vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2021-15-3-63-72vimjour-440Research ArticleЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИDIGITAL TECHNOLOGIESТехнический облик беспилотной авиационной системы вертолетного типа для внесения пестицидов и удобренийTechnical Configurations of a Helicopter Type Unmanned Aerial System for Pesticide and Fertilizer ApplicationМарченкоЛ. А.MarchenkoL. A.

Леонид Анатольевич Марченко, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Москва

Leonid A. Marchenko, Ph.D.(Eng.), leading researcher

Moscow

marchenko1312@mail.ruМызинМ. В.MyzinM. V.

Михаил Васильевич Мызин, руководитель проектов

Москва

Mikhail V. Myzin, project manager

Moscow

m.myzin@rhc.aeroКузнецовИ. В.KuznetsovI. V.

Иван Васильевич Кузнецов, технический руководитель по перспективным проектам

Люберцы

Ivan V. Kuznetsov, prospective projects technical supervisor

Lyubertsy

i.kuznecov@kamov.ruСпиридоновА. Ю.SpiridonovA. Yu.

Артем Юрьевич Спиридонов, младший научный сотрудник

Москва

Artem Yu. Spiridonov,  junior researcher

Moscow

artyom-spiridonov@yandex.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIM,Russian FederationАО «Вертолеты России»РоссияJSC Russian HelicoptersRussian FederationАО «Камов»РоссияJSC “Kamov”Russian FederationФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation2021061020211536372Copyright © Марченко Л.А., Мызин М.В., Кузнецов И.В., Спиридонов А.Ю., 20212021Марченко Л.А., Мызин М.В., Кузнецов И.В., Спиридонов А.Ю.Marchenko L.A., Myzin M.V., Kuznetsov I.V., Spiridonov A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/440

Отметили, что при формировании технического облика беспилотной авиационной системы для внесения пестицидов и удобрений необходимо учитывать взаимосвязь беспилотного и наземного авиационных комплексов. (Цель исследований) Разработать технический облик беспилотной авиационной системы для внесения пестицидов и удобрений. (Материалы и методы) Использовали Методические рекомендации по применению средств химизации в системе точного земледелия (ВИМ), нормативно-техническую документацию на беспилотные авиационные системы. (Результаты и обсуждение) Разработали блок-схему алгоритма формирования облика беспилотной авиационной системы вертолетного типа для внесения удобрений и пестицидов, включающую разработку как беспилотного, так и наземного авиационных комплексов. Рассчитали аэродинамические характеристики беспилотного воздушного судна с соосной схемой несущих винтов, при взлетной массе 280 килограммов и полезной нагрузке 100 килограммов. Предложили  опрыскиватель в виде модульной конструкции. Обосновали структуру наземного авиационного комплекса в виде мобильного транспортировщика-заправщика с базовой транспортной платформой, подъемно-транспортным и заправочным модулями, универсальным  наземным пультом управления пилота-оператора. (Выводы) Сформировали рациональный технический облик беспилотной авиационной системы вертолетного типа для дифференцированного внесения пестицидов и удобрений в системе точного земледелия. Определили летно-технические ограничения при внесении удобрений и пестицидов беспилотным воздушным судном вертолетного типа: полезная нагрузка не менее 100 килограммов, рабочая высота полета 1,0-1,5 метра с огибанием рельефа сельскохозяйственного поля и уходом от возможных препятствий, рабочая скорость полета не выше 60 километров в час, автоматические взлет и посадка на ограниченную площадку, автоматический полет на скорости 60 километров в час на высоте 1 метр в режиме галсирования. Показали, что запас по статическому потолку без влияния земли при полетной массе 280 килограммов составляет 1300 метров, что позволяет летать в горных районах, например для обработки виноградников пестицидами. 

It was noted that when forming the configurations of an unmanned aerial system for pesticide and fertilizer application, it is necessary to take into account the interdependence of unmanned and ground-based aerial systems. (Research purpose) To develop the configurations of an unmanned aerial system for pesticide and fertilizer application. (Materials and methods) The authors used Methodological recommendations on the use of chemicals in the precision farming system (VIM), regulatory and technical documentation for unmanned aerial systems. (Results and discussion) The authors developed a flowchart of the algorithm for forming the configurations of a helicopter type unmanned aerial system for fertilizer and pesticide application, including the formation of both unmanned and ground-based aerial systems. The authors calculated the aerodynamic characteristics of an unmanned coaxial rotor aircraft with a take-off weight of 280 kilograms and a payload of 100 kilograms. A modular-designed sprayer was offered. The authors substantiated the structure of the ground-based aerial complex in the form of a mobile transporter-tanker with a basic transport platform, lifting and transporting and refueling modules, and a universal ground control panel for the pilot-operator. (Conclusions) The authors formed reasonable configurations of a helicopter type unmanned aerial system for pesticide and fertilizer differentiated application in the precision farming system. Aircraft performance limitations were identified for the application of fertilizers and pesticides by a helicopter type unmanned aerial vehicle: the payload of at least 100 kilograms, the operating altitude of 1.0-1.5 meters when bypassing the agricultural field topography and avoiding possible obstacles, the operating airspeed kept below 60 kilometers per hour, automatic take-off and landing on a limited area, autoflight at the speed of 60 kilometers per hour at a one meter altitude in a tacking mode. It was showed that the static ceiling margin, without taking the earth influence into account, with a 280-kilogram flight mass, is 1300 meters, which allows flying in mountainous areas, for example, for the treatment of vineyards with pesticides.

беспилотная авиационная систематехнический обликбеспилотное воздушное судноназемный комплексвнесение пестицидов и удобренийunmanned aerial systemtechnical configurationsunmanned aerial vehiclesground-based aerial systemsapplication of pesticides and fertilizersReferencesБарковский В.И., Скопец Г.М., Степанов В.Д. Методология формирования технического облика экспортно-ориентированных авиационных комплексов. М.: Физматлит. 2008. 243 с.Barkovskiy V.I., Skopets G.M., Stepanov V.D. Metodolo­giya formirovaniya tekhnicheskogo oblika eksportno-orientirovannykh aviatsionnykh kompleksov [Methodology for the formation of the technical configurations of export-oriented aviation complexes]. Moscow: Fizmatlit. 2008. 243 (In Russian).Полтавский А.В., Маклаков В.В., Аверкин А.Е., Полохов А.Н., Бородуля В.М., Бурба А.А., Семенов С.С., Седых Ю.И. Системные принципы создания и применения многоцелевых комплексов беспилотных летательных аппаратов. М.: ИПУ РАН. 2010. 102 с.Poltavskiy A.V., Maklakov V.V., Averkin A.E., Polokhov A.N., Borodulya V.M., Burba A.A., Semenov S.S., Sedykh Yu.I. Sistemnye printsipy sozdaniya i primeneniya mnogotselevykh kompleksov bespilotnykh letatel’nykh apparatov [System principles for creating and using multipurpose complexes of unmanned aerial vehicles]. Moscow: IPU RAN. 2010. 102 (In Russian).Гусейнов А.Б. Методика структурно-параметрического синтеза конструктивно-компоновочного облика беспилотного летательного аппарата // Труды МАИ. 2014. N49. С. 1-14.Guseynov A.B. Metodika strukturno-parametricheskogo sinteza konstruktivno-komponovochnogo oblika bespilotnogo letatel’nogo apparata [Technique for the structural and parametric synthesis of the design and configurations of an unmanned aerial vehicle]. Trudy MAI. 2014. N49. 1-14 (In Russian).Гусейнов А.Б., Маховых А.В. Методика формирования рационального облика бортового комплекса радиолокационной защиты беспилотного летательного аппарата // Научный Вестник МГТУ ГА. 2017. Т. 20. N5. С. 98-106.Guseynov A.B., Makhovykh A.V. Metodika formirovaniya ratsional’nogo oblika bortovogo kompleksa radiolokatsionnoy zashchity bespilotnogo letatel’nogo apparata [The method of forming a rational aspect of the onboard complex of radar defense unmanned aerial vehicle]. Nauchnyy Vestnik MGTU GA. 2017. Vol. 20. N5. 98-106 (In Russian).Austin R. Unmanned aircraft systems: UAVS design, development and deployment. Great Britain. Wiltshire. 2011. 365.Austin R. Unmanned aircraft systems: UAVS design, development and deployment. Great Britain. Wiltshire. 2011. 365 (In English).Valavanis K.P., George J. Handbook of Unmanned Aerial Vehicles. Netherlands. Springer. 2014. 22-30.Valavanis K.P., George J. Handbook of Unmanned Aerial Vehicles. Netherlands. Springer. 2014. 22-30 (In English).Duan H., Li P. Bio-inspired Computation in Unmanned Aerial Vehicles. Springer. 2014. 269.Duan H., Li P. Bio-inspired Computation in Unmanned Aerial Vehicles. Springer. 2014. 269 (In English).Roskam J. Airplane Design, Part IV. DARcorporation. Lawrence, KS. 2007. 403.Roskam J. Airplane Design, Part IV. DARcorporation. Lawrence. KS. 2007. 403 (In English).Проектирование самолетов / под ред. С.М. Егера. М.: Машиностроение. 1983. 616 с.Proektirovanie samoletov [Aircraft design]. pod red. S.M. Egera. Moscow: Mashinostroenie. 1983. 616 (In Russian).Серебрянский С.А., Парненков А.Е. Подход к формированию технического облика беспилотного воздушного судна // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2019. Т. 19. N3. С. 43-52.Serebryanskiy S.A., Parnenkov A.E. Podkhod k formirovaniyu tekhnicheskogo oblika bespilotnogo vozdushnogo sudna [Approach to shaping the technical appearance of an unmanned aerial vehicle]. Vestnik YUrGU. Seriya «Mashinostroenie». 2019. Vol. 19. N3. 43-52 (In Russian).Анцев В.Г., Быков В.А., Парненков А.Е. Обоснование критерия эффективности при формировании технического облика беспилотного воздушного судна вертолетного типа // Вопросы радиоэлектроники. 2019. N9. С. 63-67.Antsev V.G., Bykov V.A., Parnenkov A.E. Obosnovanie kriteriya effektivnosti pri formirovanii tekhnicheskogo oblika bespilotnogo vozdushnogo sudna vertoletnogo tipa [Justification of efficiency criterion in formation of technical appearance of a helicopter-type unmanned aircraft]. Voprosy radioelektroni­ki. 2019. N9. 63-67 (In Russian).Припадчев А.Д., Межуева Л.В., Султанов Н.З. Концептуальные основы проектирования облика летательного аппарата // Фундаментальные исследования. 2013. N6. С. 561564.Pripadchev A.D., Mezhueva L.V., Sultanov N.Z. Kontseptual’nye osnovy proektirovaniya oblika letatel’nogo apparata [The conceptual bases aircraft figure desingning]. Fundamental’nye issledovaniya. 2013. N6. 561-564 (In Russian).Быков В.А., Парненков А.Е. Формирование облика беспилотного воздушного судна вертолетного типа с учетом посадки на сложнодвижущуюся платформу // Вопросы радиоэлектроники. 2020. N3. С. 16-22.Bykov V.A., Parnenkov A.E. Formirovanie oblika bespilotnogo vozdushnogo sudna vertoletnogo tipa s uchetom posadki na slozhnodvizhushchuyusya platformu [Formation of appearance of helicopter-type unmanned airvehicle with consideration of landing on complex-moving platform]. Voprosy radioelektroniki. 2020. N3. 16-22 (In Russian).Марченко Л.А., Артюшин А.А., Смиронов И.Г., Мочко­ва Т.В., Спиридонов А.Ю., Курбанов Р.К. Технология внесения пестицидов и удобрений беспилотными летательными аппаратами в цифровом сельском хозяйстве // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2019. Т. 13. N5. С. 3845.Marchenko L.A., Artyushin A.A., Smironov I.G., Mochkova T.V., Spiridonov A.Yu., Kurbanov R.K. Tekhnologiya vneseniya pestitsidov i udobreniy bespilotnymi letatel’nymi apparatami v tsifrovom sel’skom khozyaystve [Technology of Pesticides and Fertilizers Application with Unmanned Aerial Vehicles in Digital Agriculture]. Sel’skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2019. Vol. 13. N5. 38-45 (In Russian).Марченко Л.А., Мочкова Т.В., Курбанов Р.К., Краснобородько В.В. Основные требования к беспилотным летательным аппаратам для внесения удобрений и пестицидов // Вестник ВИЭСХ. 2018. N4(33). С. 107-112.Marchenko L.A., Mochkova T.V., Kurbanov R.K., Krasnoborod’ko V.V. Osnovnye trebovaniya k bespilotnym letatel’nym apparatam dlya vneseniya udobreniy i pestitsidov [Basic requirements for unmanned aerial vehicles for fertilizer and pesticides]. Vestnik VIESH. 2018. N4(33). 107-112 (In Russian).Марченко Л.А., Личман Г.И., Смиронов И.Г., Мочко­ва Т.В., Колесникова В.А. Дифференцированное внесение удобрений и пестицидов с использованием беспилотных летательных аппаратов // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2017. N3. С. 17-23.Marchenko L.A., Lichman G.I., Smironov I.G., Mochkova T.V., Kolesnikova V.A. Differentsirovannoe vnesenie udobreniy i pestitsidov s ispol’zovaniem bespilotnykh letatel’nykh apparatov [Variable rate application of fertilizers and pesticides using unmanned aerial vehicles]. Sel’skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2017. N3. 17-23 (In Russian).Марченко Л.А., Мызин М.В., Кузнецов И.В., Мочко­ва Т.В. Спиридонов А.Ю. Беспилотное воздушное судно вертолетного типа для внесения пестицидов и удобрений // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2020. Т. 14. N1. С. 61-68.Marchenko L.A., Myzin M.V., Kuznetsov I.V., Mochkova T.V. Spiridonov A.Yu. Bespilotnoe vozdushnoe sudno vertoletnogo tipa dlya vneseniya pestitsidov i udobreniy [Unmanned helicopter type aircraft for the pesticides and fertilizers application]. Sel’skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2020. Vol. 14. N1. 61-68 (In Russian).Шейнин В.М. Козловский. В.И. Весовое проектирование и эффективность пассажирских самолетов. Т.1. Весовой расчет и весовое проектирование. М.: Машиностроение, 1977. 344 с.Sheynin V.M. Kozlovskiy V.I. Vesovoe proektirovanie i effektivnost’ passazhirskikh samoletov [Weight design and efficiency of passenger aircraft.]. Vol. 1. Vesovoy raschet i vesovoe proektirovanie. Moscow: Mashinostroenie. 1977. 344 (In Russian).Смирнов И.Г., Марченко Л.А., Личман Г.И., Мочко­ва Т.В., Спиридонов А.Ю. Беспилотные летательные аппараты для внесения пестицидов и удобрений // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2017. Т. 11. N3. С. 17-23.Smirnov I.G., Marchenko L.A., Lichman G.I., Mochkova T.V., Spiridonov A.Yu. Bespilotnye letatel’nye apparaty dlya vneseniya pestitsidov i udobreniy [Unmanned aerial vehicles for pesticides and fertilizers application in precision farming system]. Sel’skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2017. Vol. 11. N3. 17-23 (In Russian).Токарев Ю.П., Макеев М.Р., Юмаев К.Р. Построение комплекса управления беспилотными летательными аппаратами с использованием стандартных компонентов // Информатика, телекоммуникационное управление. 2010. N6(113). С. 56-59.Tokarev Yu.P., Makeev M.R., Yumaev K.R. Postroenie kompleksa upravleniya bespilotnymi letatel’nymi apparatami s ispol’zovaniem standartnykh komponentov [The construction of a control complex for unmanned aerial vehicles using standard components]. Informatika, telekommunikatsionnoe upravlenie. 2010. N6(113). 56-59 (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.