Технология внесения пестицидов и удобрений беспилотными летательными аппаратами в цифровом сельском хозяйстве

БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ ПЕСТИЦИДОВ И УДОБРЕНИЙ В СИСТЕМЕ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Цифровое сельскохозяйственное производство основано на роботизированных агротехнологиях применения пестицидов и удобрений с использованием беспилотных авиационных систем, основу которых составляют беспилотные воздушные судна для мониторинга сельскохозяйственных угодий, внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов. (Цель исследований) Разработать беспилотное воздушное судно на базе вертолета для внесения пестицидов и удобрений, обосновать его технологические параметры. (Материалы и методы) Использовали Методические рекомендации по применению средств химизации в системе точного земледелия, нормативно-техническую документацию на беспилотные авиационные системы. (Результаты и обсуждение) Определили основные летно-технические и технологические параметры беспилотного воздушного судна для выполнения технологического процесса внесения пестицидов и удобрений. Установили зависимости его производительности от норм внесения рабочих жидкостей пестицидов и удобрений, длины гона сельскохозяйственного поля, расстояния подлета к полю. (Выводы) Разработали беспилотное воздушное судно вертолетного типа соосной схемы со взлетной массой 280 килограммов и полезной нагрузкой 50-80 килограммов, диаметром несущего винта 5,3 метра, конструктивной шириной захвата штанги с распылителями 5 метров, рабочей высотой полета 1-5 метров, рабочей скоростью 40-60 километров в час, нормой внесения рабочей жидкости пестицидов 10-20 литров на гектар и азотных удобрений 30-120 литров гектар. Установили рациональные значения норм внесения пестицидов – 10-20 литров на гектар, длины гона сельскохозяйственного поля – не менее 0,8 километра, обеспечивающие максимальную производительность в летный час при обработке сельскохозяйственного поля. Показали, что минимизация расстояния перелета от взлетно-посадочной площадки к полю значительно увеличивает производительность внесения пестицидов и удобрений.

В настоящее время для точного садоводства перспективны роботизированные универсальные платформы, оснащаемые модульными мультивентиляторными опрыскивателями, включающими 4-6 вентиляторов и работающими в точном садоводстве. С появлением новых технологий меняются и требования к вентиляционным системам опрыскивания. (Цель исследования) Обосновать конструктивно-технологические параметры модуля мультивентиляторного опрыскивателя. (Материалы и методы) Провели исследования, опираясь на основные уравнения сохранении энергии и массы в прикладной газовой динамике: уравнение Бернулли, уравнение неразрывности потока. Использовали методику оценки распределения давлений в воздуховоде вентиляторов и аналитические выражения расчета газовой струи, а также стандарты для установления универсальных параметров и размеров вентиляторов и распылителей жидкости. (Результаты и обсуждение) Теоретически рассчитали основные параметры: расход воздуха для покрытия заданного объема кроны – 11,28 метра кубического в секунду; расход воздуха одним вентилятором – 1,88 метра кубического в секунду; скорость потока воздуха при выходе из вентилятора – 17,9 метра в секунду; полное давление, развиваемое вентилятором – 192,25 паскаля; мощность, необходимая для привода одного вентилятора – 0,170 киловатта; установочная мощность двигателя вентилятора – 0,204 киловатта; длину начального участка струи – 1,53 метров; осевую скорость струи – 13,6 метра в секунду, расход воздуха – 12,84 метра кубического в секунду, диаметр круглой струи 1,58 метра. (Выводы) Обосновали технологическую схему мультивентиляторного опрыскивателя. Предложили расчетные уравнения, устанавливающие характер распределения статического, динамического и полного давления в различных сечениях вентилятора опрыскивателя. Представили алгоритм расчета параметров модуля опрыскивателя. Установили для конкретных условий численные значения параметров модуля мультивентиляторного опрыскивателя.

In this article the authors provide an economic assessment of the technology of using unmanned aircraft systems in digital agriculture and justify the optimal requirements for its main technological parameters. As a measure of comparative evaluation of various options for implementing the system, an estimate of the cost of performing the technological process of using pesticides, fertilizers and other agrochemicals in conditional price units is proposed. A multi-factor experiment was carried out and variants of a mathematical model describing the relationship between agrotechnological factors and the final resultant, expressed in the conditional cost of processing 1 Ha of agricultural land, were obtained. The optimal values of the parameters are obtained for various variants of fixing factors at the specified levels. The influence of the most significant agrotechnological factors on the cost of the technological process of using pesticides, fertilizers and other agrochemicals is shown. The values of factors that should be used in the development of new types of unmanned aerial vehicles to ensure their maximum demand in agriculture and economic efficiency are proposed.