Спосіб захисту рослин за допомогою комплексу на базі безпілотного літального апарата

Реферат: UA 77504 U UA 77504 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до авіації та сільського господарства, а конкретно - до способів захисту рослин від шкідників, збудників хвороб і бур'янів за допомогою безпілотного літального апарата (БПЛА). Сучасні способи захисту сільськогосподарських рослин за допомогою авіації ґрунтуються на переважному використанні літака АН-2 (Полная энциклопедия мировой авиации: Самолеты и вертолеты XX столетия / под. ред. Д. Дональда. - Самара: Корпорация "Федоров", 1997. - С. 53). При використанні АН-2 для захисту рослин використовується робоча рідина з додаванням від 50 до 100 літрів води на 1 гектар, що вноситься з висоти 20-30 метрів. При цьому затрати на пальне А-95 складають від 0,7 літрів на гектар. Недоліками цього способу є великі затрати пального; складна і дорога інфраструктура (аеродроми, технічна база, контроль повітряного руху та ін.); наявність ризику помилки при ручному керуванні літака на низькій висоті 20-30 метрів; шкідливий для здоров'я пілота контакт з розпиленими засобами захисту в повітрі; розпилення засобів захисту поза межами поля на інші рослини та дерева; забруднення підземних вод в результаті внесення засобів захисту рослин з великою кількістю води від 50 до 100 літрів на гектар. Відомі способи захисту сільськогосподарських рослин за допомогою БПЛА (П. № 34952, П. № 73712). Недоліком способу захисту сільськогосподарських рослин за допомогою БПЛА (П. № 34952 Україна, МПК В64С 39/02, Одномоторний безпілотний літальний апарат для захисту рослин / Матійчик М.П., Рибальченко О.С, заявл. 10.04.2008; опубл. 26.08.2008) є обмежене коло засобів захисту рослин, що можуть бути використані, у зв'язку з конструктивними особливостями цього БПЛА: лише розпилення порошкоподібних субстанцій, таких як трихограма, що захищає рослини лише від деяких шкідників та не захищає від бур'янів та хвороб. У повному спектрі робіт з захисту рослин від шкідників розпилення трихограми займає менше 5 % (в основному, захист від метеликів). Найбільш близький до запропонованого є спосіб захисту рослин за допомогою БПЛА (П. № 73712 Україна, МПК В64С 39/00, Безпілотний літальний апарат для сільського господарства / Харченко В.П., Священко Ю.І., Орлов Μ. О., заявл. 14.02.2012; опубл. 10.10.2012). Цей спосіб не передбачає управління БПЛА у автоматичному режимі та потребує залучення оператора, що обмежує можливість використання цього способу захисту рослин (лише в зоні видимості БПЛА) та унеможливлює використання БПЛА у нічний час. Суть корисної моделі виражається сукупністю наступних суттєвих ознак, які відрізняють запропонований спосіб від відомих способів захисту сільськогосподарських рослин: перша можливість здійснювати роботи, з захисту рослин у нічний час; друга - керування БПЛА в автоматичному режимі на висоті 5-10 метрів за допомогою автопілоту; третя ультрамалооб'ємне розпилення рідких засобів захисту рослин з регульованою подачею та дисперсністю краплин. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб захисту рослин за допомогою комплексу на базі БПЛА (Фіг. 1 та Фіг. 2) з використанням енерго- та ресурсозберігаючих технологій ультрамалооб'ємного розпилення засобів захисту рослин з регульованою дисперсністю в режимі автоматичного польоту, що приведе до наступного технічного результату: зниження вартості робіт за рахунок економії пального (витрати пального складають від 0,13 літрів на гектар при продуктивності 75 гектарів на годину; розрахунок витрат пального наведено у Таблиці 1); підвищення якості захисту рослин завдяки можливості здійснювати роботи з захисту рослин у нічний час, коли відсутня турбулентність повітря, що впливає на рівномірність розпилення засобів захисту; зниження ризиків, пов'язаних з керуванням літака на малій висоті завдяки автопілоту, що тримає літак на заданій висоті від 5 до 10 метрів з заданою точністю 1 метр; відсутність ризику погіршення здоров'я пілота із-за контакту з розпиленими засобами захисту в повітрі у зв'язку з відсутністю пілота на борту літака; можливість розміщення мобільного центру керування польотами (Фіг. 3) будь-де за межами поля; зниження ризиків, пов'язаних із забрудненням навколишнього середовища під час захисту рослин за рахунок використання ультрамалооб'ємного обприскування з нормою розходу засобів захисту від 1 до 3 літрів на гектар; відсутність ризику потрапляння засобів захисту рослин за межі поля на інші рослини та дерева за рахунок того, що розпилення засобів захисту рослин контролюється автопілотом, який при досягненні літака контрольної точки виходу за межі поля автоматично відключає насоси подачі засобів захисту на розпилювачі. Поставлена задача вирішується в запропонованому способі захисту рослин шляхом використання БПЛА, який характеризується найбільш оптимальним співвідношенням ваги корисного завантаження до повної ваги БПЛА 50 % та співвідношенням статичної тяги двигуна до повної ваги літака 50 %. Основні технічні характеристики БПЛА наведені в Таблиці 2. На Фіг. 4 показано процес захисту рослин за допомогою БПЛА. 1 UA 77504 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Керування БПЛА здійснюється як в ручному, так і в автоматичному режимі з використанням GPS навігації та ультразвукового або барометричного висотоміру. Керування БПЛА в автоматичному режимі здійснюється за допомогою автопілоту. Автопілот стабілізує БПЛА у повітрі та керує ним відповідно до польотного завдання. Польотне завдання включає команди: виконання автоматичного зльоту та посадки - підльоту від міста зльоту до поля та повернення після виконання робіт - прольоту між контрольними точками входу та виходу з поля - маневру розвороту поза межами поля - керування насосами розпилювачів - керування літаком при виникненні неочікуваних ситуацій. Оператор встановлює двосторонній зв'язок між БПЛА та центром керування польотами для отримування даних телеметрії моніторингу стану БПЛА та контролю виконання нельотного завдання. Моніторинг та контроль здійснюються за допомогою програми Horizon 3.5. (Фіг. 5) Послідовність дій в запропонованому способі захисту рослин та умови їх проведення в автоматичному режимі керування БПЛА: 1. Експлуатаційна бригада у складі техніка-інженера та оператора БПЛА виїжджає на поле та робить заміри необхідних параметрів (GPS координати периметра поля, форми ландшафту та наявності перешкод) для розробки польотного завдання. 2. Параметри поля у вигляді вхідних даних заносяться в програму Waypoint Grid Generator Tool, результатом якої є файл зі списком контрольних точок входу і виходу з поля, що додаються до файлу польотного завдання. Контрольні точки розраховуються автоматично програмою на базі GPS координат периметра поля з урахуванням ширини розпилення, напрямку вітру, особливостей ландшафту та наявності перешкод. 3. Після технічної підготовки БПЛА до виконання робіт з захисту рослин, що включає зарядження акумуляторних батарей, заправку паливом та засобами захисту, ініціалізації автопілоту та перевірки стану роботи інших систем БПЛА, оператор завантажує файл польотного завдання, яке активується після запуску двигуна. Під час виконання польоту автопілот послідовно виконує команди файлу польотного завдання. Оператор стежить за даними телеметрії всіх систем БПЛА, а також статусу виконання польотного завдання. Оператор має можливість втрутитися у виконання польотного завдання та змінити його у разі виникнення непередбачуваних ситуацій. 4. Після виконання робіт з захисту рослин автопілот повертає БПЛА до місця зльоту та здійснює автоматичну посадку. Оператор завантажує з пам'яті автопілоту лог-файл, що містить всі дані телеметрії польоту, для після польотного аналізу та підготовки звіту. Перелік фігур креслення. На Фіг. 1 та Фіг. 2 зображено БПЛА РАМ-20-1 на землі з різних ракурсів. На Фіг. 3 показано мобільний центр керування польотами. На Фіг. 4 показано політ БПЛА та процес розпилювання засобів захисту рослин. На Фіг. 5 зображено інтерфейс програми Horizon 3.5, за допомогою якого здійснюється контроль стану БПЛА та виконання польотного завдання. Відомості, які підтверджують можливість здійснення винаходу (корисної моделі). Захист рослин способом, що пропонується, показав високу та надійну ефективність розпилення засобів захисту з використанням БПЛА. В результаті було здійснено тестові автоматичні польоти над полем з розпиленням засобів захисту з нормою внесення 1, 2 та 3 літри на гектар. Розпилення рідини проводилося з висоти 5 та 10 м на спеціальні лакмусові тестові пластини, що дозволило встановити ширину розпилення, кількість краплин на 1 см кв. та рівномірність розпилення. Результати випробувань розпилення засобів захисту наведені в Таблиці 3. Отже, наведені приклади реалізації способу, що пропонується, показують його перевагу перед іншими способами, високу ефективність, екологічну безпечність, технологічність та економічність. 50 Таблиця 1 Порівняння витрат пального при використанні традиційних літаків, мотодельтапланів та БПЛА для виконання робіт з захисту рослин. Параметр Швидкість засобу виконанні робіт Одиниці при Традиційний літак Дельтаплан Т-2М на базі АН-2 Чибис км/год. 150 2 70 Безпілотний літак 100 UA 77504 U Продовження таблиці 1 Порівняння витрат пального при використанні традиційних літаків, мотодельтапланів та БПЛА для виконання робіт з захисту рослин. Ширина захвату розпилення Продуктивність без врахування маневрів Час на маневри від загального робочого часу Продуктивність з врахуванням маневрів Витрати пального метри 40 20 15 гектари/год. 600 140 150 50 % 65 % 50 % гектари/год. 300 49 75 літри/год. літри/гектар 200 0.67 15 0.31 10 0,13 відсотки Таблиця 2 Основні технічні характеристики БПЛА РАМ-20-1 та РАМ-50-1. Технічні характеристики Розмах крила Хорда крила Максимальна потужність двигуна Максимальна вага БПЛА Максимальна вага корисного завантаження Тривалість польоту без дозаправки Одиниці виміру Метри Метри кВт Кг Кг Год. РАМ-50-1 5 11 100 50 2 РАМ-20-1 4.5 0.5 8 50 20 1 Таблиця 3 Результати випробувань методу захисту рослин за допомогою БПЛА на базі РАМ-20-1 в автоматичному режимі. Параметр Мінімальне значення Максимальне значення метри 10 15 тис. об./хв. 5 10 літри/гектар 1 3 одиниць 20 мікрон 150 Одиниці виміру Ширина захвату розпилення засобів захисту з висоти 5 метрів Швидкість обертів розпилювачів на швидкості 100 км/год. Норма внесення засобів захисту Кількість краплин на кв. см при нормі 1 л/га Розмір краплин при швидкості обертів розпилювачів 5 тис. об/хв зо 250 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб захисту сільськогосподарських рослин, що передбачає використання як носія засобів захисту рослин безпілотного літального апарата, який відрізняється тим, що в автоматичному режимі як вдень, так і в нічний час здійснюється ультрамалооб'ємне розпилення рідких засобів захисту рослин з регульованою подачею та дисперсністю краплин. 3 UA 77504 U 4 UA 77504 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5