近期，华南农业大学硕士研究生麦燕清以第一作者身份在国际知名期刊《Biosystems Engineering》（中科院一区Top期刊）上，在线发表了题为“Analysis of the two-way fluid-structure interaction between the rice canopy and the downwash airflow of a quadcopter UAV”的研究论文。
针对无人机旋翼下洗流场作用的水稻冠层运动特性，以及无人机飞行参数对水稻冠层内气流分布的影响规律等问题，该研究提出了一种融合无人机下洗气流与水稻冠层双向流固耦合的研究方法，构建了无人机旋翼气流与水稻冠层相互作用的流固耦合模型，深入探讨了无人机下洗气流对水稻冠层的影响机制，揭示了气流与植被表面在作业过程中的复杂动态交互关系，提升了农田喷施作业的效率与精度。
通过格子-玻尔兹曼理论建立流体-水稻植被的双向耦合模型，该研究深入研究水稻冠层与混合层之间的相互作用。明确了水稻冠层对无人机下洗气流分布的影响规律，通过比较无人机悬停状态下下洗气流在无水稻冠层和有水稻冠层的分布，分析了混合层中的相干涡结构的运动和水稻植株的运动。在此基础上，定量分析在飞行状态下无人机旋翼下洗气流在水稻冠层垂直方向的速度分布规律，并探索无人机在不同的悬停高度（H=2m、H=3m和H=4m）下混合层中的相干涡旋的形态和水稻植株的弯曲程度。
该研究探索了水稻植株在无人机下洗气流的耦合作用下的运动规律，分析了无人机在水稻冠层上方飞行过程中，下洗气流在水稻冠层上形成的相干涡结构的尺度和运动状态，明确了水稻植株在无人机下洗流场作用下的四种动态行为，具体可以分为:摆动、拍打、规则摆动和不规则摆动。验证流体-水稻植被的双向耦合模型，分析测量的和模拟的下洗气流在水稻冠层内外的速度误差，误差值均小于20%；通过比较不同水稻植株行为状态下的相干涡结构，探讨混合层中相干涡旋对水稻植株弯曲程度的影响，并分析在下洗流场作用下测量的和模拟的水稻植株高度的变化误差，误差值小于20%。数值模拟中的流体域和水稻结构得到了验证。
华南农业大学工程学院硕士研究生麦燕清为论文第一作者，文晟副教授为论文的通讯作者，张建桃副教授为论文的共同作者。该研究得到了国家自然科学基金(32271985)、广东省基础与应用基础研究基金(2022A1515011008)、广州市科技计划项目(2024B03J1268、2024E04J0232)和中国农业研究体系(CARS-15-22)的项目资助。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1537511025000054
来源：华南农业大学
