植保无人机作为一种新型施药装备,被广泛应用在作物病虫害防治上。在棉蚜防控方面,相对于传统地面施药装备,无人机更具优势。针对目前植保无人机防治棉蚜作业时棉花植株上雾滴沉积分布特性未知,旋翼下洗气流-雾滴流-作物冠层之间的互动关系不明确,导致作业参数设置不合理,以及现有施药系统存在不足等问题,本文进行以下研究:1)以具有代表性的P20电动四旋翼植保无人机为研究对象,分别于2018年和2019年6～8月在中国农业科学院植物保护研究所库尔勒试验基地进行无人机棉蚜防治试验。采用拉丁超立方试验设计方法,探索了棉花花铃期和蕾期无人机不同作业速度、高度以及喷洒量对雾滴沉积效果的影响,特别地就棉花植株上、中、下层及各层叶片正面、背面雾滴沉积数量展开讨论,筛选出棉花生长后期无人机最优作业参数,分析了旋翼下洗气流对叶片背面(棉蚜主要寄生部位)雾滴沉积数量的影响效应。其次,针对无人机在不同气象状态下的喷洒效果展开研究,对比了白天和夜间喷洒的雾滴沉积特征与棉蚜防效,以新疆地区常规喷杆喷雾机和喷枪为对照装备,结合两种气象状态下的雾滴沉积情况和棉蚜生物习性提出新的防治策略。2)针对旋翼下洗气流对棉花叶片背面雾滴沉积数量促进效果不明显的问题进行理论研究,探索无人机旋翼下洗气流-雾滴流-作物冠层之间的互动关系。首先通过航拍获取P20植保无人机不同飞行速度下作业的影像数据,采用以光流算法为主的机器视觉技术对冠层扰动区域进行提取,分析冠层扰动区域的相对位置和形状特征。其次,使用Solidworks软件和3D扫描仪建立无人机三维模型,通过计算流体动力学方法(CFD)对无人机不同作业速度下雾滴流主要沉积区域进行仿真。结果发现,冠层扰动区域和雾滴流沉积区域不同步是旋翼下洗气流未明显改善棉花叶片背面雾滴沉积数量的主要原因,回归分析得出两区域间距与无人机作业速度之间的关系为:y=-0.3463x~2+3.0432x-5.1636,R~2=0.8778。3)理论分析了通过调节喷头倾角可以消除两区域间距,改善棉花叶片背面雾滴沉积量的可行性,试验获得无人机作业速度与最佳喷头倾角之间关系的数学模型:y=-0.367x2+6.2932x–0.8438,R2=0.8333。以该模型为依据,从硬件和软件两个方面研究设计了无人机喷头倾角自动调节系统,该系统可实现喷头倾角自动和手动两种调节模式。硬件方面包含了Arduino Uno、GPS模块、舵机及其驱动器、通讯模块、LCD液晶显示屏等模块。软件方面,开发了基于Android系统的无人机喷头倾角调节系统APP,搭建了ThingSpeak云平台,通过APP可以进行系统作业状态的远程监控和喷头倾角远程手动调节。4)将无人机喷头倾角自动调节系统安装在P20植保无人机上,通过田间试验验证该系统的喷洒性能,结果表明安装该系统后叶片正面和背面雾滴沉积数量均明显增加,说明无人机喷头倾角自动调节系统喷洒性能良好。