Беспилотный вертолет для внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов в точном земледелии Российский патент 2021 года по МПК B64D1/18 B64C39/02 A01M9/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к беспилотным летательным аппаратам для дифференцированного внесения удобрений, дифференцированной обработки пестицидами и другими агрохимикатами сельскохозяйственных полей, лесных и садовых насаждений в системе точного земледелия, десикации сельскохозяйственных культур перед уборкой, целевой обработки дезинфицирующими и противовирусными препаратами прудов, болот, парковых зон, игровых полей и других объектов.

Известно устройство для опрыскивания с вертолета сельскохозяйственных и лесных угодий средствами защиты растений, включающее бак для рабочих растворов пестицидов, насосный агрегат, гидравлический клапан, трубопроводы, соединяющие насосный агрегат последовательно с клапаном и штангой с распылителями, длиной, составляющей 0,3-0,35 диаметра несущего винта вертолета, прикрепленную к вертолету с помощью кронштейна, при этом в средней части штанги распылители размещены в два ряда в шахматном порядке, с углом между осями распылителей в первом и втором ряду не менее 40° (Патент RU №1586042, МПК B64D 1/18, 1988).

Недостатком известной конструкции опрыскивателя, установленного на вертолете, является то, что средства защиты растений вносятся на всей площади обрабатываемого сельскохозяйственного поля и лесных насаждений по усредненным количественным показателям, в то время как на свободных от сорных растений, вредителей и болезней участках их внесение не требуется, или требуется внесение с меньшими нормами, что приводит к излишнему расходу средств защиты растений на единицу обрабатываемой площади, повышенной экотоксикологической нагрузке на окружающую среду и снижению производительности авиахимработ.

Известен автожир для дифференцированного внесения жидких средств химизации, содержащий фюзеляж, кабину пилота, шасси, силовую установку, включающую двигатель с толкающим винтом, несущий авторотирующий винт, хвостовую балку с горизонтальным и вертикальным оперением, бортовой компьютер, приемник сигналов глобальной навигационной спутниковой системы, бак для жидких средств химизации, секционную штангу с форсунками, блок электрогидравлического регулирования и распределения потока жидких средств химизации, связанный технологической, регулирующей и запорной трубопроводной арматурой с баком и штангой, интерфейсом с бортовым компьютером (Патент RU № 2622617, МПК B64D 1/18, 2016).

Недостатком данного летательного аппарата является то, что он является пилотируемым, а это ограничивает его технологические возможности, прежде всего по высоте полета и, как следствие, по качеству внесения жидких средств химизации – пестицидов удобрений и других агрохимикатов, поскольку для пилотируемых воздушных судов вертолетного типа в соответствии с Федеральными авиационными правилами «Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации» (Приказ Министра РФ от 31.07.2009 №128) полеты при обработке участков (полей, садов, виноградников) в равнинной местности должны выполняться на высоте не ниже 5 м, а над верхушками отдельных деревьев леса – не ниже 10 м, что вызывает потери пестицидов, вследствие их испарения и сноса за пределы обрабатываемого участка, загрязнение ими окружающей среды выше предельно допустимых концентраций.

Известен беспилотный летающий опрыскиватель вертикального взлета и посадки для внесения жидких средств защиты растений, содержащий раму с закрепленными на ней по периметру лучами – консолями трубчатого профиля с двигателями и несущими винтами на концах, при этом рама имеет две пластины, между которыми расположены стойки, выполненные в виде телескопических труб, внутри которых расположены пружины, а резервуар для жидкости выполнен из эластичного материала, имеет форму кругового цилиндра и размещен между пластинами, при этом лучи трубчатого профиля с одной стороны через электромагнитный клапан соединены с резервуаром жидкости, а с другой стороны, с форсунками (Патент RU 194376, МПК B64D 1/18, B64C 27/08, 2019).

Недостатком известного беспилотного летающего опрыскивателя является незначительная величина полезной нагрузки и рабочей ширины захвата для работы на больших площадях, ограниченная вылетом консолей с форсунками, а также наличие лобового сопротивления, хотя и постепенно уменьшающегося, адекватно сжатию цилиндрического резервуара для жидкости при обтекании его воздухом, а также отсутствие системы, обеспечивающей дифференцированное внесение пестицидов.

Известен беспилотный летательный аппарат для обработки растений, содержащий корпус, винтомоторную группу, аккумулятор с датчиком контроля заряда, вычислительный блок, блок памяти, выполненный в виде флэш-памяти, навигационную систему, средства беспроводного приема-передачи информации, модуль мультиспектральной фотофиксации, систему обработки растений, модуль управления системой обработки растений, емкость для химикатов с насосом и датчиком уровня рабочей жидкости, установленную на земле или закрепленную на корпусе и соединенную с системой обработки растений в виде генераторов горячего или холодного тумана, или форсуночного опрыскивателя (Патент RU 179386, МПК B64D 1/18, B64C 39/02, 2017).

Недостатком известного беспилотного летательного аппарата является то, что при внесении химикатов форсуночный опрыскиватель работает в режиме «включено-выключено», что характерно для внесения пестицидов, при этом зачастую происходит снос рабочей жидкости пестицидов за пределы обрабатываемого участка независимо от высоты рабочего полета, и увеличиваются риски загрязнения окружающей среды, а полезная нагрузка и рабочая ширина захвата такого мультироторного летательного аппарата крайне малы для использования его на больших площадях сельскохозяйственных угодий, что ограничивает его технологические возможности, при этом конструкция технологического модуля вызывает значительное лобовое сопротивление воздуха, а перемещение рабочей жидкости внутри емкости для химикатов по мере расхода рабочей жидкости в процессе полета приводит, как следствие, к изменению центра масс БЛА в целом, влияет на тангаж и крен и, как следствие, на курсовую устойчивость БЛА.

Мультикоптеры, как правило, оснащаются наземным термомеханическим генератором аэрозолей, имеющими весьма узкую область распространения термомеханического аэрозоля (Бовгира А.П., Рыбалкин Е.А. Использование мультироторных летательных аппаратов в сельском хозяйстве // НПМ и ТП. 2020. №3. С. 12-14). Это снижает эффективность использования полезной нагрузки данными летательными аппаратами, приводит к траекторным колебаниям БЛА, к потере устойчивости и управляемости, что снижает производительность и качество обработки сельскохозяйственных угодий и других объектов обработки.

Известны устройства, обеспечивающие снижение относительного влияния перемещения жидкости на динамику транспортных средств, включающие: установку различных перегородок, изменение формы резервуара, регулирование подвески резервуара и транспортного средства (Шимановский О.А. Конструктивные решения, обеспечивающие безопасность движения цистерн (обзор) // Проблемы машиностроения и автоматизации. – 2009. №1. С. 44-59).

Многообразие конструктивных решений данных устройств показывает, что оптимальный способ демпфирования колебания жидкости в цистернах не выработан, в частности, для применения данных устройств на летательных аппаратах.

Известна цистерна для транспортировки жидкости, включающая корпус с закрепленными в нем узлами для гашения колебаний жидкости, выполненными в виде полых камер, имеющих форму эллипсоида вращения, при этом в стенках каждой камеры выполнены отверстия, причем полые камеры расположены так, что расстояния между соседними камерами и торцовым днищем цистерны не превышает длины малой оси эллипсоида вращения (Патент SU 1446006, МПК B62D 5/02, 37/04, 1987).

Недостатком известного устройства, основанного на принципе взаимогашения колебаний, является неполная степень гашения колебаний жидкости, связанная с тем, что с увеличением степени опорожнения цистерны в процессе ее перемещения, характерного для сельскохозяйственных опрыскивателей, в пространстве между обечайкой камер и торцовыми днищами цистерн, между камерами и в самих камерах повышается амплитуда и частота колебаний жидкости и, соответственно, повышаются инерционные силы в узлах гашения колебаний, а это приводит к смещению центра масс самой цистерны и, как следствие, к крену цистерны и ухудшению курсовой устойчивости транспортного средства.

Известно устройство для электростатического распыления жидкости с летательного аппарата, содержащее по крайней мере две опрыскивающие штанги с установленными на определенном расстоянии друг от друга блоками распылительных головок, снабженных соплами и электродами, соединенными с источниками высоковольтного напряжения разной полярности с уравниванием потенциалов на фюзеляже летательного аппарата (United States Patent №4,703,89, Nov. 3, 1987). Недостатком данного изобретения является то, что не решена задача эффективности электростатического распыления рабочей жидкости.

Известно устройство для электростатического распыления жидкости в воздушный поток для использования в сельскохозяйственной авиации, содержащее распылитель с прямолинейной распыливающей кромкой, электрически проводящую или полупроводящую поверхность, устройство для подачи к кромке через распылитель и поверхность распыливаемой жидкости, включающей общий канал и распределительные каналы, электрод, установленный с одной стороны на расстоянии от кромки, и устройство высокого напряжения для генерирования высокого напряжения между поверхностью и электродом, снабженное электродом, установленным с другой стороны распыливающей кромки, при этом каждый электрод и распылитель выполнены в виде аэродинамического профиля, задняя кромка которого представляет распыливающую кромку, и установлены с возможностью прохождения набегающего потока между ними (Патент SU 1836251, МПК B64B 1/18. B05B 1/04, 1990).

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, требующей специальных материалов и специальной технологии изготовления и, как следствие, повышенная стоимость устройства.

Известна электростатическая распылительная система для дрона, и показано, что ключевым компонентом таких систем является электростатическая распылительная головка, содержащая корпус с предохранительным клапаном, подсоединенный к корпусу через фильтр штуцер с соплом, установленный внутри электрод в форме усеченного полого конуса с углом раскрытия 80°, согласованного с углом распыления сопла (Ru Yu, Jin Lan, Jia Zhicheng, et al., Design and experiment on electrostatic spraying system for unmanned aerial vehicle[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(8): 42-47).

Недостатком данного устройства является небольшой угол факела распыла рабочей жидкости электростатическими распылительными головками, что требует большого их количества на штанге летательного аппарата для перекрытия факелов смежных форсунок с целью обеспечения равномерного распределения рабочей жидкости.

Известен термомеханический аэрозольный генератор, содержащий установленную в кожухе камеру сгорания с отверстиями, воспламенителем и форсункой для подачи топлива, воздушный нагнетатель с трубопроводом для подачи воздуха, канал для подвода жидкости, сообщенный с кольцевой камерой, образованной обхватывающей ее обечайкой и испарительной насадкой и оканчивающейся выходной щелью, размещенный по оси генератора конический элемент с установленным на выходе отражательным экраном и образующим на выходе с испарительной насадкой конфузорный канал (Патент SU 1261719, МПК B05B 7/16, 1985).

Недостатком известного устройства являются неполная степень перемешивания горячих газов с рабочей жидкостью, поскольку взаимодействие горячих газов и рабочей жидкости и сам процесс смешивания производится вне замкнутого пространства и, как следствие, имеет место значительная диссипация энергии перемешивания, в результате получаемая аэрозоль может иметь полидисперсный характер, а кольцевой характер потока аэрозоли на выходе из генератора приводит к неравномерному распределению частиц внутри аэрозольного облака, что снижает эффективность и качество процесса дезинфекции и дезинсекции объектов обработки.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен беспилотный вертолет, вид сбоку; на фиг. 2 - беспилотный вертолет, вид спереди; на фиг. 3 - беспилотный вертолет, вид сверху; на фиг. 4 изображена функциональная блок-схема бортовой системы автоматического управления пилотированием, навигацией и полезной нагрузкой беспилотного вертолета; на фиг. 5 - функциональная блок-схема размещения, регулирования и подачи рабочих жидкостей, топлива, воздуха, электрического напряжения к блокам диспергирования, электростатического распыления и термомеханическим генераторам аэрозолей; на фиг. 6 - продольный разрез A-A бака на фиг.1; на фиг. 7 - поперечный разрез B-B бака на фиг. 5; на фиг. 8 изображена схема блока автоматического диспергирования рабочей жидкости распылителями; на фиг. 9 - схема оптимального перекрытия факелов распыла рабочей жидкости от двух смежных распылителей; на фиг. 10 - блок электростатического распыления, вид снизу; на фиг. 11 изображен блок электростатического распыления, вид прямо; на фиг. 12 - блок электростатического распыления, вид сбоку; на фиг. 13 - термомеханический аэрозольный генератор в продольном разрезе; на фиг. 14 изображен термомеханический аэрозольный генератор, вид прямо; на фиг. 15 - поперечный разрез D-D на фиг. 13.

Технической задачей изобретения является обеспечение дифференцированного внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов в точном земледелии, дифференцированной обработки пестицидами лесных и садовых насаждений, десикации сельскохозяйственных культур перед уборкой, целевой обработки дезинфицирующими и противовирусными препаратами прудов, болот, парковых зон, игровых полей и других объектов, снижение норм внесения, сведение к минимуму потерь и повышение эффективности действия удобрений, пестицидов, дезинфицирующих и противовирусных препаратов, уменьшение рисков загрязнения окружающей среды пестицидами, удобрениями и другими агрохимикатами до предельно допустимых концентраций, повышение производительности технологического процесса.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в беспилотном вертолете для внесения пестицидов, удобрений, дезинфицирующих, противовирусных препаратов, содержащем фюзеляж, хвостовую балку, горизонтальное и вертикальное оперение, полозковое шасси, силовую установку с двигателем, нижний и верхний несущие винты, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией, полезной нагрузкой, технологический модуль полезной нагрузки, включающий блоки для размещения и подачи рабочих жидкостей, воздуха, топлива, блок высоковольтного электрического напряжения, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, блоки регулирования подачи воздуха и топлива, штангу с блоками автоматического диспергирования рабочей жидкости распылителями, блоками электростатического распыления, термомеханическими генераторами аэрозолей, согласно изобретению блоки для размещения и подачи рабочих жидкостей, воздуха, топлива и высоковольтного электрического напряжения соединены линиями связи с блоком автоматического управления работой технологического модуля, который соединен линиями связи с блоком регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, блоками регулирования подачи воздуха и топлива, блоками автоматического диспергирования рабочей жидкости, а блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости соединен гидролинией с гидролинией групповой связи, соединенной с блоками автоматического диспергирования рабочей жидкости распылителями, блоками электростатического распыления, термомеханическими генераторами аэрозолей, при этом бак для рабочей жидкости выполнен в виде трехосного эллипсоида вращения, вытянутого вдоль большей горизонтальной оси, параллельной продольной оси симметрии вертолета и сплюснутого вдоль вертикальной оси, совпадающей с нормальной осью вертолета, лежащей в плоскости симметрии, проходящей по оси симметрии втулки несущего винта, при этом длины большей и малой горизонтальных осей эллипсоида предпочтительно не превышают соответственно наибольшего продольного и поперечного габаритного размеров фюзеляжа и снабжен полыми камерами, в виде эллипсоидов вращения с осями симметрии, совпадающими с осями симметрии бака и вложенными коаксиально одна в другую с расстоянием между стенками смежных камер, не превышающим предпочтительно четвертой части половины малой вертикальной оси, при этом камеры снабжены перфорированными отверстиями, причем оси перфорированных отверстий в смежных камерах не совпадают между собой, штанга технологического модуля полезной нагрузки выполнена в виде эллиптического цилиндра с осью симметрии, перпендикулярной вертикальной продольной плоскости симметрии вертолета, при этом соотношение осей эллипса составляет 6:1 под нулевым углом атаки, а длинная ось эллипса в поперечном разрезе штанги параллельна продольной оси симметрии вертолета и имеет длину, не менее диаметра несущего винта и установлена фронтально на расстоянии, равном предпочтительно не менее половины диаметра несущего винта; распылители в каждом блоке автоматического диспергирования рабочей жидкости установлены последовательно в одном продольном ряду, перпендикулярном оси симметрии штанги с шагом расстановки, предпочтительно больше ширины факела распыла, равном значению тангенса половины угла раскрытия струи, умноженному на длину нераспавшегося участка плоскофакельной струи рабочей жидкости, при этом площадь выходного сопла каждого последующего распылителя меньше на 0,25% площади выходного сопла предыдущего распылителя, а шаг расстановки блоков распылителей на штанге выбран таким образом, чтобы обеспечить не менее чем двойное перекрытие смежных факелов распыла на рабочей высоте полета вертолета; индуцирующий электрод каждого блока электростатического распыления рабочей жидкости выполнен в виде усеченного эллиптического полого конуса, а выходное отверстие сопла распылителя выполнено в форме эллипса, вытянутого вдоль большей оси, совпадающей с большими осями оснований эллиптического конуса, причем больший угол раскрытия эллиптического конуса предпочтительно равен углу факела распыла, а меньший угол раскрытия предпочтительно равен углу раскрытия струи при заданном перепаде рабочего давления на распылителе, камера сгорания каждого термомеханического аэрозольного генератора выполнена в виде эллипсоида вращения, вытянутого вдоль большей продольной оси, совпадающей с осью симметрии генератора, при этом отверстия в камере сгорания выполнены перфорированными, а выходной конфузор камеры сгорания, соединенный с жаровой трубой, выполнен коноидальным, а оси каналов кольцевой камеры перпендикулярны продольной оси симметрии генератора и пересекают ее в одной точке, при этом предпочтительное количество каналов должно быть не менее четырех, при этом дефлектор выполнен в виде плоского криволинейного диффузора с диаметральным входным отверстием, овальными боковыми стенками, с углом между плоскостью входа и плоскостью выхода потока, равным 45°, при этом продольный линейный размер предпочтительно на порядок превышает поперечный размер выходного отверстия диффузора, причем наименьший радиус кривизны диффузора описывает часть окружности, а наибольший радиус кривизны диффузора больше или равен сумме наименьшего радиуса и входного диаметра, но меньше или равен сумме наименьшего радиуса и поперечного размера выходного отверстия диффузора.

Беспилотный вертолет 1 для внесения пестицидов, удобрений, дезинфицирующих, противовирусных препаратов содержит фюзеляж 2, хвостовую балку 3, горизонтальное 4 и вертикальное 5 оперение, полозковое шасси 6, силовую установку 7 с двигателем, системами топливной, масляной, охлаждения, системой электроснабжения, трансмиссией в виде главного редуктора (не показано), на валах которого смонтированы нижний несущий винт 8 и верхний несущий винт 9, бортовую систему автоматического управления 10 пилотированием, навигацией, полезной нагрузкой, технологический модуль полезной нагрузки 11, включающий блоки для размещения и подачи рабочих жидкостей 12, воздуха 13, топлива 14, блок высоковольтного электрического напряжения 15, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости 16, блоки регулирования подачи воздуха 17 и топлива 18, секционную штангу 19 с блоками 20 автоматического диспергирования рабочей жидкости, распылителями 21, блоками 22 электростатического распыления, термомеханическими генераторами аэрозолей 23.

Бортовая система автоматического управления (САУ) 10 содержит бортовой компьютер 24 с центральным процессором для накопления, обработки информации, формирования команд управления, преобразования их в управляющие сигналы в соответствии с программой полета, с модулем 25 программного обеспечения управления бортовыми системами вертолета и модулем 26 программного обеспечения управления работой технологического модуля 11 полезной нагрузки, интегрированную навигационную систему 27, комплексированную с центральным процессором бортового компьютера 24, включающую модуль 28 инерциальной навигационной системы в виде цифровых инерциальных датчиков (акселерометров, гироскопов), объединенного с модулем 29 спутниковой навигационной системы в виде приемника 30 ГЛОНАСС/GPS с антеннами 31 и 32, разнесенными по оси симметрии a-a вертолета 1, блок системы управления бортовым оборудованием 33, блок автоматического управления исполнительными механизмами 34, блок 35 автоматического управления работой технологического модуля 11, модуль датчиков состояния органов управления 36, модуль датчиков внешней среды 37, модуль измерения высоты полета 38.

Блок 12 для размещения и подачи рабочих жидкостей содержит бак 39 для рабочей жидкости пестицидов, удобрений и других агрохимикатов, насос 40 с электроприводом для создания давления и перемещения рабочей жидкости из бака 39 к блокам 20 автоматического диспергирования рабочей жидкости с распылителями 21, блокам 22 электростатического распыления, термомеханическим генераторам аэрозолей 23. Бак 39 оснащен уровнемером 41 и заправочной горловиной 42. Между баком 39 и насосом 40 установлен фильтр 43.

Бак 39 по аэродинамическим обводам формы корпуса выполнен в виде трехосного эллипсоида вращения, вытянутого вдоль большей горизонтальной оси а-а, параллельной продольной оси симметрии вертолета S-S и сплюснутого вдоль вертикальной оси b-b, совпадающей с нормальной осью O-O вертолета 1, лежащей в плоскости симметрии, проходящей по оси симметрии втулки несущего винта, при этом длины большей а-а и малой c-c горизонтальных осей эллипсоида предпочтительно не превышают соответственно наибольшего продольного Lф и поперечного Bф габаритных размеров фюзеляжа 2 вертолета 1. Бак 39 снабжен полыми камерами 44, 45, 46, 47, выполненными в виде трехосных эллипсоидов вращения с осями симметрии, совпадающими с осями симметрии бака a-a, b-b, c-c и вложенными коаксиально одна в другую с расстоянием z между стенками смежных камер 44, 45, 46, 47, не превышающим предпочтительно четвертой части половины малой вертикальной оси b-b, при этом камеры 44, 45, 46, 47 снабжены перфорированными отверстиями 48, 49, 50, причем оси 51, 52, 53 перфорированных отверстий 48, 49, 50 в смежных камерах 46 и 47, 46 и 45, 45 и 44, не совпадают между собой.

Полые камеры 44, 45, 46, 47 с перфорированными отверстиями 48, 49, 50 в баке 39 в форме трехосных эллипсоидов вращения выполняют роль объемных перегородок и демпферов, предупреждают возникновение опасных колебаний жидкости и обеспечивают демпфирование продольных и поперечных колебаний жидкости в баке 39.

Блок 13 содержит нагнетатель воздуха 54, обратный клапан 55, ресивер 56, клапан запорный с электромагнитным управлением 57.

Блок подачи топлива 14 к термомеханическим аэрозольным генераторам 23 содержит бак для топлива 58 с заправочной горловиной 59, топливомером 60, фильтром 61, насос с электроприводом 62.

Блок высоковольтного электрического напряжения 15 содержит электрический аккумулятор 63, генераторы высокого напряжения 64, 65, имеющие по два выхода высокого напряжения 66 и 67, 68 и 69 соответственно, электрическое соединение 70 генераторов 64, 65 с фюзеляжем 2 вертолета 1, источник электропитания 71 для устройства воспламенения топливовоздушной смеси в термомеханическом генераторе 23.

Блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости 16 содержит клапан запорный, нормально закрытый с электромагнитным управлением 72, переливной электрогидравлический клапан 73 с пропорциональным управлением, пропорциональный редукционный клапан 74, регулирующий давление и расход рабочего потока в соответствии с опорными сигналами, электромагнитный расходомер 75, датчик давления жидкости 76.

Бок регулирования подачи воздуха 17 содержит пропорциональный редукционный клапан давления воздуха 77, датчик давления воздуха 78.

Бок регулирования подачи топлива 18 содержит пропорциональный редукционный клапан давления топлива 79, расходомер топлива 80, клапан запорный с электромагнитным управлением 81, датчик давления топлива 82.

Штанга 19 технологического модуля полезной нагрузки 11 выполнена длинной L_ш не менее диаметра D несущего винта 9 и установлена фронтально на расстоянии L_d, равном предпочтительно не менее половины диаметра D несущего винта 9 вертолета 1.

Штанга 19 выполнена обтекаемой формы в виде эллиптического цилиндра с осью симметрии l-l, перпендикулярной вертикальной продольной плоскости симметрии вертолета 1, при этом соотношение осей эллипса k-k и m-m составляет 6:1 под нулевым углом атаки, а длинная ось k-k эллипса в поперечном разрезе штанги 19 параллельна продольной оси симметрии s-s вертолета 1.

Каждый блок 20 для автоматического диспергирования рабочей жидкости выполнен овальной формы, содержит нормально закрытые пропорциональные электромагнитные клапаны 83, гидравлически соединенные с распылителями 21, установленными последовательно в одном продольном ряду, перпендикулярном оси симметрии l-l штанги 19 с шагом расстановки t, предпочтительно большим ширины факела распыла bβ, равным значению тангенса половины угла раскрытия струи β, умноженному на длину lн нераспавшегося участка 84 плоскофакельной струи 85 рабочей жидкости, а шаг T расстановки блоков распылителей 20 на штанге 19 выбран таким образом, чтобы обеспечить не менее чем двойное перекрытие Δ bα смежных факелов распыла 86 и 87 с шириной распыла bα на рабочей высоте полета Hр вертолета 1, при этом площадь выходного сопла каждого последующего распылителя 21 больше на 0,25% площади выходного сопла предыдущего распылителя.

Клапан 83 каждого блока 20 выполнен с возможностью пропорционального бесступенчатого регулирования расхода рабочей жидкости, которое достигается посредством плавного изменения тока обмотки катушки, что в свою очередь обеспечивает плавное регулирование втягивающей силы электромагнитной системы и при превышении силы, закрывающей пружины, якорь поднимается, открывая проходное отверстие (не показано).

Блок 22 электростатического распыления рабочей жидкости содержит индуцирующий электрод 88, выполненный в виде усеченного эллиптического полого конуса 89, установленный соосно внутри эллиптического конуса 89 распылитель 90 с соплом 91, имеющим выходное отверстие в форме эллипса 92, вытянутого вдоль большей оси r-r, совпадающей с большими осями R1 – R1 и R2 – R2 оснований 93 и 94 эллиптического конуса 89, электрические клеммы 95 и 96, при этом больший угол раскрытия δ эллиптического конуса 89 предпочтительно равен углу факела распыла γ, а меньший угол раскрытия ψ предпочтительно равен углу раскрытия струи ϕ при заданном перепаде рабочего давления на распылителе 90.

Истекающая струя рабочей жидкости из сопла 91 распылителя 90 в виде расширяющегося эллиптического конуса позволяет получить факел диспергируемой рабочей жидкости в сечении, перпендикулярном направлению потока, по крайней мере на расстоянии j от выходного отверстия 92 сопла 91 до выхода 94 из индуцирующего электрода 88 в виде эллипса, при этом расстояние f между наружной поверхностью факела и внутренней стенкой электрода 88 остается постоянным. Это обеспечивает равномерное воздействие электрического поля на диспергируемый поток рабочей жидкости.

Термомеханический аэрозольный генератор 23 содержит внешний корпус 97, установленную в корпусе 97 камеру сгорания 98 с отверстиями 99 для подачи воздуха и выходным конфузором 100, соединенным с жаровой трубой 101, имеющей круглую форму профиля, установленную коаксиально внутри цилиндрической части 102 корпуса 97, канал 103 для подачи воздуха между корпусом 97, камерой сгорания 98 и на выходе из жаровой трубы дефлектор 104, устройство для воспламенения топливовоздушной смеси 105, патрубок подвода воздуха 106, форсунку для распыления топлива 107, установленную в конце жаровой трубы кольцевую камеру 108 с соплом 109 для подвода рабочей жидкости и симметрично расположенными каналами 110 для подачи рабочей жидкости в жаровую трубу 101. Камера сгорания 98 выполнена в виде эллипсоида вращения, вытянутого вдоль большей продольной оси m-m, совпадающей с осью симметрии X-X генератора 23, при этом отверстия 99 в камере сгорания 98 выполнены перфорированными, а выходной конфузор 100 камеры сгорания 98, соединенный с жаровой трубой 101, выполнен коноидальным. Оси p-p каналов 110 кольцевой камеры 108 перпендикулярны продольной оси симметрии X-X генератора 23 и пересекают ее в одной точке G, при этом предпочтительное количество каналов 110 должно быть не менее четырех. Дефлектор 104 термомеханического генератора 23 выполнен в виде плоского криволинейного диффузора 111 с входным отверстием 112 диаметром d, овальными боковыми стенками и выходным отверстием 113, с углом α между плоскостью входа и плоскостью выхода потока, равным 45°, при этом продольный линейный размер B предпочтительно на порядок превышает поперечный размер H выходного отверстия 113 диффузора 111, наименьший радиус кривизны r диффузора 111 описывает часть окружности, а наибольший радиус кривизны R диффузора больше или равен сумме наименьшего радиуса r и диаметра d, но меньше или равен сумме наименьшего радиуса r и поперечного размера выходного отверстия H (r + d< R< r + H).

Блоки 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 соединяются линиями связи 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120 соответственно с блоком 35 автоматического управления работой технологического модуля 11 для передачи сигналов управления от блока 35. Блок 35 соединен линией связи 121 с линией групповой связи 122, к которой подключены блоки 20 автоматического диспергирования рабочей жидкости распылителями 21.

Насос 40 блока 12 соединен напорной гидролинией 123 с клапаном 72 блока 16. Клапаны 73, 74 блока 16 соединены сливными гидролиниями 124 и 125 с баком 39.

Блок 13 соединен пневмолинией 126 с блоком 17. Насос 62 блока 14 соединен топливопроводом 127 с блоком 18.

В блоке 15 выходы 66, 67 генератора 64 соединены электрическими линиями связи 128, 129 соответственно с клеммами 95 корпусов 89 электродов 88 и с клеммами 96 распылителей 90 на левой части Lл штанги 19. Выходы 68, 69 генератора 65 соединены электрическими линиями связи 130, 131 соответственно с клеммами 95 корпусов 89 электродов 88 и с клеммами 96 распылителей 90 на правой части Lп штанги 19. Источник электропитания 71 подсоединен посредством электрической линии связи 132 к устройству для воспламенения топливовоздушной смеси 105 термомеханического генератора 23.

Блок 16 связан гидролинией 133 с гидролинией групповой связи 134, соединенной с блоками 20 автоматического диспергирования рабочей жидкости распылителями, блоками 22 электростатического распыления, термомеханическими генераторами аэрозолей 23.

Блок 17 соединен певмолинией 135 с распределительной пневмолинией 136. Блок 18 соединен топливопроводом 137 с распределительным топливопроводом 138.

САУ реализует функцию автопилота и систем траекторного управления полетом вертолета 1, обеспечивает программируемую работу силовой установки 7 вертолета 1, исполнительных механизмов, технологического модуля 11 для внесения рабочих жидкостей, автоматический взлет и посадку, запрограммированный полет по маршруту с заданной путевой (рабочей) скоростью и высотой полета, возврат на прерванную траекторию полета заданного маршрута, автоматическое регулирование и стабилизацию углов ориентации (тангажа, рыскания, крена), принудительную посадку вертолета 1 в экстренных случаях.

Модуль 28 инерциальной навигационной системы определяет и регистрирует с помощью акселерометров линейные ускорения, посредством гироскопов – углы поворотов и наклоны, значения которых передаются в центральный процессор бортового компьютера 24 вертолета 1.

Модуль 29 спутниковой навигационной системы позволяет определять текущие пространственные координаты вертолета 1 в каждый данный момент времени в глобальной системе координат, а также скорость полета, путевые углы, UTC время (Coordinated Universal Time).

Применение двух приемников 30, антенны 31, 32 которых разнесены по строительной оси S-S беспилотного вертолета 1, позволяет определять помимо координат положения вертолета 1, значение его курсового угла.

Интегрированная навигационная система 27 выдает истинный курс вертолета 1 в реальном масштабе времени. Полученные данные кодируются в соответствующие сигналы и передаются в бортовой компьютер 24 вертолета 1. Интегрирование данных, получаемых от инерциальной 28 и спутниковой 29 навигационных систем, минимизирует погрешность определения пространственных координат вертолета 1.

Блок 33 системы управления бортовым оборудованием обеспечивает адекватное взаимодействие всех блоков и устройств вертолета 1.

Блок 34 автоматического управления исполнительными механизмами обеспечивает управление агрегатами по сигналам, вырабатываемым бортовым компьютером 24 в режиме реального времени.

Блок 35 автоматического управления работой технологического модуля полезной нагрузки 11 обеспечивает управление регулированием, распределением и подачей потоков рабочих жидкостей, воздуха, топлива к блокам 20 автоматического диспергирования рабочей жидкости, блокам 22 электростатического распыления, термомеханическим генераторам аэрозолей 23.

Модуль 36 датчиков состояния органов управления передает информацию на центральный процессор бортового компьютера 24 о текущем состоянии органов управления вертолета 1.

Модуль 37 датчиков внешней среды передает информацию на центральный процессор бортового компьютера 24 о параметрах внешней среды (скорости и направлении ветра, атмосферном давлении, температуре и влажности воздуха).

Модуль 38 измерения высоты полета выполнен в виде ультразвукового или лазерного высотомера.

Комплексирование блока управления 35 технологическим модулем 11 с бортовым компьютером 24 является робастным (устойчивым к внешним воздействиям и изменению параметров полета) в плане выполнения технологического процесса обработки сельскохозяйственных, лесных угодий и других объектов обработки.

Исполнение бака 39 в форме эллипсоида вращения, вытянутого вдоль большей горизонтальной оси а-а и сплюснутого вдоль вертикальной оси в-в минимизирует лобовое сопротивление до предельно низкого значения, поскольку позади тела в виде эллипсоида вращения и эллиптического цилиндра с соотношением осей эллипса 6:1 при нулевом угле атаки отсутствует завихренная область пониженного давления за баком 39, что повышает аэродинамические характеристики вертолета 1 с учетом интерференции потоков от составляющих элементов технологического модуля 11 внесения рабочих жидкостей (Хайкин С.Э. Физические основы механики. М.: Наука.1971. С. 549-551. Альбом течений жидкости и газа: пер. с англ./ Сост. М. Ван - Дайк. – М.: Мир, 1986. С. 20-23).

Выбранное расстояние z между стенками смежных камер 44, 45, 46, 47, не превышающее предпочтительно четвертой части половины малой вертикальной оси b-b и условие не совпадения осей 51, 52, 53 перфорированных отверстий 48, 49, 50 в смежных камерах 46 и 47, 46 и 45, 45 и 44, обеспечивает максимальную диссипацию энергии за один цикл колебания жидкости.

Форма выполнения штанги 19, в виде эллиптического цилиндра минимизирует лобовое сопротивление вертолета 1.

Выполнение штанги 19 технологического модуля полезной нагрузки 11 длиной Lш, не менее диаметра D несущего винта 9, и установка штанги 19 фронтально на расстоянии Ld, равном предпочтительно не менее половины диаметра D несущего винта 9 вертолета 1, позволяет минимизировать влияние воздушных потоков от несущих винтов 8 и 9 на качество распределения диспергируемой рабочей жидкости вертолетом 1.

Установка распылителей 21 последовательно в одном продольном ряду, перпендикулярном оси симметрии l-l штанги 19, с шагом расстановки t, предпочтительно большем ширины факела распыла bβ, равном значению тангенса половины угла раскрытия струи β, умноженному на длину lн нераспавшегося участка 84 плоскофакельной струи рабочей жидкости, обеспечивает исключение соударения соседних струй 85, изменение конфигурации факелов 86 и 87 и, как следствие, более равномерное распределение диспергируемой рабочей жидкости по ширине факела распыла bα .

Выбор шага T расстановки блоков 20 распылителей на штанге 19 с не менее чем двойным перекрытием Δbα смежных факелов распыла 86 и 87 с шириной распыла bα на рабочей высоте полета Hр обусловлен нормативными требованиями по равномерному распределению рабочей жидкости пестицидов, удобрений и других агрохимикатов на рабочей ширине захвата вертолета 1.

Выбор площади каждого последующего распылителя больше на 0,25% площади предыдущего распылителя 21 обеспечивает возможность дифференциации норм внесения рабочих жидкостей.

Выполнение электрода 88 в виде усеченного эллиптического полого конуса 89 с установленным соосно внутри эллиптического конуса 89 распылителем 90 с щелевым соплом 91, имеющим выходное отверстие в форме эллипса 92, вытянутого вдоль большей оси r-r, совпадающей с большими осями R1 – R1 и R2 – R2 оснований 93 и 94 эллиптического конуса 89 с большим углом раскрытия δ, предпочтительно равным углу факела распыла γ, и меньшим углом раскрытия ψ, предпочтительно равным углу раскрытия струи ϕ при заданном перепаде рабочего давления на распылителе 90 позволяет, во-первых, диспергировать рабочую жидкость с широким факелом распыла, во-вторых, иметь однородное электрическое поле и равномерный заряд диспергируемых капель рабочей жидкости.

Выполнение камеры сгорания 98 в термомеханическом генераторе в виде эллипсоида вращения, вытянутого вдоль большей продольной оси m-m, повышает энергию процесса сгорания топлива с увеличением давления и плотности продуктов сгорания смеси внутри камеры 98 и, как следствие, повышает мощность сгорания топливовоздушной смеси.

Выполнение входных отверстий 99 в камере сгорания 98 перфорированными обеспечивает равномерное распределение воздуха по всему объему камеры сгорания 98.

Выполнение выходного конфузора 100 камеры сгорания 98 коноидальным фокусирует поток горячего газа при подаче его в жаровую трубу 101, обеспечивает хорошую динамическую устойчивость потока и снижает потери энергии потока при прохождении конфузора 100.

Предпочтительное количество каналов 110 кольцевой камеры 103 для подачи рабочей жидкости не менее четырех и выполнение осей каналов кольцевой камеры 103 перпендикулярными продольной оси симметрии X-X генератора с их пересечением в одной точке G обеспечивает симметричность подачи рабочей жидкости в поток горячего газа.

Выполнение дефлектора 104 термомеханического генератора с углом α между плоскостью входа и плоскостью выхода потока, равным 45°, позволяет направлять газожидкостную смесь в виде широкого плоского факела вниз, перпендикулярно обрабатываемой поверхности. Форма дефлектора 104 в виде плоского криволинейного диффузора 111 позволяет уменьшить потери энергии при преобразовании кинетической энергии потока в потенциальную, обеспечить наиболее равномерное распределение взаимодействующих компонентов топливовоздушной смеси и рабочей жидкости, выровнять температуры горячего газа и рабочей жидкости с получением однородного спектра аэрозоля.

Беспилотный вертолет для дифференцированного внесения пестицидов, удобрений, других агрохимикатов, дезинфицирующих и противовирусных препаратов работает следующим образом.

В центральный процессор бортового компьютера 24 загружается полетное задание, в котором отображается в электронном виде маршрут полета и электронная карта-задание, являющаяся программой дифференцированного внесения удобрений или дифференцированной обработки пестицидами сельскохозяйственных полей, лесных и садовых насаждений в системе точного земледелия, либо программой целевой обработки дезинфицирующими и противовирусными препаратами заданного объекта обработки (прудов, болот, парковых зон, игровых полей). Для каждого объекта обработки устанавливаются границы, площадь, длина гона, координаты обрабатываемых элементарных участков, нормы внесения рабочих растворов удобрений, пестицидов, десикантов, дезинфицирующих и противовирусных препаратов, координаты стартовой точки и координаты точки окончания обработки, рабочая скорость и высота полета, траектория полета, координаты места заправки топливом и рабочими жидкостями.

Вертолет 1 от мобильного транспортировщика-заправщика (не показано) заправляется топливом, в бак 39 через заправочную горловину 42 с контролем уровня по уровнемеру 41, в соответствии с программой внесения и обработки заливается рабочий раствор минерального удобрения, например, азотного или рабочая жидкость заданного пестицида, дезинфицирующего или противовирусного препарата. Бак 58 через заправочную горловину 59 с контролем уровня по уровнемеру 60 заправляется топливом для термомеханических генераторов 23.

По сигналу от бортового компьютера 24 системы автоматического управления полетом запускается двигатель силовой установки 7, производится раскрутка несущих винтов 8 и 9, воздух под винтами 8, 9 уплотняется, и создается дополнительная тяга, двигатель переводится во взлетный режим, бортовой компьютер 24 передает управляющие сигналы в блок системы управления бортовым оборудованием 33 и блок автоматического управления исполнительными механизмами 34, производится вертикальный взлет вертолета 1, который поднимается в воздух и в соответствии с программой полета, подлетает к точке стартовых координат начала обработки, при этом координаты, определяемые интегрированной навигационной системой 27, сравниваются с заданными координатами, введенными в программу траекторного полета. Модуль 37 датчиков внешней среды передает информацию на центральный процессор бортового компьютера 24 о параметрах внешней среды (скорости и направлении ветра, атмосферном давлении, температуре и влажности воздуха). Модуль 38 измерения высоты полета передает на центральный процессор компьютера 24 текущее значение высоты полета вертолета 1.

При подлете вертолета 1 к точке начала обработки и при достижении штангой 19 вертолета 1 координат начала обработки бортовой компьютер 24 передает через блок 35 по линии связи 114 управляющие сигналы в блок 12 к электродвигателю насоса 40, по линии связи 118 в блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости 16 к клапанам 72, 73, 74, расходомеру 75 и датчику 76. Клапан 72 открывается, включается в работу насос 40, клапаны 73, 74 включаются и устанавливаются на заданный перепад рабочего давления. Рабочая жидкость подается насосом 40 по гидролинии 124 через открытый запорный клапан 72 в клапан 73, который поддерживает заданное давление на входе в клапан 74 за счет байпасирования части потока жидкости по гидролинии 125 в бак 39. Из клапана 73 рабочая жидкость поступает в клапан 74, который поддерживает выходное значение перепада рабочего давления на заданном уровне или меняет перепад давления на выходе в соответствии с электронной картой-заданием дифференцированного внесения и обработки. От клапана 74 рабочая жидкость поступает в расходомер 75, который определяет текущее значение расхода и передает его по линии связи 119 в блок 35 и далее в компьютер 24, при этом датчик давления измеряет текущее значение давления потока жидкости, которое по линии связи передается в блок 35 и затем в компьютер 24. Бортовой компьютер сравнивает текущие значения расхода и давления потока жидкости с заданными и, при необходимости, корректирует значение параметров потока подачей управляющих сигналов в блок 16 по линии связи 118 через блок управления 35. Из блока 16 рабочая жидкость поступает в гидролинию групповой связи 134 блока 16 с блоками 20, 22, 23. Из гидролинии 134 рабочая жидкость поступает к блокам 20 автоматического диспергирования рабочей жидкости с распылителями 21, блокам 22 электростатического распыления, термомеханическим генераторам аэрозолей 23.

В процессе полета вертолета 1 по заданной траектории при внесении, например, жидкого азотного удобрения при некорневой подкормке зерновых культур бортовой компьютер 24 передает управляющие сигналы через блок 35 по линии связи 121 и далее по линии групповой связи 122, к блокам 20 автоматического диспергирования с распылителями 21, которые в соответствии с электронной картой-заданием автоматически открываются на заданную норму внесения рабочего раствора на каждом элементарном участке обрабатываемого поля, при этом при изменении доз азота на обрабатываемых участках, отображенных в электронной карте-задании, автоматически выбирается один или несколько распылителей 21, обеспечивающих заданную норму внесения раствора жидкого азотного удобрения. Увеличение нормы внесения рабочей жидкости по траектории полета вертолета 1 пропорционально включению в работу одного, двух, трех и более распылителей 21 в блоке 20, установленных на штанге 19 вертолета 1. При подаче управляющего сигнала на катушку электромагнита клапан 72 открывается, и, соответственно, открывает подачу рабочей жидкости в каждый из распылителей 21. Распылители могут работать как по отдельности, так и в совокупности, в зависимости от программы внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов.

При выработке рабочей жидкости в баке 39, контролируемой уровнемером 41, сигнал от блока 12 поступает в блок 35 и далее в бортовой компьютер 24, который посредством приемников 30 фиксирует координаты точки положения вертолета 1 на заданной траектории обработки поля. Компьютер 24 передает управляющие сигналы через блок 35 по линиям связи 114, 118, 121, 122 на отключение насоса 40, закрытие клапана 72, распылителей 21. САУ направляет вертолет 1 к месту заправки рабочей жидкостью и топливом. После заправки САУ возвращает вертолет 1 в точку прерванного полета и процесс внесения продолжается.

Для внесения пестицидов, например, гербицидов при обработке сельскохозяйственного поля, в бак 39 заливается рабочая жидкость гербицида. Подача рабочей жидкости гербицида в гидролинию групповой связи 134 осуществляется аналогично, как и при внесении рабочего раствора удобрения. Из линии связи 134 рабочая жидкость гербицида подается к распылителям 89. По сигналу от компьютера 24 управляющий сигнал через блок 35 поступает в блок 15. Включаются генераторы 64, 65. От генератора 64 высокое напряжение подается по электрической линии связи 128 на корпуса 89 индуцирующих электродов 88, а по электрической линии 129 на корпуса распылителей 90, установленных на левой части штанги 19. От генератора 65 высокое напряжение подается по электрическим линиям связи 130 и 131 соответственно на корпуса 89 индуцирующих электродов 88 и на корпуса распылителей 90, установленных на правой части штанги 19. Диспергируемая распылителями 90 рабочая жидкость, выходящая из сопла 91, на левой части штанги 19, заряжается положительно, а на правой части штанги 19 заряжается отрицательно, что обнуляет электрический потенциал на фюзеляже 2 вертолета 1. Диспергируемые капли рабочей жидкости гербицида приобретают избыточные электрические заряды, увеличивается сила притяжения капель к растениям, уменьшаются потери пестицидов, минимизируется их снос за пределы обрабатываемого участка и, как следствие, снижается загрязнение окружающей среды, что позволяет снизить установленные нормы внесения пестицидов. В процессе обработки сельскохозяйственного поля по траектории полета при перелете вертолета 1 с одного участка обрабатываемого поля на другой, отличающийся степенью засоренности сорными растениями, с учетом экономического порога вредоносности, приемник 30 ГЛОНАСС/GPS отслеживает и передает значение пространственных координат местоположения вертолета 1 в бортовой компьютер 24, который идентифицирует координаты, полученные от приемника 30, с координатами, заданными на электронной карте-задании обработки поля и в соответствии с ней дает управляющие сигналы через блок 35 в блок 16, который посредством клапана 72 отключает подачу рабочей жидкости к распылителям 90 и участки, с засоренностью ниже экономического порога засоренности, или не имеющие засоренность, не обрабатываются.

Для обработки объектов дезинфицирующими, противовирусными препаратами, а также пестицидами в бак 39 заливается соответствующий рабочий раствор препарата, заданного электронной картой-заданием, введенной в бортовой компьютер 24. В бак 58 блока 14 заливается топливо для работы термомеханического генератора 23.

Подача рабочей жидкости препарата в гидролинию групповой связи 134 осуществляется так же, как и при внесении удобрений и электростатическом распылении пестицидов. Из линии связи 134 рабочая жидкость препарата подается в кольцевую камеру 108 термомеханического генератора аэрозолей 23.

По сигналу от компьютера 24 управляющие сигналы через блок 35 по линиям связи 115, 116 и 117 поступают в блоки 13, 14 и 15. В блоке регулирования подачи воздуха 17 открывается клапан 57, включается нагнетатель воздуха 54, воздух от нагнетателя 57 через обратный клапан 55 поступает в ресивер 56 и далее через открытый клапан 57 по воздухопроводу 126 в пропорциональный редукционный клапан давления воздуха 76 блока 17, из которого по воздухопроводу 135 воздух подается в распределительную пневмолинию 136, и далее, в патрубки подвода воздуха 105 термомеханических генераторов 23.

В блоке 14 включается насос 62, и топливо из бака 52 по топливопроводу 127 подается в блок 18. Клапан запорный 81 открывается, и топливо поступает в клапан 79, поддерживающий установленное значение перепада давления топлива на выходе из клапана 79. От клапана топливо поступает в расходомер 80, измеряющий расход топлива с передачей текущего значения по линии связи 120 в блок 35, и далее в компьютер 24. Из расходомера топливо через открытый клапан 81 поступает по топливопроводу 137 в распределительный топливопровод 138, и далее в форсунки 107 для распыления топлива термомеханических генераторов 23.

От источника электропитания 71 по электрической линии связи 132 под заданным напряжением подается ток к устройствам 105 для воспламенения топливовоздушной смеси в термомеханических генераторах 23.

Каждый термомеханический генератор аэрозолей 23 работает следующим образом.

Из патрубка 106 часть воздуха через перфорированные отверстия 99 поступает в камеру сгорания 98, другая часть воздуха, не нужная для горения, проходит по кольцевому каналу 103 вдоль жаровой трубы 101. Форсунка 107 распыляет топливо внутри камеры сгорания 98. Устройство 105 воспламеняет топливовоздушную смесь в камере сгорания 98. В результате сгорания топливовоздушной смеси горячие газы поступают в конфузор 100, который фокусирует поток горячих газов и увеличивает его скорость при входе в жаровую трубу 101. Поток горячего газа движется с большой скоростью в жаровой трубе 101. Одновременно в кольцевом канале 103 движется поток воздуха, охлаждая жаровую трубу 101 и, соответственно, поток горячего газа. Рабочая жидкость поступает в кольцевую камеру 108 и через каналы 110 впрыскивается в поток газа на выходе из жаровой трубы 101, далее смесь поступает в дефлектор 104, где происходит расширение газа, его охлаждение, и на выходе 113 из дефлектора 104 образование тонкодисперсной аэрозоли с широким факелом аэрозольного тумана, направленного вниз.

Применение беспилотного вертолета обеспечивает дифференцированное внесение удобрений, дифференцированную обработку пестицидами и другими агрохимикатами сельскохозяйственных полей, лесных и садовых насаждений в системе точного земледелия, десикацию сельскохозяйственных культур перед уборкой, целевую обработку дезинфицирующими и противовирусными препаратами прудов, болот, парковых зон, игровых полей и других объектов, снижение норм внесения, сведение к минимуму потерь и повышение эффективности действия удобрений, пестицидов, дезинфицирующих и противовирусных препаратов, уменьшение рисков загрязнения окружающей среды пестицидами, удобрениями и другими агрохимикатами до предельно допустимых концентраций, повышение производительности технологического процесса.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к конструкциям сельскохозяйственных беспилотных летательных аппаратов. Беспилотный вертолет (1) для внесения пестицидов, удобрений, дезинфицирующих, противовирусных препаратов содержит фюзеляж (2), хвостовую балку (3), горизонтальное (4) и вертикальное (5) оперение, полозковое шасси (6), силовую установку (7), нижний (8) и верхний (9) несущие винты, бортовую систему автоматического управления (10) пилотированием, навигацией, полезной нагрузкой, технологический модуль полезной нагрузки (11). Технологический модуль полезной нагрузки (11) содержит блоки для размещения и подачи рабочих жидкостей (12), воздуха (13), топлива (14), блок высоковольтного электрического напряжения (15), блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости (16), блоки регулирования подачи воздуха (17) и топлива (18), секционную штангу (19) с блоками (20) автоматического диспергирования рабочей жидкости, распылителями (21), блоками (22) электростатического распыления, термомеханическими генераторами аэрозолей (23). Обеспечивается дифференцированное внесение пестицидов, удобрений и других агрохимикатов в точном земледелии, уменьшение рисков загрязнения окружающей среды пестицидами. 15 ил.

Беспилотный вертолет для внесения пестицидов, удобрений и других агрохимикатов в точном земледелии, содержащий фюзеляж, хвостовую балку, горизонтальное и вертикальное оперение, полозковое шасси, силовую установку с двигателем, нижний и верхний несущие винты, бортовую систему автоматического управления пилотированием, навигацией, полезной нагрузкой, технологический модуль полезной нагрузки, включающий блоки для размещения и подачи рабочих жидкостей, воздуха, топлива, блок высоковольтного электрического напряжения, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, блоки регулирования подачи воздуха и топлива, секционную штангу с блоками автоматического диспергирования рабочей жидкости, распылителями, блоками электростатического распыления, термомеханическими генераторами аэрозолей, отличающийся тем, что блоки для размещения и подачи рабочих жидкостей, воздуха, топлива и высоковольтного электрического напряжения соединены линиями связи с блоком автоматического управления работой технологического модуля, который соединен линиями связи с блоком регулирования и распределения потоков рабочей жидкости, блоками регулирования подачи воздуха и топлива, блоками автоматического диспергирования рабочей жидкости, блок регулирования и распределения потоков рабочей жидкости связан гидролинией с гидролинией групповой связи, соединенной с блоками автоматического диспергирования рабочей жидкости распылителями, блоками электростатического распыления, термомеханическими генераторами аэрозолей, при этом бак для рабочей жидкости выполнен в виде трехосного эллипсоида вращения, вытянутого вдоль большей горизонтальной оси, параллельной продольной оси симметрии вертолета, и сплюснутого вдоль вертикальной оси, совпадающей с нормальной осью вертолета, лежащей в плоскости симметрии, проходящей по оси симметрии втулки несущего винта, при этом длины большей и малой горизонтальных осей эллипсоида предпочтительно не превышают соответственно наибольшего продольного и поперечного габаритного размеров фюзеляжа и снабжены полыми камерами, в виде эллипсоидов вращения с осями симметрии, совпадающими с осями симметрии бака и вложенными коаксиально одна в другую, с расстоянием между стенками смежных камер, не превышающим четвертой части половины малой вертикальной оси, при этом камеры снабжены перфорированными отверстиями, причем оси перфорированных отверстий в смежных камерах не совпадают между собой, штанга технологического модуля полезной нагрузки выполнена в виде эллиптического цилиндра с осью симметрии, перпендикулярной вертикальной продольной плоскости симметрии вертолета, и соотношением осей эллипса 6:1 под нулевым углом атаки, а длинная ось эллипса в поперечном разрезе штанги параллельна продольной оси симметрии вертолета и имеет длину не менее диаметра несущего винта и установлена фронтально на расстоянии, равном не менее половины диаметра несущего винта, распылители в каждом блоке автоматического диспергирования рабочей жидкости установлены последовательно в одном продольном ряду, перпендикулярном оси симметрии штанги, с шагом расстановки больше ширины факела распыла, равном значению тангенса половины угла раскрытия струи, умноженному на длину нераспавшегося участка плоскофакельной струи рабочей жидкости, при этом площадь выходного сопла каждого последующего распылителя меньше на 0,25% площади выходного сопла предыдущего распылителя, с шагом расстановки блоков распылителей на штанге, обеспечивающим не менее чем двойное перекрытие смежных факелов распыла на рабочей высоте полета вертолета, индуцирующий электрод каждого блока электростатического распыления рабочей жидкости выполнен в виде усеченного эллиптического полого конуса, а выходное отверстие сопла распылителя - в форме эллипса, вытянутого вдоль большей оси, совпадающей с большими осями оснований эллиптического конуса, при этом больший угол раскрытия эллиптического конуса равен углу факела распыла, а меньший угол раскрытия равен углу раскрытия струи при заданном перепаде рабочего давления на распылителе, камера сгорания каждого термомеханического аэрозольного генератора выполнена в виде эллипсоида вращения, вытянутого вдоль большей продольной оси, совпадающей с осью симметрии генератора, при этом отверстия в камере сгорания выполнены перфорированными, а выходной конфузор камеры сгорания, соединенный с жаровой трубой, выполнен коноидальным, оси каналов кольцевой камеры перпендикулярны продольной оси симметрии генератора и пересекают ее в одной точке, при этом предпочтительное количество каналов не менее четырех, при этом дефлектор выполнен в виде плоского криволинейного диффузора с диаметральным входным отверстием, овальными боковыми стенками, с углом между плоскостью входа и плоскостью выхода потока, равным 45°, при этом продольный линейный размер, по крайней мере, в 10 раз превышает поперечный размер выходного отверстия диффузора, причем наименьший радиус кривизны диффузора описывает часть окружности, а наибольший радиус кривизны диффузора больше или равен сумме наименьшего радиуса и входного диаметра, но меньше или равен сумме наименьшего радиуса и поперечного размера выходного отверстия диффузора.