无人机研究现状以及分析小型植保无人机技术需求的基础上,设计了小型植保无人机航空喷雾室内试验系统。利用风速仪多点采集下洗风场实时分布数据,进一步实时采集喷雾流场激光衍射图像,分析喷雾流场在小型植保无人机旋翼下洗风场作用下的变化和差异,选取扇形喷头,研究喷头空间位置对于喷雾效果的影响。论文分析了典型小型植保无人机航空喷雾系统结构和功能模块,构建了室内试验系统。作业无人机选用小型电动无人直升机和六旋翼无人机;姿态控制选用五相步进电机驱动的倾斜角度台和水平转台;作业高度控制通过直流电动缸控制,并设计了升降套筒;喷雾选用标准扇形喷头,通过稳压电源和直流泵控制喷雾量;风场测试选用多点风速仪;喷雾测试选用粒子图像测速系统。构建了能够定量精确控制小型无人机姿态和作业高度,适配不同无人机机型和航空喷洒装置并具有完整功能模块的室内试验系统,该系统包括无人机、无人机遥控模块、无人机作业姿态控制模块、无人机作业高度控制模块、步进电机控制模块、航空喷雾模块和喷雾效果测试模块。最终完成了小型植保无人机航空喷雾测试系统总成,构建了试验的硬件基础。论文对小型植保无人机流场进行了数值模拟,包括建立流场网格模型,确定数值模拟方案,进而模拟和分析了旋翼转速、浆叶迎角、计算域、机身、旋翼离地高度对喷雾流场的影响,通过模拟明确了小型植保无人机主要作业参数。进一步通过对旋翼启动前后雾滴流场模拟云图的图像分析,从仿真和图像分析角度确定了喷头最优位置参数组合,为开展实际测试提供了指导。利用构建的小型植保无人机航空喷雾测试系统,对小型无人直升机和六旋翼无人机风场分别进行了立体定量测试。通过试验的顺利开展,首先验证了该测试系统的通用性和可靠性,并分析确定了小型无人直升机和六旋翼无人机的立体风场风速分布和风速极值点。通过风速极值点分析,进一步确定了小型植保无人直升机和六旋翼无人机的喷头最佳安装位置参数组合。在此基础上,按照喷头主要位置参数,设计了3因素4水平的正交试验。针对现有粒子图像测试系统单相机无法获取满喷幅的缺点,采用双工业相机,基于双目视觉原理,采集并拼接合成了喷雾场满幅图像。对采集的图像利用Tecplot和Image-J软件进行灰度处理、面积测算和矢量标记等分析。从雾滴速度场和雾滴场面积变化两方面进行极差分析,结合立体风场数据对比,确认喷头位置参数对喷雾场具有显著影响及各因素影响程度。在此基础上,结合前期模拟和测量获取的立体风场数据,最终确认了本文所用小型植保无人直升机喷头最优位置参数组合。论文根据分析所得喷头最优位置参数,选择南方主要低矮密植林果作物-柑橘树和杨梅树,对田间柑橘树和杨梅树进行了小型无人直升机、六旋翼无人机喷雾测试。通过测试比较无人机的喷雾沉积量和覆盖率,对于同款小型无人直升机,优化喷头位置参数后的喷雾效果要好于未优化前;通过测试比较小型无人直升机和六旋翼无人机的喷雾沉积量和覆盖率,确定小型植保无人直升机的喷雾效果要优于六旋翼无人机。结合无人机立体风场和喷雾流场测试数据,分析了差异产生的具体原因,为小型植保无人机航空喷雾应用提供参考。