RU2734661C1

RU2734661C1 - Complex of unmanned aerial vehicles based on aerostatic aircraft

Info

Publication number: RU2734661C1
Application number: RU2020109792A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Куцеев; Андрей Александрович Меркулов; Дмитрий Александрович Дмитриев
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2020-10-21

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to devices providing process of chemical protection of plants using unmanned aerial vehicles of vertical take-off and landing. Complex of aircraft chemical protection agents based on aerostatic aircraft (1) includes carcass (3), chassis (4), soft cylinders (5) filled with gas lighter than air, control and navigation system (9), tank (6) for liquid with appliance (7) for its suspension, nacelle control (8), copter (2), nozzles (12) for differentiated application of chemical protection means, chamber (11) for monitoring of agricultural plantations. Tank (6) for liquid has hydraulic line (14) for connection with nozzles (12). Between tank (6) and nozzles (12) there is regulator (15) of height of nozzles (12) located in the form of a telescopic rod, inside of which there is hydraulic line (14). Copter (2) is connected to front part of aerostatic airframe (3) by tow line (16) and additionally connected to lower part of telescopic rod (15) to change its length. Upper part of telescopic rod (15) is connected with hinge (19) with aerostatic craft frame (3).

EFFECT: higher efficiency of the process of spraying plants and safety of the chemical treatment of plants.

1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области аэростатических летательных аппаратов, сельскохозяйственного машиностроения, в частности к устройствам, обеспечивающим процесс проведения операции химической защиты растений с помощью беспилотных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки.The present invention relates to the field of aerostatic aircraft, agricultural engineering, in particular to devices that provide the process of carrying out the operation of chemical plant protection using unmanned aerial vehicles for vertical take-off and landing.

Известен управляемый аэростатический летательный аппарат-дирижабль, содержащий жесткий каркас, шасси, заполненные газом легче воздуха мягкие баллоны, силовую установку, средства управления приспособление для подвески груза, гондолу управления и бак для жидкости (Патент на изобретение Франции №2286754 МПК В64В 1/00, 1976).Known controlled aerostatic aircraft-airship, containing a rigid frame, chassis, filled with gas lighter than air, soft cylinders, power plant, controls, a device for hanging cargo, a control nacelle and a liquid tank (French patent No. 2286754 IPC В64В 1/00, 1976).

Недостатком известного управляемого аэростатического летательного аппарата-дирижабля является ограниченность его функциональных возможностей.The disadvantage of the known controlled aerostatic airship-airship is its limited functionality.

Указанный недостаток обусловлен следующим. Известный управляемый аэростатический летательный аппарат-дирижабль предназначен для тушения пожаров. Технологический процесс опрыскивания сельскохозяйственных растений для их защиты он выполнять не может.This disadvantage is due to the following. The well-known controlled aerostatic airship is designed to extinguish fires. He cannot perform the technological process of spraying agricultural plants to protect them.

Кроме того, наличие силовой установки усложняет конструкцию аппарата-дирижабля.In addition, the presence of a power plant complicates the design of the airship apparatus.

Наиболее близким по достигаемому эффекту к заявленному техническому решению является комплекс беспилотных летательных средств на базе аэростатического летательного аппарата, включающий каркас, шасси, мягкие баллоны, заполненные газом легче воздуха, силовую установку с турбовинтовыми двигателями с изменяемым вектором тяги, систему управления и навигации, приспособление для подъема и/или подвески груза, гондолу управления и баки для жидкости, отличающийся тем, что он снабжен закрепленной на каркасе рамы площадкой для посадки квадрокоптеров, съемными пополняемыми емкостями с форсунками для дифференцированного внесения средств химической защиты, дистанционными зарядными устройствами, камерами для мониторинга сельскохозяйственных насаждений (Патент на изобретение RU №2 681 966 МПК B64D 5/00, В64С 39/02, В64В 1/06, B64D 1/18, опубликовано 14.03.2019 - прототип).The closest in the achieved effect to the claimed technical solution is a complex of unmanned aerial vehicles based on an aerostatic aircraft, including a frame, landing gear, soft cylinders filled with gas lighter than air, a power plant with turboprop engines with a variable thrust vector, a control and navigation system, a device for lifting and / or suspension of cargo, a control nacelle and tanks for liquid, characterized in that it is equipped with a platform for landing quadcopters fixed on the frame of the frame, removable refillable containers with nozzles for differential application of chemical protection means, remote chargers, cameras for monitoring agricultural plantings (Patent for invention RU No. 2 681 966 IPC B64D 5/00, В64С 39/02, В64В 1/06, B64D 1/18, published 03/14/2019 - prototype).

Недостатками известного комплекса беспилотных летательных средств на базе аэростатического летательного аппарата, принятого за прототип, является низкая эффективность процесса опрыскивания растений для их защиты.The disadvantages of the known complex of unmanned aerial vehicles based on an aerostatic aircraft, taken as a prototype, is the low efficiency of the process of spraying plants to protect them.

Указанные недостатки обусловлены следующим. В известном комплексе беспилотных летательных средств на базе аэростатического летательного аппарата форсунки для внесения средств химической защиты с съемными емкостями располагаются на квадрокоптерах. Турбулентные потоки воздуха, создаваемые винтами квадрокоптеров, воздействуют на опрыскиваемые растения, при этом стебли растений раскачиваются. Это ухудшает равномерность нанесения рабочей жидкости на поверхность растений, увеличивая отклонение от заданной нормы внесения рабочей жидкости на поверхность растений.These disadvantages are due to the following. In the well-known complex of unmanned aerial vehicles based on an aerostatic aircraft, nozzles for introducing chemical protection means with removable containers are located on quadrocopters. Turbulent air currents created by quadcopter propellers affect the sprayed plants, while the plant stems sway. This worsens the uniformity of application of the working fluid to the plant surface, increasing the deviation from the set rate of application of the working fluid to the plant surface.

Кроме этого, турбулентные потоки воздуха воздействуют на факелы, образованные распыляемой рабочей жидкостью, искажая их форму, что также ухудшает равномерность нанесения рабочей жидкости на поверхность растений.In addition, turbulent air flows affect the torches formed by the sprayed working fluid, distorting their shape, which also impairs the uniformity of the application of the working fluid on the plant surface.

При сплошном опрыскивании хлебостоя в месте стыка двух смежных проходов двух коптеров или одного и того же может происходить на определенных участках двойная обработка или оставаться огрехи.With continuous spraying of grain at the junction of two adjacent passages of two copters or the same one, double processing may occur in certain areas or flaws may remain.

В известном комплексе беспилотных летательных средств на базе аэростатического летательного аппарата требуется распределять рабочий раствор по бакам для жидкости и менять опорожненные съемные емкости квадрокоптеров. Это усложняет технологический процесс внесения средств химической защиты растений.In the well-known complex of unmanned aerial vehicles based on an aerostatic aircraft, it is required to distribute the working solution over the liquid tanks and change the empty removable containers of the quadcopters. This complicates the technological process of applying chemical plant protection products.

Продолжительность обработки ограничивается суммарным объемом баков для жидкости и съемных емкостейThe processing time is limited by the total volume of the liquid tanks and removable containers.

Наличие силовой установки с турбовинтовыми двигателями с изменяемым вектором тяги у аэростатического летательного аппарата усложняет конструкцию всего комплекса.The presence of a power plant with turboprop engines with a variable thrust vector in an aerostatic aircraft complicates the design of the entire complex.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса опрыскивания растений для их защиты.The technical result of the invention is to improve the efficiency of the process of spraying plants for their protection.

Технический результат достигается тем, что в комплексе летательных средств химической защиты растений на базе аэростатического летательного аппарата, включающем каркас, шасси, мягкие баллоны, заполненные газом легче воздуха, систему управления и навигации, бак для жидкости с приспособлением для его подвески, гондолу управления, коптер, форсунки для дифференцированного внесения средств химической защиты, камеры для мониторинга сельскохозяйственных насаждений, согласно изобретения, бак для жидкости имеет гидропровод для сообщения с форсунками, между баком и форсунками установлен регулятор высоты расположения форсунок, выполненный в виде телескопического стержня, внутри которого расположен гидропровод, при этом коптер соединен с передней частью каркаса аэростаттического летательного аппарата буксирным тросом и дополнительно коптер соединен с нижней частью телескопического стержня для изменения его длины, причем верхняя часть телескопического стержня шарнирно соединена с каркасом аэростатического летательного аппарата.The technical result is achieved by the fact that in a complex of flying means of chemical plant protection based on an aerostatic aircraft, including a frame, landing gear, soft cylinders filled with gas lighter than air, a control and navigation system, a liquid tank with a device for its suspension, a control gondola, a copter , nozzles for differentiated application of chemical protection means, cameras for monitoring agricultural plantations, according to the invention, the liquid tank has a hydraulic line for communication with the nozzles, between the tank and the nozzles there is a nozzle height regulator made in the form of a telescopic rod, inside which there is a hydraulic line, when this copter is connected to the front part of the frame of the aerostatic aircraft by a towing cable and additionally the copter is connected to the lower part of the telescopic rod to change its length, and the upper part of the telescopic rod is pivotally connected to the balloon frame of an aircraft.

Новизна заявленного технического решения обусловлена следующим. Повышение качества процесса опрыскивания растений для их защиты достигается путем исключения влияния турбулентных потоков воздуха, создаваемых винтами коптера на распыляемые растворы и обрабатываемые растенияThe novelty of the claimed technical solution is due to the following. Improving the quality of the process of spraying plants for their protection is achieved by eliminating the influence of turbulent air flows created by the copter screws on the sprayed solutions and treated plants.

Сообщение форсунок с баком для жидкости с помощью гидропровода, а также наличие между баком и форсунками регулятора высоты расположения форсунок, выполненного в виде телескопического стержня, внутри которого расположен гидропровод, обеспечивает выполнение технологической операции опрыскивания без воздействия на факелы распыла турбулентных потоков воздуха коптера.The communication of the nozzles with the liquid tank using a hydraulic line, as well as the presence between the tank and the nozzles of a nozzle height adjuster, made in the form of a telescopic rod, inside which a hydraulic line is located, ensures that the technological operation of spraying is performed without affecting the spray flares of turbulent air flows of the copter.

Соединение коптера с передней частью каркаса аэростатического летательного аппарата буксирным тросом увеличивает маневренность всего комплекса летательных средств химической защиты растений на базе аэростатического летательного аппарата. Появляется возможность размещать дополнительные аккумуляторные батареи коптера на аэростатическом летательном аппарате, что позволяет увеличить время работы без подзарядки аккумуляторных батарей коптера и, как следствие, время работы всего комплекса.The connection of the copter with the front part of the frame of the aerostatic aircraft by a towing cable increases the maneuverability of the entire complex of flying chemical plant protection equipment based on the aerostatic aircraft. It becomes possible to place additional batteries of the copter on the aerostatic aircraft, which makes it possible to increase the operating time without recharging the batteries of the copter and, as a consequence, the operating time of the entire complex.

Дополнительное соединение коптера с нижней частью телескопического стержня для изменения его длины обеспечивает регулировку высоты распыла в широком диапазоне, что увеличивает эффективность опыления растений.The additional connection of the drone to the bottom of the telescopic rod to change its length provides a wide range of spray height adjustment, which increases the efficiency of plant pollination.

Кроме того, совместно соединение коптера с передней частью каркаса аэростатического аппарата и соединение бака и аэростатического летательного аппарата с форсунками позволяет оператора-технолога разместить на значительном расстоянии от зоны внесения раствора. В сочетании с герметичной гондолой коптера, это увеличивает безопасность процесса химической обработки растений.In addition, the joint connection of the copter with the front part of the frame of the aerostatic apparatus and the connection of the tank and the aerostatic aircraft with nozzles allows the operator-technologist to be placed at a considerable distance from the zone of application of the solution. Combined with the sealed aircraft gondola, this increases the safety of the plant chemistry.

Шарнирное соединение верхней части телескопического стержня с каркасом аэростатического летательного аппарата обеспечивает при движении аэростатического летательного аппарата над хлебостоем горизонтальное положение штанги с форсунками, что также увеличивает эффективность опыления растений.The articulated connection of the upper part of the telescopic rod with the frame of the aerostatic aircraft ensures the horizontal position of the boom with nozzles when the aerostatic aircraft moves over the grain stand, which also increases the efficiency of plant pollination.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 приведен схематично комплекс летательных средств химической защиты растений на базе аэростатического летательного аппарата в транспортном положении, вид сбоку; на фиг. 2 - тоже, в рабочем положении; на фиг. 3 - регулятор высоты расположения форсунок с форсунками, расположенными на штанге, продольный разрез; на фиг. 4 - дополнительное крепление регулятора высоты расположения форсунок с гибкой связью с коптером.The essence of the invention is illustrated by drawings. FIG. 1 schematically shows a complex of flying means of chemical plant protection based on an aerostatic aircraft in a transport position, side view; in fig. 2 - also, in working position; in fig. 3 - height adjuster for the location of nozzles with nozzles located on the rod, longitudinal section; in fig. 4 - additional fastening of the nozzle height adjuster with flexible connection with the copter.

На графических материалах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания сущности технического решения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, не представлены.For the sake of clarity, only those details are presented in the drawings that are necessary to understand the essence of the technical solution, and related elements well known to those skilled in the art are not shown.

Комплекс летательных средств химической защиты растений на базе аэростатического летательного аппарата включает аэростатический летательный аппарат 1 и коптер 2 (фиг. 1 и фиг. 2). Коптер 2 является беспилотным летательным аппаратом (БПЛА) вертикального взлета и посадки с большой полезной нагрузкой, позволяющей при необходимости транспортировать оператора-технолога, например 100.. 150 кг (фиг. 2). Аэростатический летательный аппарат 1 содержит каркас 3, шасси 4, мягкие баллоны 5, заполненные газом легче воздуха. Бак 6 для жидкости имеет приспособление 7 для его подвески к аэростатическому летательному аппарату 1. Гондола управления 8 закреплена на коптере 2, в ней размещена система управления и навигации 9. Если в гондоле размещен оператор-технолог, то используется коптер с соответствующей большей полезной нагрузкой. На коптере 2 установлены опоры 10 и расположена мультиспектральная камера для получения, обработки информации о состоянии хлебостоя, находящегося перед зоной обработки для управления процессом опрыскивания сельскохозяйственных насаждений 11.The complex of flying means of chemical plant protection based on an aerostatic aircraft includes an aerostatic aircraft 1 and a copter 2 (Fig. 1 and Fig. 2). Copter 2 is an unmanned aerial vehicle (UAV) for vertical take-off and landing with a large payload, allowing, if necessary, to transport the operator-technologist, for example, 100 ... 150 kg (Fig. 2). The aerostatic aircraft 1 contains a frame 3, a landing gear 4, soft balloons 5 filled with a gas lighter than air. The liquid tank 6 has a device 7 for its suspension to the aerostatic aircraft 1. The control nacelle 8 is fixed on the copter 2, it houses the control and navigation system 9. If the operator-technologist is located in the nacelle, a copter with a corresponding larger payload is used. On the copter 2, supports 10 are installed and a multispectral camera is located to receive, process information about the state of the grain, located in front of the processing zone to control the process of spraying agricultural plantations 11.

Форсунки 12 для дифференцированного внесения средств химической защиты закреплены на штанге 13 и сообщаются с баком 6 для жидкости с помощью гидропровода 14 (фиг. 3).Nozzles 12 for differential application of chemical protection means are fixed on the rod 13 and communicate with the tank 6 for liquid by means of a hydraulic line 14 (Fig. 3).

Между баком 6 и форсунками 12 установлен регулятор высоты расположения форсунок 15, выполненный в виде телескопического стержня, внутри которого расположен гидропровод 14 (фиг. 3). Коптер 2 соединен с передней частью каркаса 3 аэростатического летательного аппарата 1 буксирным тросом 16. Дополнительно коптер 2 соединен с нижней частью телескопического стержня 15 для изменения его длины гибкой связью 17, выполненной, например, в виде троса, за счет установленной на коптере 2 лебедки 18 (фиг. 1). Верхняя часть телескопического стержня 15 с помощью шарнира 19 закреплена на каркасе 3 аэростатического летательного аппарата 1 (фиг. 3). Для обеспечения изменения длины телескопического стержня 15 он выполнен из секций 20 и пружин 21, обеспечивающих надежный возврат телескопического стержня 15 в первоначальное положение (фиг. 4).Between the tank 6 and the nozzles 12 there is a regulator for the height of the nozzles 15, made in the form of a telescopic rod, inside which there is a hydraulic line 14 (Fig. 3). Copter 2 is connected to the front part of the frame 3 of the aerostatic aircraft 1 by a towing cable 16. Additionally, the copter 2 is connected to the lower part of the telescopic rod 15 to change its length by a flexible connection 17, made, for example, in the form of a cable, due to the winch 18 installed on the copter 2 (Fig. 1). The upper part of the telescopic rod 15 by means of a hinge 19 is fixed to the frame 3 of the aerostatic aircraft 1 (Fig. 3). To ensure the change in the length of the telescopic rod 15, it is made of sections 20 and springs 21, which ensure a reliable return of the telescopic rod 15 to its original position (Fig. 4).

Комплекс летательных средств химической защиты растений на базе аэростатического летательного аппарата работает следующим образом. Перед началом работы аэростатический летательный аппарат 1 находится во взвешенном состоянии. В месте заправки в бак 6, подвешенный приспособлением 7 к каркасу 3 аэростатического летательного аппарата 1, подается рабочий раствор, и аэростатический летательный аппарат 1 опускается до минимальной рабочей высоты. После чего аэростатический летательный аппарат при помощи коптера 2, соединенного буксировочным тросом 16 перемещается в рабочую зону поля, где будут обрабатываться растения. Устанавливается высота расположения форсунок 12 установленных на штанге 13, путем изменения длины телескопического стержня 15 лебедкой 18 через трос 17 (фиг. 2). Горизонтальное положение штанга 13 принимает автоматически за счет шарнира 19 в верхней части телескопического стержня. Изменение длины телескопического стержня 15 достигается за счет подвижных секций 20 с установленными пружинами 21 для возврата в начальное положение телескопического стержня 15. Для внесения рабочий раствор из бака 6, через гидропровод 14 подается в форсунки 12 установленные на штанге 13. В процессе внесении масса раствора снижается, вследствие чего аэростатический летательный аппарат 1 начинает набирать высоту, при этом производится регулировка высоты штанги 13, телескопическим стержнем 15, чтобы обеспечить постоянную высоту внесения раствора.The complex of flying means of chemical plant protection based on an aerostatic aircraft operates as follows. Before starting work, the aerostatic aircraft 1 is suspended. At the refueling point in the tank 6, suspended by the device 7 to the frame 3 of the aerostatic aircraft 1, a working solution is supplied, and the aerostatic aircraft 1 is lowered to the minimum operating height. After that, the aerostatic aircraft with the help of a copter 2 connected by a towing cable 16 moves to the working area of the field, where the plants will be processed. The height of the arrangement of the nozzles 12 installed on the rod 13 is set by changing the length of the telescopic rod 15 by the winch 18 through the cable 17 (Fig. 2). The horizontal position of the rod 13 takes automatically due to the hinge 19 in the upper part of the telescopic rod. Changing the length of the telescopic rod 15 is achieved due to the movable sections 20 with the springs 21 installed to return to the initial position of the telescopic rod 15. To add the working solution from the tank 6, through the hydraulic line 14 it is fed into the nozzles 12 mounted on the rod 13. During the application, the mass of the solution decreases , as a result of which the aerostatic aircraft 1 begins to gain height, while the height of the rod 13 is adjusted by the telescopic rod 15 to ensure a constant height of the solution application.

Управление рабочим процессом производится в автоматическом режиме, при помощи системы управления 8 и навигации 9, но под контролем оператора, находящегося вне зоны распыления раствора, за счет камеры 11 установленной на коптере 2, в его непосредственном присутствии в герметичной гондоле 8 коптера 2. Основной задачей оператора-технолога (фиг. 2) является: контроль за процессом внесения раствора и корректировка его параметров. Кроме того, во внештатной ситуации предусмотрено ручное управление.The work process is controlled in automatic mode, using the control system 8 and navigation 9, but under the control of the operator, who is outside the spray area, due to the camera 11 installed on the copter 2, in his direct presence in the sealed gondola 8 of the copter 2. The main task operator-technologist (Fig. 2) is: control over the process of adding the solution and adjusting its parameters. In addition, manual control is provided in an emergency situation.

Применение изобретения позволит: увеличить эффективность процесса опрыскивания растений и безопасность процесса химической обработки растений.Application of the invention will allow: to increase the efficiency of the process of spraying plants and the safety of the process of chemical treatment of plants.

Claims

A complex of flying means of chemical plant protection based on an aerostatic aircraft, including a frame, landing gear, soft cylinders filled with gas lighter than air, a control and navigation system, a liquid tank with a device for its suspension, a control nacelle, a copter, nozzles for differentiated introduction of chemical protection, a camera for monitoring agricultural plantings, characterized in that the liquid tank has a hydraulic line for communication with nozzles, between the tank and the nozzles there is a nozzle height regulator made in the form of a telescopic rod, inside which there is a hydraulic line, while the copter is connected to the front part the frame of the aerostatic aircraft by a towing cable and is additionally connected to the lower part of the telescopic rod to change its length, the upper part of the telescopic rod being pivotally connected to the frame of the aerostatic aircraft.