УДК 629.735

РАЗРАБОТКА БЕСПИЛОТНОГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

А.С. Кулюкина, студент; Е.Н. Некравцев, канд. техн. наук Воронежский государственный технический университет

В работе рассматривается разработка сельскохозяйственного беспилотного летательного аппарата. Приводится обоснование его использования, представляется схема летательного аппарата, приводится перечень необходимого оборудования.

В условиях увеличения площадей сельскохозяйственных угодий и необходимости увеличения объемов урожая, необходимо обеспечить сельское хозяйство современной и высокоэффективной техникой.

Одним из главных факторов урожайности и экономической эффективности сельского хозяйства является защита растений от болезней и вредителей. Самым распространенным и эффективным методом защиты сельскохозяйственных культур является опрыскивание. Этот способ обработки подразумевает нанесение пестицидов на обрабатываемый объект в виде распыленной жидкости.

Для проведения агро-химических работ используется различная техника, такая как тракторы, самоходные опрыскиватели и самолеты.

Для проведения авиационно-химических работ используются специальные сельскохозяйственные самолеты или специально оборудованные самолеты авиации общего назначения. Преимущественно в авиационном опрыскивании используют метод ультромалообъемного опрыскивания (0,2-5 л/га) штанговым методом. Использование авиации в сельском хозяйстве помогает добиться повышения урожайности на 15-35% и снизить использование химикатов с помощью использования технологии ультрамалообъемного внесения препаратов. Так же авиационное опрыскивание является более выгодным, чем наземное, поскольку несмотря на равные денежные затраты на эксплуатацию машин и покупку химикатов, авиационное опрыскивание намного производительнее наземного.

Так же важным является вопрос мониторинга сельскохозяйственных земель. Мониторинг позволяет

359

инвентаризировать сельхозугодья, прогнозировать урожайность, замечать и предотвращать заболевания растений или распространение вредителей. В настоящее время так же необходимым является создание электронных карт земель, с учетом выращиваемых на них культур. Мониторинг так же возможно осуществлять с помощью авиации.

Анализ существующих сельскохозяйственных летательных аппаратов, а так же требования к их эксплуатации и агро-технические требования показывают, что сельскохозяйственный самолет должен иметь следующие характеристики:

−Устойчивость на низких скоростях полета;

−Короткий взлет и посадка;

−Простота и надежность конструкции;

−Возможность выполнять полет на высоте 3-5 метров.

Для выполнения агро-химических работ и мониторинга предлагается беспилотный летательный аппарат. Одной из проблем сельскохозяйственной авиации является вред, наносимый здоровью пилота, а использование беспилотных систем позволяет этого избежать.

Основные характеристики и полезная нагрузка:

−Максимальная скорость: 160 км/ч.

−Рабочая скорость: 100-150 км/ч.

−Высота полета при проведении опрыскивания: 2-5 м;

−Высота полета при проведении мониторинга: 600-3500 м;

−Максимальная дальность полета: 1000 км.

−Мощность двигателя: 100 л.с.

−Объем бака для химикатов: 250 л.

−Камера для проведения мониторинга сельскохозяйственных земель.

Летательный аппарат поставляется в двух модификациях:

−для проведения опрыскивания с баком для химикатов, насосом

иштангой с форсунками;

−для проведения мониторинга: с камерой и увеличенной дальностью полета за счет замены бака для химикатов топливным баком.

360

Внешний облик БПЛА представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - БПЛА

Летательный аппарат имеет двухбалочную схему, тянущий винт, низкорасположенное крыло малого удлинения, авторотирующий винт и неубирающиеся шасси. Такая схема объясняется условиями эксплуатации:

−Авторотирующий винт позволит сократить длинну взлета и посадки.

−Под крылом располагается штанга для опрыскивания, которой необходимо обеспечить минимально возможное расстояние до растений.

−Шасси позволяет совершать посадку на необорудованной ВПП. Наиболее эффективным для использования данного аппарата

будет создание летных отрядов, имеющих несколько сельскохозяйственных ЛА, необходимое оборудование и химикаты, предлагающих свои услуги аграриям. Алгоритм работ может быть следующим:

1) Облет территории под обработку для определения расположения препятствий. Возможно совмещение с проведением мониторинга и картографии.

361

2)Определение количества полетов, необходимых для опрыскивания заданной территории.

3)Создание траектории полета для опрыскивания с помощью GPS/ГЛОНАСС.

4)Проведения опрыскивания. При необходимости совершения нескольких полетов для обработки всей территории, производится посадка летательного аппарата и его заправка химикатами.

БПЛА оснащается интегрированной инерциально-спутниковой системой навигации и управляется автопилотом по GPS/ГЛОНАСС. В

качестве резервной системы управления используется дальнобойный радиопередатчик. Для обеспечения систем самолета электричеством установлен электрогенератор, приводящийся от вала силовой установки.

Voronezh State Technical University

ENGINEERING OF AGRICULTURAL UNMANNED AERIAL VEHICLE

A.S.Kulyukina, E.N.Nekravtsev

This article tells about engineering of agricultural unmanned aerial vehicle.

Key words: unmanned aerial vehicle, agricultural aviation

УДК 6148(075,8)

ИССЛЕДОВАНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ МЕТОДОВ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ

РОССИЙСКОГО АВИАЦИОННОГО ТРАНСПОРТА

Е.А. Плисеина, студент; И.М. Винокурова, канд. техн. наук; Т.В. Овчинникова, канд. техн. наук

Воронежский государственный технический университет

В работе рассмотрены возможные предпосылки возникновения неполадок на борту авиационного транспорта. Предложены возможные способы обеспечения безопасности воздушного судна.

Ключевые слова: авиакатастрофы, технические неисправности, новшества в авиации, безопасность

362

Выполнение ряда необходимых действий по предотвращению и профилактике возникновения аварийных ситуаций направлено на улучшение качества безопасности населения в бытовой и рабочей сфере, что придает новый стимул для развития целостной государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

В сентябре 2017 года на Всероссийском открытом уроке в Ярославле Президент РФ Путин В.В. назвал развитие воздушного транспорта одним из главных приоритетов России. Анализ показателей наземных и воздушных технических средств в обеспечении комфортности и надежности позволяет определить, что отличительными качествами авиации перед другими видами транспорта являются высокая путевая скорость перевозок и меньшая зависимость от функционирования наземных технических средств. В настоящее время воздушные суда незаменимы как средства сообщения для труднодоступных районов страны, особенно с суровым климатом. При анализе основных производственных показателей гражданской авиации на официальном сайте Федерального Агентства воздушного транспорта мы наблюдаем, что количество пассажиров с каждым годом увеличивается как минимум на 23% (2015-2017 гг.) [1]. На основе этих данных можно с уверенностью утверждать, что сфера применения воздушного транспорта систематически расширяется.

Уровень обеспечения транспортной безопасности и уровень транспортной доступности становятся важнейшими показателями качества жизни населения России. Составляя список авиакатастроф, причиной которых являются технические неисправности, выявляется, что аварии, произошедшие до 2000 г., составляют около 25% от общего количества авиакатастроф, а аварии, произошедшие в период от 2000 г. до нашего времени, составляют 32% (рисунок 1).

363

Рисунок 1 - Диагностика аварии техногенного характера

Из полученных данных определяется, что безопасность авиации испытывает регресс, несмотря на масштабное развитие авиации последних 20-ти лет.

Рассмотрим основные виды технических неисправностей на борту самолета [2].

1. Наиболее распространенными техническими неисправностями [3-5] в авиации являются механические повреждения, которые возникают за счет небрежности технического и коммерческого обслуживания техники, проведения ремонта плановых и профилактических работ. Одним из показательных примеров данного вида неисправности является обледенение самолета, представленное на рисунке 2. Поэтому для исключения возникновения таких неполадок, перед взлетом каждый самолет обязательно необходимо

364

обработать реагентом на основе пропиленгликоля (С2Н4(ОН)2). Компонент имеет в своем составе линейные полиэфиры, полученные из ропиленгликоля и дикарбоновых кислот, содержащих несколько метиленовых групп или ароматическую группу в цепи. Особенности взаимодействия С2Н4(ОН)2 с изофталевой или малеиновой кислотой дают возможность получить ненасыщенные полиэфиры, которые образуют термореактивные полиэфирные смолы с высокой теплостойкостью и адгезией к металлу и стеклу. Обработка реагентом с этими свойствами позволяет предотвратить обледенение самолета. Жидкость наносится за 30 минут до вылета самолета вдоль осевой линии верхней части фюзеляжа и затем на боковой поверхности, избегая иллюминаторов. В случае неправильного нанесения, самолет претерпит обледенение. Лед же способен изменить геометрию крыла, что может привести к уменьшению подъемной силы; увеличить лобовое сопротивление; ограничить или заблокировать движение подвижных частей. Данные неисправности могут привести к серьезным трудностям в процессе движения или авиакатастрофе.

2. В процессе часто повторяющихся эксплуатационных нагрузок возникают механические повреждения, такие как трещины,

365

деформации и разрушения поверхности, что приводит к авиакатастрофе (рисунок 3). Такого рода повреждения образуются в обшивке и элементах внутреннего силового набора, зачастую в нервюрах. Из-за чрезмерной нагрузки в районе узлов навески шасси и закрылков возникают трещины на верхних и нижних панелях крыла, которые могут создать обширные дефекты крыльев. Это приводит к уменьшению прочности самолетных конструкций, что определяет в дальнейшем надежность летательного оборудования. Грубые посадки, попадание в зону турбулентности, создание чрезвычайных перегрузок могут также вызвать вывод из строя летательного аппарата и дефектам конструкции.

3. Следующим показателем, приводящим к выводу оборудования из строя, является возгорание, приводящее к пожарам на летательном воздушном судне (рисунок 4). Основными источниками возгорания являются неисправности электрооборудования, перенапряжение электрической сети, большое переходное сопротивление и перегрузка цепи. Данные дефекты создают недопустимые моменты дисбаланса работы оборудования, вызванные утечкой и попаданием на нагретые элементы конструкции горючих жидкостей из топливной, масляной и гидравлической систем. В свою очередь изменение вышеуказанных технических показателей приводит к короткому замыканию внутри топливных баков, возникновению электрической дуги, имеющей высокую температуру (1500-4000 оС). В дальнейшем это вызывает воспламенение любого горючего металла, соприкасающегося непосредственно с топливным компонентом. Следующей причиной, которая создает пожар на борту воздушного судна, является срывной режим работы авиационного двигателя (помпаж). Помпаж вызывает нарушение газодинамической устойчивости работы двигателя, что сопровождается хлопками в воздухозаборнике, задымлением выхлопа двигателя, резким падением тяги и мощной вибрацией, которая способна разрушить оборудование. Поражающим фактором при пожарах является быстрое отравление продуктами горения и в первую очередь дымом. При изучении структуры компонентов процесса горения в салоне самолета определяется, что основным веществом при возгорании органических веществ является дым, содержащий частицы сажи, взвешенные в CO2, CO, N2, SO2, и другие ядовитые составляющие. Пожар распространяется по борту самолета за

366

довольно короткий промежуток времени, особенно в полете из-за интенсивного поступления кислорода из обтекающего летательный аппарат потока воздуха. Вредные вещества в небольшом объеме через несколько минут создают превышение предельно-допустимой концентрации, что соответственно приводит к летальному исходу. Горючее в самолете способно воспламеняться при температуре 220– 230 оС, и в условиях пожара устойчивость элементов конструкции не превышает 2-6 мин.

Рисунок 4 - Пожар на борту самолета [8]

На текущий момент, учитывая все старания, экономические расходы, нововведения, попытки улучшения качества летательного аппарата, мы не можем с уверенностью утверждать, что пассажирам гарантирована полная защита и комфорт на борту самолета, реализуемой правительством, руководством авиакомпаний и службами аэропорта. Для устранения вышеуказанных недочетов, осуществляются крупные вложения в обеспечении полной безопасности людей в салоне самолета, создаются новые корпорации,

обязан носить мягкую обувь, не прислонять к обшивке стремянки и другое оборудование, не обшитое мягким материалом, которое может

367

сохранности жизней пассажиров. Наиболее важным направлением данной системы является устранение пожара при крушении или взрыве баков с топливом. Одним из способов ликвидации возможных серьезных травм или потерь человеческих жизней является жидкость с особым составом, которая имеет свойство смешиваться с горючим. Она сразу же лишается способности к воспламенению, не зависимо от скорости и угла падения самолета в случае аварии. Если же невозможно предотвратить катастрофу, то действует вторая составляющая разработки. В момент, когда самолет находится на крайне близком расстоянии от земли при крушении, в салон впрыскивается особенный раствор. При взаимодействии с воздухом он образуется в пену и заполняет пространство. Пена обволакивает пассажира, полностью блокирует его движения с ног до головы. Раствор проявляет свойство как твердого вещества, для того чтобы предотвратить травму, так и мягкого, не доставляющего человеку дискомфорт.

Еще одним нововведением является изменение в конструкции самолета, а именно отделяющийся салон (рисунок 5), разработанный авиационным инженером Владимиром Татаренко. Капсула оснащена парашютами, прикрепленными к крыше воздушного судна, и надувными амортизирующими платформами, которые способны удержать ее на плаву. Разработанная конструкция помогает аккуратно приземлятся и мягко приводняться отделяющемуся салону при аварийной ситуации.

Рисунок 5 - Капсула, спасающая пассажиров самолета при его крушении [9]

368

Пассажиры имеют возможность совершать посадку без вреда для здоровья или собственного багажа, так как отсек для его хранения расположен под пассажирскими сидениями.

Таким образом, используемая Ространснадзором Автоматизирования система обеспечения безопасности полетов (АСОБП) [3-5] нуждается в дальнейшем совершенствовании программного обеспечения, чтобы улучшить качество авиационного транспорта и предоставить пассажирам гарантию полной безопасности на борту самолета. Разработка способов предупреждения возникновения чрезвычайных ситуаций на борту воздушного аппарата всегда остается одной из первостепенных мер по обеспечению безопасности граждан Российской Федерации с учетом развития высоких технологий.

Литература

1.Информационный ресурс. Режим доступа: http://www.favt.ru/dejatelnost-vozdushnye-perevozki-stat-pokazately/

2.Информационный ресурс. Режим доступа:

http://ooobskspetsavia.ru/2015/10/02/xarakternye-neispravnosti/

3.Пуков, В.Н. Изобретения и открытия: Энциклопедия авиации.

Эксмо, 2015.

4.Канащенков, А. И., Меркулов В. И. Авиационные системы радиоуправления. Том 1–3. М., 2003.

5.Эванс, А. А. Авиация /под ред. Проф. Д. Гиббонс. – М.: От зарождения до наших дней, 2014.

6.Информационный ресурс. Режим доступа: https://studfiles.net/preview/6810185/page:91/

7.Информационный ресурс. Режим доступа: http://ooobskspetsavia.ru/2015/10/02/xarakternye-neispravnosti/

8.Информационный ресурс. Режим доступа:

http://www.transbez.ru/transport/20.html

9. Информационный ресурс. Режим доступа: https://hi- news.ru/technology/ukrainskij-inzhener-pridumal-kapsulu-spasayushhuyu- passazhirov-samoleta-pri-ego-krushenii.html

369