Численное моделирование защитного опрыскивания беспилотными воздушными судами вертолетного типа

Показали общие перспективы использования беспилотных воздушных судов для внесения пестицидов и агрохимикатов. Отметили актуальные проблемы внедрения таких воздушных судов, в том числе создание и использование средств адекватного моделирования процессов и показателей внесения препаратов мультикоптерами, а также особенности выполненных исследований в этой области. (Цель исследований) Разработать и апробировать прикладные программные средства численного моделирования процессов и показателей защитного опрыскивания мультикоптерами сельскохозяйственных объектов. (Материалы и методы) Использовали научно-техническую информацию, экспериментальные данные, методы системного анализа, прикладной статистики, математического моделирования физических объектов и процессов, решения дифференциальных и интегральных уравнений для описания процессов с применением отработанных ранее методических подходов к изучению авиационного распределения веществ. (Результаты и обсуждение) Разработан расчетно-программный комплекс моделирования процессов и показателей опрыскивания мультикоптерами, представлена его укрупненная функциональная блок-схема. Показали особенности реализации основных блоков и модулей комплекса по моделированию индуктивного следа мультикоптера, осаждению капель, показателей внесения рабочих жидкостей и сплошной обработки участков. Подтвердили адекватность, достоверность и приемлемую точность результатов моделирования в сравнении с экспериментальными данными. Представили данные корреляционного и множественного регрессионного анализа полученного массива результатов многовариантного численного моделирования защитного опрыскивания на примере гексакоптера DJI Agras T20. (Выводы) Подтвердили работоспособность и возможность использования разработанного и апробированного расчетно-программного комплекса численного моделирования защитного опрыскивания для решения научно-практических задач, связанных с внедрением мультикоптеров в агропроизводстве. Определили качественные и количественные соотношения между отдельными параметрами и целевыми показателями защитного опрыскивания с мультикоптеров, а также значимые многопараметрические степенные регрессий для оценки целевых показателей опрыскивания.

1. Del Cerro J., Cruz Ulloa C., Barrientos A. et al. Unmanned aerial vehicles in agriculture: A survey. Agronomy. 2021. 11(2). 203. DOI: 10.3390/ agronomy11020203.

2. Chen H.B., Lan Y.B., Fritz B.K. et al. Review of agricultural spraying technologies for plant protection using unmanned aerial vehicle (UAV). International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2021. 14(1). 38-49. DOI: 10.25165/j.ijabe.20211401.5714.

3. State of the knowledge literature review on Unmanned Aerial spray systems in agri-culture. OECD Working Party on Pesticides (WPP), OECD Drone Sub-Group Bonds Consulting Group LLC. Australian Pesticides and Veterinary Medicines Authority. 2021. June. 34. DOI: 10.1787/9240f8eb-en.

4. Liu X., Zhang W., Fu H.B. et al. Distribution regularity of downwash airflow under rotors of agricultural UAV for plant protection. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2021. 14(3). 46-57. DOI: 10.25165/j.ijabe.20211403.4036.

5. Zhu H., Jiang Y., Li H.Z. et al. Effects of application parameters on spray characteristics of multi-rotor UAV. International Journal of Precision Agricultural Aviation. 2019. 2(1). 18-25. DOI: 10.33440/j.ijpaa.20190201.0025.

6. Hanif A.S., Han X., Yu S.-H. et al. Modeling of the control logic of a UASS based on coefficient of variation spraying distribution analysis in an indoor flight simulator. Frontiers in Plant Science. 2013. 14:1235548. DOI: 10.3389/fpls.2023.1235548.

7. Teske M.E., Wachspress D.A., Thistle H.W. Prediction of aerial spray release from UAVs. Transactions of the American Society of Agricultural and Biological Engineers. 2018. Vol. 61(3). 909-918. DOI: 10.13031/trans.12701.

8. Zhang H.Y., Lan Y.B., Shen N.W. et al. Numerical analysis of downwash flow field from quad-rotor unmanned aerial vehicles. Int J Precis Agric Aviat. 2020. 3(4). 1-7. DOI: 10.33440/j.ijpaa.20200304.138.

9. Zhang R.R., Chen L.P., Wen Y. et al. Key technologies for testing and analyzing aerial spray deposition and drift: A comprehensive review. International Journal of Precision Agricultural Aviation. 2020. 3(2). 13-27. DOI: 10.33440/j.ijpaa.20200302.80.

10. Асовский В.П., Кузьменко А.С. Особенности опрыскивания с использованием беспилотных воздушных судов вертолетного типа // Защита и карантин растений. 2019. N5. C. 40-44. EDN: ZIMLZZ.

11. Cao Y.L. Yu F.H. Xu T.Y. et al. Effects of plant protection UAV-based spraying on the vertical distribution of droplet deposition on Japonica rice plants in Northeast China. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2021. 14(5). 27.34. DOI: 10.25165/j.ijabe.20211405.5490.

12. Jeevan N., Pazhanivelan S., Kumaraperumal R. et al. Effect of different herbicide spray volumes on weed control efficiency of a battery-operated Unmanned aerial vehicle sprayer in transplanted rice (Oryza sativa L.). Journal of Applied and Natural Science. 2023. 15(3). 972-977. DOI: 10.31018/jans.v15i3.4753.

13. Biglia A., Grella M., Bloise N. et al. UAV-spray application in vineyards: Flight modes and spray system adjustment effects on canopy deposit, coverage, and off-target losses. Science of the Total Environment. 2022. 845. 157292. DOI: 10.1016/j.scitotenv. 2022.157292.

14. Wang G.B., Li X., Andaloro J. et al. Deposition and biological efficacy of UAV-based low-volume application in rice fields. International Journal of Precision Agricultural Aviation. 2020. 3(2). 65.72. DOI: 10.33440/j.ijpaa.20200302.86.

15. Vera-Vaca C.V., Acosta-Lua C., Perez-Cruz J.H., Vaca-Garcia C.C. Determination of flight parameters of a sprayer UAV according to the disease in corn crops at the reproductive stage. Hindawi, Mathematical Problems in Engineering. Vol. 2023. DOI: 10.1155/2023/9932885.

16. Chen P., Douzals J.P., Lan Y. et al. Characteristics of unmanned aerial spraying systems and related spray drift: A review. Frontiers in Plant Science. 2022. 13.870956. DOI: 10.3389/fpls.2022.870956.