Мультикоптери в агробізнесі

Мультикоптери в агробізнесі

/ Механізація АПК / П'ятниця, 10 грудня 2021 10:27

Застосування сучасних мультикоптерів дасть можливість аграріям суттєво збільшити ефективність застосування пестицидів на полях

Сучасний розвиток аграрних технологій у світі та потреба у збільшенні ефективності застосування пестицидів стимулює виробників самохідних і причіпних обприскувачів змагатися у підвищенні їхньої продуктивності. Для цього на ринку для рекламного ефекту створюють абсурдні рішення: доводять ширину захвату самохідних машин до 52 м, місткість їх бака з розчином пестицидів — до 15 тис. л тощо.

Нині проблемою використання наземних обприскувачів є неможливість роботи на перезволожених ґрунтах у ранньовесняний період або після рясних дощів. Існують проблеми й за обприскування високорослих (до 3 м) посівів сільгоспкультур.

Одним із варіантів усунення проблем є застосування мультикоптерів, які з допомогою сучасного програмного забезпечення можуть летіти в автоматичному режимі в будь-якому напрямку; оминати перешкоди, розвертатися в кінці гонів поля практично миттєво (за 3–5 с); завдяки використанню повітряних потоків від гвинтів, що спрямовані до ґрунту; осаджують краплини пестицидів; застосовувати малооб’ємне (до 50 л/га) обприскування, що, порівнюючи з класичним на сучасних обприскувачах, у 4 рази менше. Крім того, дрони можуть обприскувати й високорослі рослини зі швидкістю до 10 м/с, що в 3–4 рази більше, ніж наземні засоби.

 

Технічні особливості мультикоптерів

Маневрують мультикоптери, змінюючи швидкості обертання гвинтів. Наприклад: пришвидшити всі гвинти — підіймання; пришвидшити гвинти з одного боку й уповільнити з іншого — рух у бік; пришвидшити гвинти, що обертаються за годинниковою стрілкою, й уповільнити, що обертаються проти — поворот навколо своєї осі.

Щоб забезпечити стабільний політ, мультикоптер обладнують трьома гіроскопами, що фіксують крен апарата. Як допоміжний інструмент також застосовують акселерометр, дані від якого дозволяють контролеру встановлювати абсолютно горизонтальне положення машини, і бародатчик, який фіксує апарат на потрібній висоті польоту.

Застосовують радар для автоматичної посадки й утримання невеликої висоти та для обминання перешкод. І найголовніше — GPS-приймач, що записує маршрут польоту агрегата з комп’ютера, а також, повертає апарат в точку зльоту в разі втрати керівного радіосигналу. Є можливість знімати параметрів польоту.

Наші розрахунки свідчать, що завдяки великій швидкості руху і мінімальному часу на повороти в кінці гону поля один мультикоптер із шириною захвату 5 м може замінити наземний обприскувач завширшки захвату 20 м.

 

Фейки та проблеми мультикоптерів

Зазначимо, що серед виробників і користувачів мультикоптерів поширені рекламні твердження, що ця техніка нібито дозволяє вести мікрооб’ємне обприскування посівів (до 10 л/га робочого розчину пестицидів). Це хибна думка з двох міркувань. По-перше, таке обприскування перетворює робочий розчин на туман, контролювати який дуже важко, особливо за наявності вітру, що неприйнятно з міркувань екології. По-друге, як показують розрахунки, це не на багато підвищує продуктивність (за місткості бака для пестицидів 75 л). В деяких моделях вона зростає всього в 1,5 раза. Тут також треба додати й складніше та дорожче обладнання, необхідне для ультрамалооб’ємного обприскування.

Опоненти мультикоптерів головним аргументом проти їх застосування називають витрату значного часу на заміну акумуляторів, які в сучасних мультикоптерах можуть працювати всього 10–15 хв. Насправді ж зменшення часу дії акумулятора з 180 до 10 хв знижує продуктивність тільки на 10%. Це можна пояснити тим, що в сучасних мультикоптерах час на заміну акумулятора становить 1–2 хв, який у балансі часу зміни займає незначну частку, що не може істотно вплинути на продуктивність.

22 461 66

Щодо необхідності у великій кількості змінних акумуляторів, то цю проблему дуже просто вже усунула вітчизняна компанія «Аеросервіс», що обладнала мультикоптер гібридною силовою станцію, в основу якої покладено акумулятор для привода гвинтів мультикоптера і бензинового двигуна із зарядним пристроєм для підтримання стабільного живлення акумулятора.

Іншим аргументом опонентів мультикоптерів є мала місткість бака для розчину пестицидів (зазвичай 20 л), що встановлюється на них. Насправді ж ці, на перший погляд, аргументовані побоювання перебільшені. Так, за ширини захвату 5 м за малооб’ємного обприскування збільшення місткості бака з 20 до 80 л призведе до підвищення продуктивності на 25%. Причому ці дані стосуються місткості бака до 30 л, тому що подальше збільшення місткості практично не призводить до зростання продуктивності. За ширини захвату 10 м збільшення місткості від 20 до 80 л призведе до зростання продуктивності всього на 10%.

Щодо роботи мультикоптера із шириною захвату більше як 10–12 м зазначимо, що, як було вже показано вище, це економічно малоефективно і на цьому етапі розвитку техніки є складною проблемою через необхідність додаткової стабілізації штанги з обприскувальним обладнанням від бокових коливань за невисокої (від 1 м) висоти польоту.

Аналогічний технологічний аналіз роботи наземних обприскувачів показав, що на їх продуктивність істотно впливає довжина гону; за зменшення його менше як 600 м, особливо за ширини захвату більше за 30 м, продуктивність може знизитися до 20%, що пояснюється збільшенням кількості поворотів у кінці гону з тим, що час на подолання одного повороту залежно від ширини захвату становитиме 30–75 с.

 

Розвиток ринку мультикоптерів

Матеріали цієї статті свідомо не торкаються так званих дронів, які належать до малої авіації, мають форму мінілітака й використовують переважно у військових цілях. Для захисту посівів сільгоспкультур вони малопридатні через занадто великі швидкості (від 80 км/год) і висоти польоту (від 5 м), що неприйнятно для такої відповідальної операції, як якісне розпилення розчину пестицидів.

Сьогодні кількість виробників мультикоптерів у світі для різних галузей господарювання становить понад 500 брендів. Світовим лідером тут є Китай, де лідирує DJI, яка утримує понад 75% ринку. Другим брендом із виробництва мультикоптерів є Parrot, третій — Yuneec. За даними аналітиків, у 2020 році оборот світового ринку безпілотних літальних апаратів перевищує 11,2 млрд доларів, причому масштаби їх застосування у США щорічно зростають на третину, а в Китаї — взагалі майже в геометричній прогресії.

Зазначене вище переконливо свідчить про те, що ера наземних обприскувачів невпинно добігає кінця. Крім наведених аргументів на користь цього є те, що якщо мультикоптер із шириною захвату 10–12 м коштуватиме навіть 1 млн гривень, (зазвичай коштує менше) за продуктивністю він не поступатиметься суперсучасному самохідному обприскувачу із шириною захвату 50 м, але вартістю 15 млн гривень.

Пошук раціонального конструкційного рішення мультикоптера з обладнанням для внесення пестицидів у світі триває широким фронтом. Через відсутність технологічного обґрунтування процесу було запропоновано безліч конструкцій — від пілотованого GYRO PRACT з одним гвинтом, The Swarm — з 54 гвинтами, безпілотного вантажного з 18 гвинтами із загальним діаметром 9,2 м VoloDrone — John Deere тощо, які не розв’язали головного питання — якісного внесення пестицидів.

На сьогодні світове виробництво обладнання до мультикоптерів для захисту рослин рухається трьома напрямами: локальне нанесення (розпилювання розташовано посередині мультикоптера під його гвинтами), просторове із використанням поперечної штанги (розпилювання під мультикоптером і за межами дії його гвинтів) і фронтальне (розпилювання по всій ширині захвату посередині між гвинтами, розташованими по всій ширині захвату на рамці).

Перший напрям забезпечує невелику ширину внесення (2–3 м) через те, що розпилювач перебуває в зоні дії повітряних струменів від гвинтів мультикоптера, тому його застосовують переважно для розселення трихограми, яка на поверхні ґрунту додатково розповсюджується внаслідок біоресурсу на ширину до 5–6 м; другий найпоширеніший — для розпилювання біологічних або хімічних засобів захисту рослин на більшій (до 6 м) ширині захвату, проте з невисокою рівномірністю через те, що центральні розпилювачі — в зоні дії повітряних струменів від гвинтів, а периферійні — за межами цієї зони й через це спостерігаються неоднакові умови роботи; третій уже не має недоліків попередніх систем завдяки тому, що всі розпилювачі працюють в однакових умовах, тому він найперспективніший, забезпечує велику (до 9–12 м) ширину захвату, хоча потребує значної кількості гвинтів (до 24) і більш чутливий до впливу вітру. Він має такий недолік: факели розпиленого розчину засобів захисту рослин перебувають у зоні повітряних потоків від гвинтів, які будуть викривляти їх геометрію і, відповідно, зменшувати рівномірність внесення.

Аналіз результатів досліджень і патентної інформації щодо захисту сільськогосподарських культур від шкідників і хвороб із застосуванням мультикоптерів окреслив перспективний спосіб цього напряму, який полягає в тому, що для зменшення негативної дії вітру на процес обприскування штанга з обприскувальним обладнанням розташовується посередині між гвинтами мультикоптера — це дозволить захистити факели розпиленої рідини повітряними потоками від гвинтів мультикоптера, які створюватимуть захисну повітряну завісу спереду і позаду факелів розпиленої рідини. Відстань між розпилювачами для забезпечення рівномірного вкриття площі, що обробляється, має дорівнювати половині ширини розпилення одного розпилювача, а відстань між поздовжніми рядами гвинтів має бути такою, щоб горизонтальні проєкції від їх повітряних факелів не торкались аналогічних від факелів розпиленої рідини.

 

Юлій ВОЖИКд-р тех. наук
Сергій МАРАНДАнауковий співробітник
Петро ВІТРУХнауковий співробітник
Національний науковий центр «Інститут механізації
та електрифікації сільського господарства»

 

svidome

 26 січня 2022
Сьогодні, 26 січня, Верховна Рада України ухвалила за основу законопроєкт №6070-1, метою якого є врегулювання організації роботи пов’язаної з реєстрацією тракторів, дорожньо-будівельних і меліоративних машин, сільськогосподарської техніки тощо.
Сьогодні, 26 січня, Верховна Рада України ухвалила за основу законопроєкт №6070-1, метою якого є врегулювання організації роботи пов’язаної з реєстрацією тракторів, дорожньо-будівельних і меліоративних машин, сільськогосподарської техніки тощо.
26 січня 2022
 26 січня 2022
«Прозорро.Продажі» розробили та запустили окремий відкритий модуль аналітики з ключовими показниками щодо проведення в Україні земельних аукціонів.
«Прозорро.Продажі» розробили та запустили окремий відкритий модуль аналітики з ключовими показниками щодо проведення в Україні земельних аукціонів.
26 січня 2022
 26 січня 2022
У постанові Кабінету Міністрів України №40 від 19 січня 2022 року затверджено нові умови для заходу іноземних суден у річкові порти України.
У постанові Кабінету Міністрів України №40 від 19 січня 2022 року затверджено нові умови для заходу іноземних суден у річкові порти України.
26 січня 2022
 26 січня 2022
Озимі культури в Україні протягом другої декади січня перебували в стані зимового спокою.
Озимі культури в Україні протягом другої декади січня перебували в стані зимового спокою.
26 січня 2022
 26 січня 2022
Минулого тижня ф’ючерси на пальмову олію на біржі в Малайзії виросли на 7,3% до рекордних 5322 рінггитів/т або $1271 за т слідом за цінами на нафту. Проте головним драйвером зростання стала новина про обмеження експорту сирої пальмової олії з Індонезії, яка є її найбільшим світовим виробником та експортером, реалізуючи щороку майже 50 млн т.
Минулого тижня ф’ючерси на пальмову олію на біржі в Малайзії виросли на 7,3% до рекордних 5322 рінггитів/т або $1271 за т слідом за цінами на нафту. Проте головним драйвером зростання стала новина про обмеження експорту сирої пальмової олії з Індонезії, яка є її найбільшим світовим виробником та експортером, реалізуючи щороку майже 50 млн т.
26 січня 2022
 26 січня 2022
На продовольчому ринку України спостерігається стійка тенденція до зростання цін практично на всі продукти харчування, яка спостерігатиметься й надалі.
На продовольчому ринку України спостерігається стійка тенденція до зростання цін практично на всі продукти харчування, яка спостерігатиметься й надалі.
26 січня 2022
До відкриття ринку землі лишилося ЧИТАТИ

Please publish modules in offcanvas position.