劉照啟 張蔚然 范 鑫 韓 鑫* 白京波

（ 1、山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博255000 2、山東思遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，山東 淄博255424）

1 無(wú)人機(jī)總體與各功能模塊設(shè)計(jì)

臭氧水植保無(wú)人機(jī)總體設(shè)計(jì)如圖1、圖2 所示，主要包括電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)機(jī)體12、機(jī)載電源模塊、機(jī)載制氧模塊、機(jī)載制液模塊、航空噴施模塊，且這4 大功能模塊均搭載、固定于電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)機(jī)體12 上。

機(jī)載電源模塊設(shè)計(jì)包括逆變器1、變壓器2，其中逆變器1的輸入端與電動(dòng)植保無(wú)人機(jī)專(zhuān)用電池的輸出端相連接，逆變器1 的輸出端與變壓器2 的輸入端相連接， 變壓器2 的輸出端與機(jī)載制氧模塊、機(jī)載制液模塊、航空噴施模塊中各用電器件的輸入端相連接。

機(jī)載制氧模塊設(shè)計(jì)包括氣源罐3、臭氧發(fā)生器4、冷卻器5，其中氣源罐3 中裝有壓縮氧氣， 其出氣口與臭氧發(fā)生器4 的入氣口相連通， 臭氧發(fā)生器4 用于以氣源罐3 中的壓縮氣體為原料制取臭氧氣體， 風(fēng)冷型冷卻器5 固定于臭氧發(fā)生器4 外殼體上用于在制氧過(guò)程中給臭氧發(fā)生器4 冷卻降溫。 機(jī)載制液模塊設(shè)計(jì)包括凈水罐6、氣液混合器7、藥箱8，其中凈水罐6 中裝有凈水，氣液混合器7 的入氣口與臭氧發(fā)生器4 的出氣口相連通，氣液混合器7 的入水口與凈水罐6 的出水口相連通， 氣液混合器7 的出液口與藥箱8 的入液口相連通， 其主要作用是將臭氧發(fā)生器4 產(chǎn)生的臭氧氣體與凈水相混合，以實(shí)時(shí)調(diào)配、制備航空植保用臭氧水溶液， 藥箱8 用于臨時(shí)存儲(chǔ)氣液混合器7 所實(shí)時(shí)調(diào)配出的航空植保用臭氧水溶液。 航空噴施模塊設(shè)計(jì)包括液泵9、噴桿10、航空噴頭11，其中液泵9 的抽液管伸入藥箱8 底部，液泵9 的排液管與噴桿10 的入液口相連通， 航空噴頭11 固定于噴桿10 上，液泵9 工作時(shí)將藥箱8 中的航空植保用臭氧水溶液依次泵入噴桿10 和航空噴頭11，并通過(guò)航空噴頭11 將臭氧水溶液霧化為霧滴。

圖1 臭氧水植保無(wú)人機(jī)各功能模塊構(gòu)成圖

圖2 臭氧水植保無(wú)人機(jī)整機(jī)外觀正視圖

2 工作過(guò)程

臭氧水植保無(wú)人機(jī)飛行前， 使用者首先檢查干燥管是否是白色，保證進(jìn)入干燥的空氣，打開(kāi)無(wú)人機(jī)電源后再打開(kāi)臭氧水發(fā)生裝置電源，工作1 分鐘后，植保無(wú)人機(jī)起飛，機(jī)載電源模塊中的逆變器和變壓器將植保無(wú)人機(jī)專(zhuān)用電池產(chǎn)生的直流電變?yōu)闄C(jī)載制氧模塊、機(jī)載制液模塊、航空噴施模塊中各用電器件能夠使用的電流形式；氣源罐將壓縮空氣或壓縮氧氣持續(xù)供給臭氧發(fā)生器，臭氧發(fā)生器直接以上述壓縮氣體為原料不斷制取出臭氧氣體并將其通入氣液混合器；氣液混合器將來(lái)自于凈水罐的凈水和來(lái)自于臭氧發(fā)生器的臭氧氣體進(jìn)行快速、 充分混合，并按一定濃度調(diào)配出符合農(nóng)業(yè)有害微生物或農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)防治要求的航空植保用臭氧水溶液，進(jìn)而將航空植保用臭氧水溶液注入藥箱；液泵持續(xù)工作，將藥箱中的航空植保用臭氧水溶液依次泵入噴桿和航空噴頭，并通過(guò)航空噴頭將臭氧水溶液霧化為霧滴；植保無(wú)人機(jī)將短時(shí)間內(nèi)具有一定化學(xué)穩(wěn)定性的航空植保用臭氧水溶液噴灑到田間或林帶，完成對(duì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)有害微生物（ 如細(xì)菌、真菌、病毒）和部分害蟲(chóng)（ 如紅蜘蛛、蚜蟲(chóng)、粉虱）的防治作業(yè)；當(dāng)凈水罐中的凈水消耗后，需要在更換無(wú)人機(jī)專(zhuān)用電池的同時(shí)人工添加凈水。

3 創(chuàng)新點(diǎn)分析

3.1 這種臭氧水植保無(wú)人機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)植保藥劑的“ 自產(chǎn)自噴”和“ 邊產(chǎn)邊噴”，在航空植保領(lǐng)域是一種全新的、突破式的生產(chǎn)作業(yè)方式，為現(xiàn)有大田作物尤其是露天蔬菜、果園、糧田和園林植保作業(yè)提供了一種基于臭氧水溶液噴施且作業(yè)方式更加綠色、高效、精準(zhǔn)的解決方案。

3.2 這種臭氧水植保無(wú)人機(jī)，其“ 自產(chǎn)自噴”和“ 邊產(chǎn)邊噴”的“ 藥劑” 只是具有一定濃度且短時(shí)間內(nèi)具有強(qiáng)效防治效果的臭氧水溶液，制備該“ 藥劑”的原材料只有空氣和水，這完全摒棄了現(xiàn)有作業(yè)模式下所使用的各種常規(guī)市售農(nóng)藥，從而從源頭上實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“ 無(wú)農(nóng)藥”飛防作業(yè)。

3.3 這種臭氧水植保無(wú)人機(jī)制備并噴施的航空植保用臭氧水溶液，在借助臭氧實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)有害微生物和部分害蟲(chóng)進(jìn)行廣譜、強(qiáng)效、快速觸殺之后，常溫常壓下剩余的臭氧水能夠在15min～30min 內(nèi)自行分解為人畜無(wú)害的氧氣，從而從根本上實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“ 無(wú)農(nóng)殘”飛防作業(yè)。

3.4 這種臭氧水植保無(wú)人機(jī)作業(yè)過(guò)程中噴灑的“ 藥劑”是邊產(chǎn)邊噴的，不同于其他臭氧水生產(chǎn)裝置先制造臭氧水再?lài)姙⒌淖鳂I(yè)方式，避免了中間過(guò)程時(shí)間差造成的臭氧水濃度降低和氧化電位的降低，從而保證“ 藥劑”的作用效果，又因其對(duì)害蟲(chóng)、細(xì)菌具有快速觸殺功效，結(jié)合無(wú)人機(jī)旋翼產(chǎn)生的下壓風(fēng)場(chǎng)，藥劑霧滴可迅速到達(dá)植株葉片表面，達(dá)到快速、精準(zhǔn)、全面殺蟲(chóng)滅菌的效果。

3.5 這種臭氧水植保無(wú)人機(jī)產(chǎn)生的臭氧水溶液可有效防控大田經(jīng)濟(jì)作物、園林樹(shù)木、果園果蔬等存在的各種致病微生物，同時(shí)還能增強(qiáng)果蔬貯藏時(shí)間、提高作物活性等多種功效，實(shí)現(xiàn)了植保無(wú)人機(jī)噴施的“ 一噴多能”、“ 一石多鳥(niǎo)”。

4 結(jié)論

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)中農(nóng)藥的地位不容忽視，但過(guò)度依賴(lài)農(nóng)藥，會(huì)給人類(lèi)社會(huì)和自然環(huán)境帶來(lái)一系列的困擾，為此國(guó)家農(nóng)業(yè)部在2015 年印發(fā)了《 到2020 年農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》的通知。 本文設(shè)計(jì)的臭氧水植保無(wú)人機(jī)，可根據(jù)不同細(xì)菌、害蟲(chóng)類(lèi)型進(jìn)行選擇，通過(guò)水和空氣為原料制造臭氧水噴灑到農(nóng)田進(jìn)行特定殺菌、殺蟲(chóng)，用具有廣譜性、強(qiáng)消殺作用的臭氧水代替?zhèn)鹘y(tǒng)的市售農(nóng)藥，并且臭氧水可在瞬間殺蟲(chóng)滅菌后短時(shí)間內(nèi)消解為無(wú)毒、無(wú)害的物質(zhì)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了無(wú)農(nóng)藥、無(wú)農(nóng)殘、無(wú)污染的效果，響應(yīng)國(guó)家政策的相關(guān)要求，具有廣闊的發(fā)展前景。