近期，工程學(xué)院碩士研究生麥燕清以第一作者身份在國際知名期刊《Biosystems Engineering》（中科院一區(qū)Top期刊）上，在線發(fā)表了題為“Analysis of the two-way fluid-structure interaction between the rice canopy and the downwash airflow of a quadcopter UAV”的研究論文,。

　　針對無人機旋翼下洗流場作用的水稻冠層運動特性,，以及無人機飛行參數(shù)對水稻冠層內(nèi)氣流分布的影響規(guī)律等問題，該研究提出了一種融合無人機下洗氣流與水稻冠層雙向流固耦合的研究方法，構(gòu)建了無人機旋翼氣流與水稻冠層相互作用的流固耦合模型，深入探討了無人機下洗氣流對水稻冠層的影響機制，揭示了氣流與植被表面在作業(yè)過程中的復(fù)雜動態(tài)交互關(guān)系,，提升了農(nóng)田噴施作業(yè)的效率與精度。

　　通過格子-玻爾茲曼理論建立流體-水稻植被的雙向耦合模型,，該研究深入研究水稻冠層與混合層之間的相互作用,。明確了水稻冠層對無人機下洗氣流分布的影響規(guī)律，通過比較無人機懸停狀態(tài)下下洗氣流在無水稻冠層和有水稻冠層的分布,，分析了混合層中的相干渦結(jié)構(gòu)的運動和水稻植株的運動,。在此基礎(chǔ)上，定量分析在飛行狀態(tài)下無人機旋翼下洗氣流在水稻冠層垂直方向的速度分布規(guī)律,，并探索無人機在不同的懸停高度（H=2m,、H=3m和H=4m）下混合層中的相干渦旋的形態(tài)和水稻植株的彎曲程度。

　　該研究探索了水稻植株在無人機下洗氣流的耦合作用下的運動規(guī)律,，分析了無人機在水稻冠層上方飛行過程中,，下洗氣流在水稻冠層上形成的相干渦結(jié)構(gòu)的尺度和運動狀態(tài),，明確了水稻植株在無人機下洗流場作用下的四種動態(tài)行為，具體可以分為:擺動,、拍打,、規(guī)則擺動和不規(guī)則擺動。驗證流體-水稻植被的雙向耦合模型,，分析測量的和模擬的下洗氣流在水稻冠層內(nèi)外的速度誤差,，誤差值均小于20%；通過比較不同水稻植株行為狀態(tài)下的相干渦結(jié)構(gòu),，探討混合層中相干渦旋對水稻植株彎曲程度的影響,，并分析在下洗流場作用下測量的和模擬的水稻植株高度的變化誤差，誤差值小于20%,。數(shù)值模擬中的流體域和水稻結(jié)構(gòu)得到了驗證,。

　　華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院碩士研究生麥燕清為論文第一作者，文晟副教授為論文的通訊作者,，張建桃副教授為論文的共同作者,。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(32271985)、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金(2022A1515011008),、廣州市科技計劃項目(2024B03J1268,、2024E04J0232)和中國農(nóng)業(yè)研究體系(CARS-15-22)的項目資助。

　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1537511025000054

文圖/工程學(xué)院