基于激光测量的典型扇形航空喷头喷雾羽流雾滴粒径空间分布研究

姚伟祥，王明亮，刘益含，王 震，于子棋，李宏伟，李 锟，许童羽

（1.沈阳农业大学信息与电气工程学院/辽宁省农业信息化工程技术研究中心，沈阳 110161；2.江西啄木蜂科技有限公司，南昌 330069）

近年来，植保无人机在现代农业中展现出了明显的优势，植保无人机喷洒农药精准度高，在不同的施药环境中可以进行远程操控施药，将农药与人分离，能在保证施药人员的人身安全的同时，又安全、高效地完成了农药喷洒工作，而传统的施药方式不仅造成了农药的大量浪费，还严重污染了生态环境[1]。因此，植保无人机有很大的发展前景，但当前尚处于初级阶段，还有很多问题需要解决。例如，在植保无人机实际喷洒作业时，由于会受到无人机飞行速度、飞行高度以及旋翼下方湍流风场的影响，会发生雾滴飘移现象[2]。在相关研究中发现喷施药液的雾滴粒径分布情况是影响农药在农作物上沉积量和分布均匀性的主要因素[3]，小雾滴在作业过程中更容易发生飘移现象[4]，针对上述问题，航空喷头的参数优选及雾化性能评价对于推动航空植保技术发展进程显得尤为迫切[5]。

国外航空施药技术在农业中的应用较早，局部作物的病虫害防治和精准施药以及复杂地形的病虫害防治等相关技术的发展相较我国已经比较完善。为了提高农药的利用率和喷施效果，国外对雾化性能以及减少雾滴飘移的研究较多，FRITZ 等[6]依托美国农业部农业航空研究中心的航空风洞进行喷头雾化性能测定试验，在风洞中通过测定不同条件下的雾滴粒径和流场建立了WTDISP 模型，并同步开展了高低速条件下的雾滴粒径分布规律相关研究。BROWN 等[7]通过使用R-MaxII 植保无人机在葡萄园进行飘移率及喷雾沉积量相关试验，发现了飘移率与沉积量的相关性。MARTINEZ-GUANTER 等[8]通过在果树中布置水敏纸的试验得到了植保无人机与喷雾机各自喷施药液后雾滴的飘移情况，试验结果表明无人机超低量喷雾系统能够有效降低飘移率。MARTIN等[9]测得了风洞内不同风速气流下静电喷头的雾滴飘移率。LIU等[10]开展了四旋翼无人机和果园喷雾机喷雾作业比较试验，研究了施药时雾滴在空中、地面发生飘失的情况以及药液雾滴在作物叶片表面沉积量，指出飘移受喷雾高度和喷洒系统相关参数的影响。

国内农业领域内的喷雾应用研究相对起步较晚，尤其在雾滴粒径测定和喷雾质量分析方面。然而，近些年该领域的发展速度得到显著提升。燕明德等[11]研究了风速和出风口与喷嘴的水平距离对雾滴粒径和雾滴速度分布的影响。唐青等[12]研究了高速气流条件下对扇形压力喷头和空气诱导喷头的雾化特性。李继宇等[13]以XR-Teejet110015 型压力式扇形航空喷头为研究对象,在风洞和田间环境中进行了雾滴粒径测试试验。张健等[14]探究了小型多旋翼植保无人机存在农药飘移、雾滴沉积不均等问题。胡军等[15]设计了一种锥形风场式防飘移装置,以锥风风速、侧风风速、喷雾压力为因素,通过三因素三水平室内雾滴飘移沉积试验,明晰锥形风场对雾滴沉积效果的影响规律。闻志勇[16]通过激光粒度仪测量了风幕式喷杆喷雾中的喷施压力、喷施高度以及出口气流对雾化效果的影响。茹煜等[17]基于GP-81A 系列航空喷头研究了在风洞和飞行条件下的雾滴粒径分布情况。姚伟祥等[18]在风洞中进行了LICHENG 系列航空喷头的雾化测定试验，分析了中低气流条件下的该系列不同型号喷头的雾滴尺寸分布。还有相关研究发现，增大喷雾高度、喷雾角度和压力，同时减小喷嘴的等效孔口直径也有利于提高液滴的均匀性[19]。

综上可以看出，当前相关领域的研究人员主要集中在雾滴沉积分布、雾滴粒径谱及作业参数优化等方面开展研究，但对于扇形喷头的喷雾羽流雾滴粒径的空间分布情况却鲜有研究。因此，为了探明典型扇形喷头喷雾羽流雾滴粒径空间的分布特性，本研究在之前孔口尺寸和喷雾压力对典型扇形航空喷头雾化特性的影响研究[20]的基础上进一步开展深层次研究，设计了不同的喷雾羽流横向和纵向轴线测量位置，采用DP-02激光粒度仪测定雾滴粒径的大小，并分析了几种典型扇形喷头喷施雾化之后的同一水平高度横截面雾滴粒径的分布以及同一横向位置纵截面雾滴粒径的分布情况，最终对不同型号扇形喷头的雾化特性进行了客观评价。研究结果可为优化农药喷洒方案、提高农药利用率，减少雾滴飘移提供参考。

1 材料与方法

1.1 喷雾测量装置

本试验喷施装置由水箱、水泵、流量计、压力表和喷头组成。可以通过一个电源适配器调节水泵处的电压，从而改变喷雾压力。测量装置（图1）使用的DP-02型喷雾粒度分析仪包括发射端（左）和接收端（右），两端分别放置在两侧的工作平台上，激光发射器和接收器距离设为120 cm，喷头置于激光正上方。详细的试验装置描述可参考姚伟祥等[20]对典型扇形航空喷头雾化特性的影响研究。

图1 测量装置Figure 1 The measuring device

试验分为横向和纵向轴线两种测定形式，具体测量示意图如图2所示。被测量的扇形喷雾羽流截面与激光垂直，其中研究横向轴线雾滴粒径的分布时，固定喷施压力0.8 MPa，喷头距离激光测量点的纵向距离固定为40 cm，等间距选取了7个连续的横向测量点（图2a）；研究纵向轴线雾滴粒径的分布时，固定喷施压力0.5 MPa，喷头距离激光20~60 cm之间，在此范围内等间距选取了5个连续的纵向测量点（图2b）。横向轴线测量点A、B、C、D、E、F、G相邻测量点之间的横向距离为10 cm，纵向轴线测量点1、2、3、4、5相邻测量点之间的纵向距离也为10 cm。

图2 测量位置Figure 2 The measurement position

1.2 方案设计

本试验共选取7 种型号喷头（图3），包括意大利ARAG 公司生产的延长范围型喷头（CFA11001、CFA110015 和CFA11002）和标准扇形喷头（SF11002 和SF110015），以及美国喷雾系统公司生产的标准扇形喷头（TeeJet11002 和TeeJet110015）。横向轴线雾滴粒径分布试验喷头分别为CFA11002 型和SF11002 型，以及TeeJet11002 型喷头，纵向轴线雾滴粒径分布试验喷头分 别 为CFA11002 型、SF110015 型、TeeJet110015 型、CFA110015 型以及CFA11001 型喷头，每种型号喷头选取3 个，所有喷头均全新无磨损。表1 为试验设计，共设置46个处理。横向轴线试验时，喷雾压力固定0.8 MPa，3种类型的喷头每种型号喷头选取3个作为重复；纵向轴线试验时，喷雾压力固定0.5 MPa，5种类型的喷头每种型号喷头同样选取3个作为重复。每次测量的时间为50 s，使用激光粒度仪来测定并记录雾滴的粒径数据，为了确保同一型号的喷头的可靠性，每次单独型号喷头喷雾试验至少重复5次，以确保同一组雾滴大小数据的标准差不大于5%。表2和表3记录了每次试验时各型号测试喷头的流量。

表1 试验设计Table 1 Experimental design

表2 横向轴线试验流量记录表Table 2 Transverse axis test flow record table L/min

表3 纵向轴线试验流量记录表Table 3 Longitudinal axis test flow record table L/min

图3 试验喷头Figure 3 Experiment nozzle

试验过程中室温保持在23 ℃，空气湿度<85%（23 ℃）且始终保持恒定，工作台坚固稳定，地面没有经常性的振动。同时，空气中没有明显的粉尘及腐蚀性气体污染，无外部强光直射透镜。工作电源波动范围小于±10%，且失真度较小。采用常温水作为试验喷雾试剂。

1.3 数据处理

本研究雾滴粒径的数据均是通过使用激光粒度仪测定，将收集到的雾滴粒径大小数据汇总在表格中，并计算平均值和标准偏差，以更好地了解该粒径大小的变化程度。分析并比较不同位置之间的雾滴粒径相关参数，得到雾滴粒径在不同位置的变化规律。

评定雾化性能参数为：DV0.1、DV0.5、DV0.9、扩散值（spread value，SV）、相对跨度（relative span，RS）[21]和雾滴粒径尺寸分类类别（droplet size classification，DSC）[22]。其中DVa的值是雾滴体积累积粒径（mm），其中（a×100）%的喷雾体积累积在直径小于该值的液滴中。DV0.5也称为体积中值直径（volume median diameter，VMD）。SV 用于表征同一组试验中重复测量结果的差异，SV越小，说明同一组的重复测试结果差异越小，SV计算公式为：

RS为液滴相对跨度，此参数反映喷头喷施雾滴的均匀性，RS越小，雾滴均匀性越好，RS计算公式为：

根据ASABE Standard S641[22]，对各型号喷头的粒径雾化尺寸进行了分级，其分级指标为体积中径的大小，具体如表4。

表4 VMD范围与DSC等级Table 4 VMD range and DSC grade

1.4 统计分析

本研究中所有的测量数据都经过excel 整理，数据分析均使用SPSS v25.0 软件完成。经检验，所有数据均满足正态分布，测量的多组数据均经过取均值和方差分析（p=0.05），将测量数据进行显著性分析，并将相应的结果用Origin 软件绘制统计图。同时将收集到的横向和纵向轴线的雾滴粒径的数据进行回归分析，回归分析的评价参数包括：R2、F和显著性水平。其中R2表示在模型中可以用来比较不同模型之间的拟合优度，一般来说，R²越大，说明模型的拟合程度越好。F变化量可以用来比较不同模型之间的统计显著性，一般来说，F越大，说明模型的自变量对因变量的解释力度越好，F越接近于1，差异性越小。通过F值对应的显著性水平评估拟合分析的统计学意义，显著性水平小于0.05，分析有统计学意义，显著性高于0.05，回归分析没有统计学意义。这些指标可以帮助评估模型的拟合优度和统计显著性，对于选择最优模型具有一定的参考作用。

2 结果与分析

2.1 横向轴线雾滴粒径分布

2.1.1 3种型号喷头在不同横向轴线测量位置的雾滴粒径分布变化 CFA11002、SF11002和TeeJet11002型号喷头在不同横向轴线测量位置的雾滴粒径分布以及显著性分析如图4。由图4可知，CFA11002喷头的DV0.1在中心位置D点时粒径最小（101.60 μm），两侧均有缓慢变大趋势；DV0.5在7个位置的粒径大小接近，结合试验数据发现，靠近中心位置处的雾滴粒径较大（233.96 μm），而靠近两侧的雾滴粒径则较小，但与中心位置雾滴粒径的极差不超过10 μm；其DV0.9变化明显，从中心点向两侧雾滴粒径呈现先增大后减小的趋势。SF11002喷头和Tee⁃Jet11002喷头的DV0.1均在中心位置D点时粒径最小，两侧粒径变大，极差分别为9.25 μm和7.97 μm；DV0.5各位置粒径大小接近，DV0.9变化明显，从中心点向两侧雾滴粒径明显地减小，极差分别为99.61 μm和63.77 μm。

图4 不同横向轴线测量位置粒径大小及显著性分析Figure 4 Size and significance analysis of different transverse axes

结合图4显著性可知，CFA11002型喷头的DV0.5由中心位置往两侧10 cm范围内变化不显著，10~20 cm范围内的DV0.5变化显著，20~30 cm 范围内的DV0.5变化不显著，且左右两侧距中心相等距离处的DV0.5不显著，说明CFA11002型喷头的DV0.5左右两侧分布有一定的对称性；CFA11002型喷头的DV0.9由中心往两侧10 cm范围内变化显著，10~20 cm 范围内的DV0.9变化不显著，20~30 cm 范围内的DV0.9变化显著，但左右距中心相等距离处DV0.9显著，说明CFA11002 型喷头的DV0.9左右两侧分布并没有很好的对称性。SF11002 型喷头的DV0.5由中心位置往两侧10 cm 范围内变化不显著，10~20 cm 范围内的DV0.5变化显著，20~30 cm 范围内的DV0.5变化不显著，且左右两侧距中心相等距离处的DV0.5变化不显著，说明SF11002 型喷头的DV0.5左右两侧分布有一定的对称性；而SF11002 型喷头的DV0.9由中心往两侧0~10 cm，10~20 cm，20~30 cm 变化均显著，同时左右距中心相等距离处DV0.9不显著，说明SF11002 型喷头的DV0.9左右两侧分布有一定的对称性。TeeJet11002 型喷头的DV0.5和DV0.9与SF11002型喷头的分布规律相同。

综合以上分析，3 种型号喷头的DV0.1和DV0.5在横向轴线中心往两侧0~30 cm 范围内变化不大，极差不超过10 μm，而CFA11002型喷头的DV0.9在横向轴线中心往两侧0~30 cm 范围内先增大后减小，且DV0.9在中心处要大于两侧。SF11002 型喷头和TeeJet11002 型喷头的DV0.9都是由中心往两侧逐渐减小，而且具有很好的对称分布特性。分析其原因为：液体从喷头喷出后，雾滴雾化依靠气流对液体的挤压作用，雾滴离开喷嘴的速度很大，由于空气阻力的影响，雾滴速度不断降低，雾滴之间发生非弹性碰撞，产生了一部分较大雾滴，而靠近喷雾角两侧的雾滴密度小，产生较大雾滴概率低，因此从同一水平面测量，会发现中间粒径要比两侧的粒径大[23]。同时CFA11002 型喷头与SF11002 型和TeeJet11002 型喷头雾滴粒径在横向轴线表现出的分布规律不同，考虑到CFA11002为延长范围型喷头，而SF11002和TeeJet11002为标准扇形喷头，所表现出来的不同的分布规律可能与喷头自身的结构设计有关。

进一步结合SV 和DSC 分析各喷头雾滴粒径的变化情况（表5）可以发现，88.9%以上数据的SV 值都小于10%，但也有部分数值大于10%，分析可能是受到外界环境的影响（如电压的波动）产生了一定误差，但整体的试验数据误差波动不大，这也说明在试验时上述3 种型号喷头的喷施性能是比较稳定的。结合DSC 数据进行分析，发现CFA11002 型所有位置的雾滴粒径尺寸分类均为C（粗），SF11002 型和TeeJet11002 型所有位置雾滴粒径尺寸分类均为VF（非常细），这说明这3种类型喷头在不同横向距离的雾化程度相同，但是CFA11002型喷头的雾滴粒径尺寸要比SF11002型和TeeJet11002型的大，这也与喷头的结构有关。

表5 各型号喷头雾滴粒径参数变化情况Table 5 Variation of the droplet particle size parameters of each nozzle

3 种型号喷头的雾滴粒径在各位置的RS 变化情况如图5，发现在不同的横向位置时雾滴均匀性也不同，CFA11002 型喷头的RS 由中心位置D 往两侧先增大后减小，左侧的极差为0.53，右侧的极差为0.29，在B、C 两位置附近的RS最大，说明CFA11002型喷头在这两点附近雾滴粒径的均匀度最差，CFA11002型喷头的RS在A和G 最小，说明CFA11002 型喷头在这两点附近雾滴粒径的均匀度最好。SF11002 型喷头的RS 由中心位置往两侧逐渐减小，左侧的极差为0.92，右侧的极差为0.71，在中心位置D处RS最大，说明SF11002型喷头在中心位置处的雾滴粒径均匀度最差，而往两侧RS逐渐减小，则说明雾滴均匀度在逐渐上升。TeeJet11002型喷头的RS由中心位置往两侧逐渐减小，RS的变化与SF11002型喷头一致，但TeeJet11002型喷头RS的极差左右两侧分别为0.53 和0.5，要比SF11002 型喷头的极差小，说明TeeJet11002 型喷头和SF11002 型喷头RS 分布规律相同，但TeeJet11002型喷头雾滴粒径分布更均匀。

图5 3种型号喷头的雾滴粒径在各位置的RS变化情况Figure 5 RS change of the particle size of the three types of nozzle

总体来看，3种喷头中间的RS大于两侧RS的值，但CFA11002型喷头RS具有先变大后减小的变化趋势，而SF11002型和TeeJet11002型喷头的RS都是中间往两侧逐渐减小，且TeeJet11002型喷头的RS变化程度小。结合上述横向轴线粒径大小的分布变化及显著性变化的分析可知，造成这种现象的原因同样是与喷头的结构设计有很大的关系，SF11002型和TeeJet11002型喷头的区别在于TeeJet11002型喷头使用不锈钢喷嘴，而SF11002型喷头使用聚合物喷嘴，而不锈钢嘴耐磨性更好，雾滴分布更均匀，因此，TeeJet11002型喷头的RS变化程度要比SF11002型的RS变化程度小。

2.1.2 同一雾滴体积累积粒径（DVa）不同横向轴线测量位置雾滴粒径的对比 3种型号喷头在不同位置的DVa对比如图6。可以明显发现，CFA11002型喷头的DV0.1要大于SF11002型以及TeeJet11002型喷头，且有明显的中间位置（D位置）粒径小，两边粒径大的趋势。而SF11002型喷头和TeeJet11002型喷头的DV0.1比较小，均处于50~70 μm之间，每个位置均只有CFA11002型号粒径的50%。相同位置处CFA11002型DV0.5在各位置要大于另外两种类型的喷头，CFA11002型、SF11002型以及TeeJet11002型喷头，从中间到两端没有明显的变化趋势。CFA11002型喷头DV0.5在250 μm之间波动，而SF11002型和TeeJet11002型喷头的DV0.5比较接近，各位置均在120 μm。同时CFA11002型DV0.9要大于另外两种类型的喷头，CFA11002型喷头的DV0.9从中间到两端头一个先变大后变小的趋势，而SF11002型以及TeeJet11002型喷头DV0.9从中间到两端逐渐变小。

结合以上分析可知，CFA11002 型喷头的雾滴粒径在同样的试验条件下，在各横向轴线测量点的雾滴粒径要大于SF11002型以及TeeJet11002型喷头，而SF11002型和TeeJet11002型喷头在各横向轴线测量点的雾滴粒径近乎相等，且结合2.1.1的分析，这两种类型喷头在横向轴线的分布变化相同，进一步表明喷头的结构是影响雾滴粒径的分布规律的重要因素。

对3 种型号喷头的DVa进行曲线拟合，拟合结果如表6。3 种型号喷头的DV0.1拟合结果均为三次幂方程，CFA11002 的R2和F的数值最大，分别为0.981 和51.619，说明该类型喷头的拟合效果最好，且显著性为0.004，小于0.05，说明不同横向轴线位置对DV0.1的数值有显著的影响。SF11002 型和TeeJet11002 型喷头的R2和F的数值对比SFA11002的数值，可知拟合效果一般，且显著性水平均大于0.05，说明横向位置因素对于SF11002型和TeeJet11002 型喷头的DV0.1无显著影响。3 种喷头的DV0.5拟合结果也均为三次幂方程，R2和F的数值都没有统计学意义，可知拟合效果一般，且显著性水平均大于0.05，说明位置因素对于3种喷头的DV0.5没有影响。3种喷头DV0.9拟合结果也均为三次幂方程，CFA11002 型喷头的R2和F的数值都没有统计学意义，可知拟合效果一般。而SF11002型和TeeJet11002型的R2接近于1，F的值远远大于1，可知这两种喷头曲线的拟合效果良好，且显著性水平均小于0.05，可知横向位置因素对DV0.9有显著的影响。

表6 3种喷头DVa的拟合分析结果Table 6 Fit analysis table of the three spray nozzles DVa

综合以上对3 种型号喷头DVa的分析可知，对于CFA11002 型喷头，DV0.1会受到测量位置的影响，中间的数值较小，两侧的数值较大，极差为16.27 μm。测量位置对DV0.5和DV0.9并没有显著性影响。对于SF11002 型和TeeJet1102型的喷头DV0.1和DV0.5，横向测量位置并不是显著性影响因素，而对DV0.9会有显著性影响，中间的数值大而两侧的数值小，极差分别达99.61 μm和63.77 μm。

2.2 纵向轴线雾滴粒径的分布

2.2.1 5种型号喷头在不同纵向轴线测量位置的雾滴粒径分布变化 5种类型喷头DV0.1、DV0.5和DV0.9的数值在不同喷洒高度下的变化趋势如图7。CFA11001型的DV0.1的值集中在107~127 μm之间，随着测定高度的增加，DV0.1呈现出缓慢增长的趋势；DV0.5介于221~277 μm之间，随着高度的增加，DV0.5逐渐下降；DV0.9随着高度增大呈较迅速的减小趋势，极差为91 μm。CFA110015型的DV0.1的值集中在102~113 μm之间，随着高度的增加，DV0.1呈现出缓慢增长的趋势；DV0.5介于238~306 μm之间，随着高度的增加，它先快后慢地下降。DV0.5随着高度的增加，没有明显的变化；DV0.9由546 μm降低到449 μm，随着高度增大呈较迅速的减小趋势。TeeJet110015型的DV0.1的值集中在48~64 μm之间，随着高度的增加，它的值呈现出缓慢增长的趋势，变化相对稳定；DV0.5介于110~133 μm之间，随着高度的增加DV0.5缓慢上升；DV0.9随着高度的增加，它的值呈现出先减小后增大的趋势。SF110015型的DV0.1的值集中在47~62 μm之间，随着高度的增加，DV0.1缓慢增长；DV0.5介于98~134 μm之间，随着高度的增加，呈现出缓慢增长的趋势，变化相对稳定；DV0.9的值介于174~244 μm，随着高度的增加，DV0.9呈现出先减小后增大的趋势。CFA11002型的DV0.1的值集中在110~127 μm之间，随着高度的增加，它的值呈现出缓慢降低再缓慢增长的趋势；DV0.5介于367~263 μm之间，随着高度的增加，它先快后慢地下降；DV0.9随着高度增大先增大后减小，极差为64 μm。

图7 喷头DV0.1 、DV0.5 、DV0.9随高度变化趋势Figure 7 Trend of nozzle DV0.1, DV0.5 and DV0.9 with height

根据各型号喷头雾滴粒径的变化趋势，发现5 种型号喷头的DV0.1随高度变化不明显，均略微上升，CFA11001喷头、CFA11002喷头、CFA110015喷头的DV0.5随高度增加而减小，其中CFA11002喷头的变化程度最大，由367 μm 减小到263 μm，CFA11001 喷头、CFA110015 喷头的DV0.9都随喷洒高度增加而迅速减小，但CFA11002 喷头的雾滴粒径随喷洒高度先快后慢地下降，又略微增大。TeeJet110015 喷头、SF110015 喷头的DV0.5随着高度增加而变大，而DV0.9随高度增加先减小后增大，具体变化趋势分析如表7。

表7 各型号喷头纵向趋势变化Table 7 Vertical trend change of each nozzle

2.2.2 各型号喷头雾滴体积中径（VMD）纵向轴线变化趋势 5种型号喷头VMD变化趋势图如图8，当喷洒高度增加时，VMD的变化趋势呈现出明显的线性变化，其中CFA11001型、CFA11002型、CFA110015型VMD随着喷洒高度的增加而减小，而SF11002型和TeeJet11002型VMD随着喷洒高度的增加而变大，且这种变化趋势也会在不同的喷洒高度下有所不同。延长范围型CFA11001型、CFA10015型和CFA11002型喷头的VMD在相同的纵向轴线测量位置逐渐增大，而标准扇形TeeJet110015喷头和SF110015喷头在相同的纵向轴线测量位置接近，所有对应变化趋势也与5种型号喷头设计结构相符合，说明试验数据可靠。

图8 CFA11001型喷头雾滴体积中径变化趋势Figure 8 Trend of the medium diameter change of type CFA11001 nozzle droplet volume.

经采用函数拟合的方法，拟合的线性回归方程参数如表8。CFA11001 型、CFA11002 型、CFA110015 型的压力系数都为负值，表明VMD 随喷洒高度增大而减小，SF11002 型和TeeJet11002 型的压力系数都为正，表明VMD 随着喷洒高度的增加而变大，但压力系数均不相等，说明各喷头的变化趋势不同。由常量系数和DSC 可知，这5种型号喷头的雾滴体积中径的尺寸分类分别为C（粗）、VC（非常粗）、C（粗）、VF（非常细）、VF（非常细）。说明在同样的条件下，预测喷头0~20 cm 处的雾滴体积中径SF11002 型和TeeJet11002 型喷头要比CFA 系列的要更小。回归分析的模型摘要中包括：R2、F和显著性水平，评价标准与2.1.2 一致。5 种喷头的显著性水平均小于0.05，说明喷洒高度对雾滴体积中径的大小均有影响，R2的数值介于0.6~1 之间，其中SF110015 的R2最接近于1，F的值远大于其他几种型号喷头，表明SF110015 型的喷头拟合效果最好，即该类型喷头雾滴体积中径随喷洒高度变化趋势稳定。对照2.1.1的分析原因可知，纵向轴线CFA系列喷头的雾滴粒径呈现出随高度减小的趋势与SF系列和TeeJet系列呈现出随高度变大的趋势与它们自身的结构密切相关。

表8 拟合分析Table 8 Fitting analysis

3 讨论与结论

本课题研究横向轴线CFA11002 型、SF11002 型和TeeJet11002 型喷头喷施时所产生的雾滴粒径尺寸和分布情况，在固定高度和0.8 MPa的喷施压力下，对这3种型号的喷头雾滴粒径进行了横向距离的测量，研究了纵向轴线CFA11001 型、CFA11002 型、CFA110015 型、SF110015 型和TeeJet110015 型喷头喷施时所产生的雾滴粒径尺寸和分布情况；并在固定0.5 MPa的喷施压力，改变不同测量高度，对这5种型号的喷头雾滴粒径进行纵向距离试验，以获得雾滴粒径的尺寸和分布数据，并对雾滴粒径分布相关数据进行统计分析，具体结论如下：

（1）不同横向轴的粒径的分布应关于中心点呈对称分布，由于实验室测试时喷施装置和测量装置存在一些限制及误差，实际试验过程中可能会影响较大雾滴粒径尺寸和雾滴分布的测量，这种影响在对CFA11002和SF11002型喷头的DV0.9分析中表现得比较明显。通过本次试验发现，3种喷头的DV0.1、DV0.5在不同横向距离的数值变化不大，极差分别为20.62 μm、12.80 μm，并且两侧关于中心点呈现对称分布，而DV0.9除了CFA11002 型喷头，TeeJet11002型和SF11002型喷头都表现出对称分布的特性，这可能与喷头的材质有关。

（2）通过对3 种型号喷头DVa数值的分析可知，喷头喷出粒径小的雾滴时，SF11002 型和TeeJet1102 型在不同横向距离，小粒径雾滴分布均匀，而喷头喷出较大的雾滴时，CFA11002型喷头在不同横向距离，大粒径雾滴分布得更均匀。

（3）5 种型号喷头的DV0.1在不同的高度测量的数值相差不大，极差均在20.62 μm 之内，但CFA11001、CFA11002、CFA110015型喷头的DV0.5、DV0.9随着高度的增加而下降，TeeJet110015型喷头的DV0.5随着高度增加而变大，DV0.9随着高度增加有一个先减小后变大的趋势，而SF110015型喷头的DV0.5、DV0.9随着高度的增加而变大，且这种变化趋势DV0.9要比DV0.5更加明显，这一结果表明喷头类型对雾滴粒径纵向分布和粒径尺寸具有重要的影响。

（4）结合横向轴线和纵向轴线雾滴粒径的分布研究发现，延长范围型CFA 系列喷头和标准扇形常规喷头的雾滴粒径尺寸呈现出两种不同的分布规律，造成这一现象的原因与喷头自身的结构设计相关。

本研究的结果可为扇形航空喷头的设计与选择提供参考，对优化植保无人机喷施作业方案也有一定指导意义。