Комплекс для захисту рослин на базі безпілотного літального апарата

Реферат: UA 87738 U UA 87738 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до авіаційної безпілотної техніки цивільного призначення і може бути використана у сільському господарстві як носій технічних засобів захисту рослин від шкідників, збудників хвороб і бур'янів за допомогою безпілотного літального апарата (БПЛА). Найбільш відомий літальний апарат для сільського господарства - це літак АН-2 (Полная энциклопедия мировой авиации: Самолеты и вертолеты XX столетия / под. ред. Д. Дональда. Самара: Корпорация "Федоров", 1997. - С. 53). Використання АН-2 для захисту рослин є неефективним на малих ділянках, тому що використовується робоча рідина з додаванням від 50 до 100 літрів води на 1 гектар, що вноситься з висоти 20-30 метрів. Недоліками використання АН-2 для захисту сільськогосподарських рослин 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; розпил 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. Відомий БПЛА для захисту сільськогосподарських рослин (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) має такий недолік: обмежене коло засобів захисту рослин, що можуть бути використані, у зв'язку з конструктивними особливостями цього БПЛА (розпилення лише 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 розпил трихограми займає менше 5 % (в основному, захист від метеликів). Як прототип вибрано відомий БПЛА для сільського господарства (П. № 73712 Україна, МПК В64С 39/00, Безпілотний літальний апарат для сільського господарства/ Харченко В.П., Священко Ю.І., Орлов М.О., заявл. 14.02.2012; опубл. 10.10.2012). Використана конструктивна схема у цьому БПЛА має такий недолік: конструкція не передбачає управління у автоматичному режимі та потребує залучення оператора, що обмежує можливість використання цього БПЛА (лише в зоні видимості БПЛА) та унеможливлює використання БПЛА у нічний час. Суть корисної моделі виражається сукупністю наступних суттєвих ознак, які відрізняють запропонований БПЛА від відомих БПЛА для захисту сільськогосподарських рослин: перша конструктивна ефективність БПЛА, що виражається у співвідношенні 50 % ваги корисного завантаження до загальної ваги літака; друга - підвищена енергоозброєність БПЛА, що виражається у співвідношенні 45 % статичної тяги двигуна до повної ваги БПЛА, що дозволяє ефективніше маневрувати під час виконання робіт з захисту рослин; третя - модулізація всіх елементів БПЛА, що спрощує підготовку БПЛА до польотів та його обслуговування; четверта автоматизація процесу захисту рослин завдяки автопілоту, що дозволяє проводити роботи у нічний час та на відстані. Поставлена задача вирішується тим, що удосконалити конструкцію БПЛА (Фіг. 1, 2, 3) для підвищення ефективності захисту рослин шляхом використання енерго- та ресурсозберігаючих технологій ультрамалооб'ємного розпилення засобів захисту рослий з регульованою дисперсністю в режимі автоматичного польоту, що приведе до наступного технічного результату: підвищення ефективності використання БПЛА за рахунок оптимального співвідношення ваги корисного завантаження до загальної маси літака 50 %; підвищення енергоозброєності для маневрування БПЛА над полем та за його межами за рахунок оптимального співвідношення потужності двигуна до загальної маси літака 110 W/kg; спрощення підготовки до вильоту (20 хв.) та обслуговування БПЛА за рахунок модулізації всіх його елементів. Основні технічні характеристики БПЛА з робочою назвою РАМ-50-1 наведені в Таблиці 1. Конструктивними елементами БПЛА (Фіг. 1, 2, 3) є силовий модуль, хвостовий модуль, криловий модуль, хімічний модуль, модуль електроніки та електрообладнання. Силовий модуль складається з двигуна з редуктором, пропелером, та глушником 1, моторами з амортизаторами, силову трубу з фланцем з'єднання з хвостовим модулем, передньої та задньої ресори шасі з вузлами кріплення до силової труби 2, 4 шасі з гальмовими системами (на задніх шасі) 3, пілон з вузлами кріплення крила та стяжками 4, підкоси кріпленнякрила 5, паливна система з трубопроводами, видатковим баком та краном для зливу залишків палива та дренажем 6, вузли кріплення модуля електроніки. Хвостовий модуль включає стабілізатор з рулями висоти 7, кіль з кермом повороту 8, хвостову балку 9, фланець з болтами кріплення до силового модуля, ресору кріплення горизонтального оперення з гайками кріплення, освітлення з габаритними та проблисковими вогнями. 1 UA 87738 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Криловий модуль включає праве та ліве крила з елеронами 10, паливні баки, розташовані в крилах 11, приймачі повітряного та постійного тиску, освітлення з фарами, габаритними та проблисковими вогнями, вузли кріплення хімічного модуля. Хімічний модуль включає 2 хімічні баки загальною ємністю 50 л з кріпленнями, що встановлюються під крилами 13. На кожному баку встановлено насос з фільтром, 2 розпилювача з регульованою швидкістю обертів 14, хімічні трубопроводи. Модуль електроніки та електрообладнання включає радіоблок, що містить автопілот, комунікаційний модем, пошуковий GPS/GPRS маяк, елементи живлення з системою розподілу, аналого-цифровий перетворювач, цифровий компас, ультразвуковий висотомір, приймач сигналів з пульта передавача 12, GPS-антену, роз'єми для підключення електрики всіх модулів до радіоблока, електропроводку, сервоприводи. На силовому модулі розміщено електрогенератор та електростартер двигуна, вимикачі живлення, сенсори температури циліндра двигуна та вихлопних газів. На хімічному модулі розміщено датчики швидкості обертів розпилювачів та потужності насосів та датчики залишків хімічної рідини в баках. Використання БПЛА здійснюється в ручному або автоматичному режимі (з використанням GPS навігації для контролю положення БПЛА над полем відносно польотного завдання та ультразвукового або барометричного висотоміру для контролю висоти польоту). Керування БПЛА в автоматичному режимі здійснюється за допомогою автопілота. Автопілот стабілізує БПЛА у повітрі та керує ним відповідно до файлу 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 з метою моніторингу стану БПЛА та контролю виконання польотного завдання. Моніторинг та контроль здійснюються за допомогою програми Horizon 3.5. (Фіг. 5) Перелік фігур креслення. Технічне рішення пояснюється кресленнями. На Фіг. 1, 2, 3 зображено БПЛА РАМ-50-1 на землі з різних ракурсів. На Фіг. 1 - вигляд збоку у масштабі М 1:30, де 2 - ресори шасі з вузлами кріплення до силової труби, 3 - шасі з гальмовими системами, 6 - паливна система з трубопроводами, видатковим баком та краном для зливу залишків палива, 8 - кіль з кермом повороту, 9 - хвостова балка, 12 - радіоблок. На Фіг. 2 вигляд зверху у масштабі М 1:30, де 1 - двигун з редуктором, пропелером, та глушником, 4 пілон з вузлами кріплення крила та стяжками, 7 - стабілізатор з рулями висоти, 10 - праве та ліве крила з елеронами, 11 - паливні баки. На Фіг. 3 - вигляд спереду у масштабі М 1:30, де 5 підкоси кріплення крила, 13 - хімічні баки загальною ємністю 50 л., 14 - 2 розпилювача. На Фіг. 4 показано мобільний центр керування польотами. На Фіг. 5 показано політ БПЛА та процес розпилювання засобів захисту рослин. На Фіг. 6 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). Комплекс для захисту рослин на базі БПЛА показав високу надійність експлуатації та ефективність розпилу засобів захисту. З метою підтвердження заявленого технічного результату було здійснено тестові автоматичні польоти над полем з розпилом засобів захисту з нормою внесення 1, 2 та 3 літри на гектар. Розпил рідини проводився з висоти 5 та 10 м на спеціальні лакмусові тестові пластини, що дозволило встановити ширину розпилу, кількість та розмір краплин на 1 см: кв. та рівномірність розпилу. Результати випробувань розпилу засобів захисту наведені в Таблиці 2. Наведені результати випробування пристрою, що заявляється, показують його перевагу перед іншими аналогами, високу ефективність, екологічну безпечність, технологічність та економічність. 50 2 UA 87738 U Таблиця 1 Основні технічні характеристики БПЛА 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 0,6 11 100 50 2 Таблиця 2 Результати випробувань комплексу для захисту рослин на базі БПЛА РАМ-50-1 в автоматичному режимі Одиниці виміру Максимальне значення 10 15 тис. об/хв. 5 10 літри/гектар одиниць 1 20 3 30 мікрон Ширина захвату розпилу 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. Мінімальне значення метри Параметр 150 250 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Комплекс для захисту рослин на базі безпілотного літального апарата (БПЛА), який складається з силового, хвостового, крилового, хімічного модулів, а також модуля електроніки та електрообладнання, який відрізняється тим, що співвідношення ваги корисного завантаження від загальної ваги БПЛА складає 50 %; співвідношення статичної тяги двигуна до повної ваги БПЛА складає 45 %; всі елементи БПЛА об'єднані в модулі; процес захисту рослин автоматизований завдяки автопілоту. 3 UA 87738 U 4 UA 87738 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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