RU2814299C1 - Agro-fire-fighting harvester-dirigible - Google Patents
Agro-fire-fighting harvester-dirigible Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814299C1 RU2814299C1 RU2022134688A RU2022134688A RU2814299C1 RU 2814299 C1 RU2814299 C1 RU 2814299C1 RU 2022134688 A RU2022134688 A RU 2022134688A RU 2022134688 A RU2022134688 A RU 2022134688A RU 2814299 C1 RU2814299 C1 RU 2814299C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- fire
- nitrogen
- airship
- fighting
- Prior art date
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 80
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000009313 farming Methods 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 19
- 239000003415 peat Substances 0.000 claims description 11
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 4
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 3
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 8
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 7
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 6
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 6
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 4
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000012272 crop production Methods 0.000 description 3
- 235000021393 food security Nutrition 0.000 description 3
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 108010066114 cabin-2 Proteins 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000003971 tillage Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 241000283153 Cetacea Species 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003898 horticulture Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000036963 noncompetitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, в части реализации агротехнологий точного земледелия, что обеспечивает продовольственную безопасность, а также к области пожарной безопасности, в части реализации противопожарной защиты сельхозугодий, торфяников и лесных массивов с помощью атмосферного азота, обеспечивая, в том числе экологическую безопасность и ресурсосбережение в растениеводстве.The proposed invention relates to agriculture, in terms of the implementation of precision farming agricultural technologies, which ensures food security, as well as to the field of fire safety, in terms of the implementation of fire protection of farmland, peatlands and forests using atmospheric nitrogen, ensuring, among other things, environmental safety and resource saving in crop production.
В качестве актуальности создания и применения агропожарного комбайна-дирижабля (АПКД), а также в качестве его прототипов используются следующие документы, защищающие интеллектуальную собственность [1-9]:As a matter of urgency for the creation and use of an agri-fire harvester-airship (APKD), as well as its prototypes, the following documents protecting intellectual property are used [1-9]:
RU 2766070 от 07.02.2022 - в части использования контейнерной мембранной азотной станции, ресивера и сопел Лаваля в пожарном дирижабле, для тушения пожаров сепарированным из воздуха азотом;RU 2766070 dated 02/07/2022 - regarding the use of a container membrane nitrogen station, a receiver and Laval nozzles in a fire airship, for extinguishing fires with nitrogen separated from the air;
RU 2751365 от 13.07.2021 - в части дополнения пожарного дирижабля приборами для агротехнологий, располагая их в отсеках кабины пилота, а оборудование и необходимые вещества, в частности, воду для орошения и/или удобрения, включая устройства их подачи - во вспомогательном контейнере;RU 2751365 dated 07/13/2021 - in terms of supplementing the fire airship with instruments for agricultural technologies, placing them in the compartments of the pilot's cabin, and the equipment and necessary substances, in particular, water for irrigation and/or fertilizers, including their supply devices - in an auxiliary container;
RU 2662593 от 26.07.2018 - в части использования возобновляемых источников энергии и электродвигателей для функционирования дирижабля;RU 2662593 dated July 26, 2018 - regarding the use of renewable energy sources and electric motors for the operation of the airship;
RU 2652829 от 03.05.2018 - в части корневого внесения удобрений и орошения, выращиваемых сельскохозяйственных культур;RU 2652829 dated 05/03/2018 - regarding root application of fertilizers and irrigation of cultivated crops;
RU 2620830 от 30.05.2017 - в части получения пресной воды из атмосферного воздуха и выработки электроэнергии ветро-гидро-электрогенератором;RU 2620830 dated May 30, 2017 - regarding the production of fresh water from atmospheric air and the generation of electricity by a wind-hydro-electric generator;
RU 2530397 от 10.10.2014 - в части определение области очага саморазогрева торфяника, путем измерения температуры в торфе с помощью торфяных стволов-термозондов и подачу через них сепарированного из воздуха азота в указанную область, для выдавливания кислорода;RU 2530397 dated 10.10.2014 - regarding the determination of the area of the self-heating center of the peat bog, by measuring the temperature in the peat using peat trunks-temperature probes and supplying nitrogen separated from the air through them into the specified area to squeeze out oxygen;
RU 2546027 от 10.04.2015 - в части использования гибридного дирижабля линзообразной формы, обеспечивающего наибольшую устойчивость при позиционировании и передвижении;RU 2546027 dated 04/10/2015 - regarding the use of a lens-shaped hybrid airship, which provides the greatest stability during positioning and movement;
RU 2450857 от 20.05.2012 - в части использования контейнерной мембранной станции в качестве генератора азота из воздуха;RU 2450857 dated May 20, 2012 - regarding the use of a container membrane station as a generator of nitrogen from air;
А.С. СССР №1621234 - в части использования электрозащитных полос Дудышева вместо минерализованных полос против распространения пожара.A.S. USSR No. 1621234 - regarding the use of Dudyshev electrical protective strips instead of mineralized strips against the spread of fire.
В последнее время и в России, и за рубежом появился новый класс гибридных летательных аппаратов, совмещающих в себе принципы дирижабля, самолета и вертолета: в России - «БАРС» и «АЭРОСМЕНА», в США - Р-791, в Англии - Skyship. В Китае Французская компания Flying Whales вместе с китайской государственной авиастроительной компанией General Aircraft Co., Ltd строят завод дирижаблей LCA60T с жесткой рамой и грузоподъемностью 60 тонн, наполняемый гелием, серийный выпуск которых запланирован на 2021 год. Таким образом, дирижабли становятся мобильными и надежными авиасредствами при большой автономности, обладают высокой грузоподъемностью и весовой отдачей, универсальностью применения и низкой общей стоимостью, включающей и стоимость изготовления - в 10 раз дешевле вертолетов, и эксплуатационные затраты - в 100 раз ниже. Однако все летательные аппараты (самолеты, вертолеты, дирижабли), за исключением наших изобретений по применению сепараторов воздуха, используют для тушения пожаров воду, которой, как правило, нет ни в степных, ни в лесных массивах [10].Recently, both in Russia and abroad, a new class of hybrid aircraft has appeared, combining the principles of an airship, an airplane and a helicopter: in Russia - “BARS” and “AEROSMANA”, in the USA - P-791, in England - Skyship. In China, the French company Flying Whales, together with the Chinese state-owned aircraft manufacturer General Aircraft Co., Ltd, is building a factory of LCA60T rigid-frame airships with a lifting capacity of 60 tons, filled with helium, the serial production of which is planned for 2021. Thus, airships become mobile and reliable aircraft with great autonomy, have high carrying capacity and weight efficiency, versatility of use and low overall cost, including the cost of manufacturing - 10 times cheaper than helicopters, and operating costs - 100 times lower. However, all aircraft (airplanes, helicopters, airships), with the exception of our inventions for the use of air separators, use water to extinguish fires, which, as a rule, is not available either in steppes or forests [10].
Продовольственную безопасность и развитие сельского хозяйства в нашей стране связывают с трудами академиков Д.Н. Прянишникова и И.С. Шатилова, причем последний является основоположником методов точного земледелия в растениеводстве, которые были теоретически разработаны и практически внедрены в ряде совхозов и колхозов нашей страны в 70-х годах прошлого столетия, как «автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) в земледелии» [11, 12].Food security and agricultural development in our country are associated with the works of academicians D.N. Pryanishnikov and I.S. Shatilov, and the latter is the founder of precision farming methods in crop production, which were theoretically developed and practically implemented in a number of state and collective farms in our country in the 70s of the last century, as “automated process control systems (APCS) in agriculture” [11 , 12].
Поэтому и возникла идея оснастить необходимыми агротехническими и пожарно-техническими средствами дирижабль, который сможет решить все задачи точного земледелия и противопожарной защиты сельхозугодий и лесных массивов, в связи с чем, в качестве прототипов были выбраны перечисленные выше изобретения, в которых дирижабль с мембранным сепаратором воздуха (МСВ) и устройствами для сверхзвуковой подачи сепарированного из воздуха азота, дополняется необходимыми техническими средствами решения агротехнических задач точного земледелия, и оптимизации тем самым, растениеводства, овощеводства, садоводства и т.д., сохраняя функции обнаружения и подавления пожаров сельхозугодий и лесных массивов [13].Therefore, the idea arose to equip an airship with the necessary agrotechnical and fire-fighting equipment, which can solve all the problems of precision farming and fire protection of farmland and forests, and therefore, the inventions listed above, in which an airship with a membrane air separator, were chosen as prototypes (MSV) and devices for supersonic supply of nitrogen separated from the air, is complemented by the necessary technical means for solving agrotechnical problems of precision agriculture, and thereby optimizing crop production, vegetable growing, horticulture, etc., while maintaining the functions of detecting and suppressing fires in farmland and forests [ 13].
Таким образом, сущность способа интеграции агротехнологий и противопожарной защиты сельхозугодий и лесных массивов в АПКД заключается в том, что, в способе земледелия и защиты сельхозугодий и лесных массивов агропожарными комбайнами-дирижаблями для мониторинга состояния сельхозугодий и лесных массивов, а также для выполнения необходимых агротехнологий точного земледелия в них и тушения пожаров, используется гибридный дирижабль соответствующей грузоподъемности, имеющий наилучшую устойчивость к ветровым нагрузкам и, следовательно, точность позиционирования над местностью, что позволяет, помимо вспомогательного контейнера и контейнера с мембранной азотной станцией, сепарирующей азот из воздуха и накапливающей его в ресивере высокого давления, для использования в технологиях противопожарной защиты, разместить рядом в сменном контейнере выдвижные сельскохозяйственные орудия (например, плуг, сеялку, жатку и др.) с приводом от двигателя контейнерной мембранной станции и вместо тракторов и комбайнов, не повреждая верхний слой почвы колесами, выполнять все агротехнологий точного земледелия (например, обработку почвы, сев, полив, уборку и др.), имея возможность в любой момент прервать процесс, при вызове на пожар для его тушения, путем подачи азота из ресивера через сопла Лаваля с соответствующим переключением двигателя (дизеля) контейнерной мембранной станции на пополнение ресивера.Thus, the essence of the method of integrating agricultural technologies and fire protection of farmland and forests in APKD lies in the fact that, in the method of farming and protection of farmlands and forests using agro-fire combines-airships for monitoring the condition of farmland and forests, as well as for performing the necessary agricultural technologies with precision farming in them and extinguishing fires, a hybrid airship of appropriate carrying capacity is used, which has the best resistance to wind loads and, therefore, positioning accuracy over the terrain, which allows, in addition to an auxiliary container and a container with a membrane nitrogen station, separating nitrogen from the air and accumulating it in the receiver high pressure, for use in fire protection technologies, place retractable agricultural implements (for example, a plow, seeder, reaper, etc.) nearby in a replaceable container, driven by the engine of a container membrane station and instead of tractors and combines, without damaging the top layer of soil with wheels, perform all precision farming agricultural technologies (for example, tillage, sowing, watering, harvesting, etc.), having the ability to interrupt the process at any time, when called to a fire to extinguish it, by supplying nitrogen from the receiver through the Laval nozzles with the corresponding switching of the engine ( diesel) container membrane station to replenish the receiver.
В частных случаях закрепленная к несущему корпусу, к вспомогательному и к сменному контейнеру упомянутого дирижабля контейнерная мембранная азотная станция, имеет дожимной компрессор, накапливающий азот в ресивере под высоким давлением (например, до 250 атм), что, позволяет применить, по крайней мере, четыре сопла Лаваля с импульсным режимом подачи сверхзвуковых, адиабатически охлаждающихся «порций азота», которые подавят и охладят очаги пожаров сельхозугодий и лесных массивов.In particular cases, a container membrane nitrogen station attached to the supporting body, to the auxiliary and to the replaceable container of the mentioned airship, has a booster compressor that accumulates nitrogen in the receiver under high pressure (for example, up to 250 atm), which allows the use of at least four Pulsed Laval nozzles that deliver supersonic, adiabatically cooled “nitrogen shots” that will suppress and cool farmland and forest fires.
В другом частном случае во вспомогательном контейнере располагается емкость для воды и пожарно-технический комплекс «электрозащитных полос Дудышева» для защиты от лесных и степных пожаров (предотвращения распространения лесных и степных пожаров), которые блокируют распространение огня эффективнее, чем минерализованные полосы, а также не требуют землеройной техники и могут применяться многократно.In another particular case, in an auxiliary container there is a container for water and a fire-technical complex of “Dudyshev electrical protection strips” for protection against forest and steppe fires (preventing the spread of forest and steppe fires), which block the spread of fire more effectively than mineralized strips, and also not require earth-moving equipment and can be used repeatedly.
В еще одном частном случае в контейнерной мембранной азотной станции расположен пожарно-технический комплекс «азотирования» торфа с подключением выдвижных газо-торфяных-стволов-термоэлектрозондов ко входу дожимного компрессора (к выходу низкого давления), которые позволяют не только предотвращать и тушить торфяные пожары, определяя одновременно профили торфяных месторождений методом вертикального электрозондирования, но и используются для корневого «азотно-импульсного орошения», а также введения удобрений в растворах или в твердых фазах (порошков, гранул), что позволит резко снизить внесение в почву азотных удобрений.In another particular case, in a container membrane nitrogen station there is a fire-technical complex for “nitriding” peat with the connection of retractable gas-peat-barrels-thermoelectric probes to the inlet of the booster compressor (to the low-pressure outlet), which allow not only to prevent and extinguish peat fires, simultaneously determining the profiles of peat deposits using the method of vertical electrical sounding, but are also used for root “nitrogen pulse irrigation”, as well as introducing fertilizers in solutions or in solid phases (powders, granules), which will dramatically reduce the application of nitrogen fertilizers to the soil.
В еще одном частном случае по периметру АПКД расположены ветро-электрогидрогенераторы «Шухова», которые в сумме вырабатывают около 1 МВт электроэнергии, конденсируя из воздуха с помощью труб Вентури и, собирая в емкость вспомогательного контейнера до 10 тонн воды в сутки, что позволяет реализовать упомянутое выше орошение без мелиоративных систем, а также, оставив дизель контейнерной мембранной станции в качестве резерва, добавить электроприводы (электродвигатели соответствующих мощностей) параллельно с приводами от него, а также заменить двигатели дирижабля на электрические, чем обеспечить «бесконечную дальность» и «бесконечную длительность» передвижения АПКД, а также его «абсолютную экологическую безопасность».In another particular case, along the perimeter of the APKD there are wind-electric hydro generators “Shukhov”, which in total generate about 1 MW of electricity, condensing from the air using Venturi pipes and collecting up to 10 tons of water per day in an auxiliary container, which makes it possible to implement the mentioned higher irrigation without reclamation systems, and also, leaving the diesel container membrane station as a reserve, add electric drives (electric motors of appropriate power) in parallel with the drives from it, and also replace the airship engines with electric ones, thereby ensuring “infinite range” and “infinite duration” movement of APKD, as well as its “absolute environmental safety”.
В еще одном частном случае в зависимости от упомянутых агротехнологий, в заменяемом сменном контейнере монтируются упомянутые выдвижные сельскохозяйственные орудия с соответствующими емкостями (для сева, урожая и т.д.), в связи с чем он располагается с края от кабины пилота, чем обеспечивается визуальный контроль за уборкой сельскохозяйственных культур, а также позволяет, без привлечения грузовых автомобилей и без «потерь на дорогах», оттранспортировать собранный урожай на объект его обработки, после чего вернуться и продолжить уборку урожая, чем резко снизить общие затраты и повысить экологическую безопасность комплекса агротехнологий точного земледелия.In another particular case, depending on the mentioned agricultural technologies, the mentioned retractable agricultural implements with corresponding containers (for sowing, harvesting, etc.) are mounted in the replaceable replaceable container, and therefore it is located on the edge of the pilot’s cabin, which ensures visual control over the harvesting of agricultural crops, and also allows, without the use of trucks and without “losses on the roads,” to transport the harvested crop to the processing facility, and then return and continue harvesting, thereby sharply reducing overall costs and increasing the environmental safety of the complex of precision agricultural technologies agriculture.
Таким образом, техническими результатами заявляемого способа являются:Thus, the technical results of the proposed method are:
во-первых, возможность оснащения дирижаблей любой аппаратурой диагностики, реализующей мониторинг окружающей среды и подстилающей поверхности, которую невозможно поставить на БПЛА, и трудно адаптировать в бортовые варианты для вертолетов и самолетов;firstly, the possibility of equipping airships with any diagnostic equipment that monitors the environment and the underlying surface, which cannot be installed on a UAV and is difficult to adapt into on-board versions for helicopters and airplanes;
во-вторых, экономичность передвижения и простоту «зависания и приземления» дирижабля по необходимости при передвижении, без применения «причальных строительных конструкций», в т.ч. для полива, распыления удобрений и химикатов защиты, а также для организации противопожарной обороны и пожаротушения;secondly, the efficiency of movement and the ease of “hovering and landing” of the airship when necessary when moving, without the use of “mooring building structures”, incl. for watering, spraying fertilizers and protective chemicals, as well as for organizing fire protection and fire extinguishing;
в-третьих, реализуемость безопасного и удобного (без парашютного) «десантирования» агроспециалистов и/или пожарных-спасателей с необходимыми техническими средствами в любом месте маршрута передвижения дирижабля, что невозможно не только для БПЛА, но и для самолетов, а также для всех вертолетов, кроме МИ-26,thirdly, the feasibility of safe and convenient (without parachute) “landing” of agricultural specialists and/or fire-rescuers with the necessary technical means anywhere along the airship’s route, which is impossible not only for UAVs, but also for airplanes, as well as for all helicopters , except MI-26,
в-четвертых, возможность круглосуточного патрулирования и реагирования на чрезвычайные ситуации по оптимальным маршрутам территорий всех регионов России, включая горные районы, что недоступно ни существующим средствам, ни отдельными службам (МЧС, Рослес, Агропром) из-за ограниченности материальных и людских ресурсов,fourthly, the possibility of round-the-clock patrolling and response to emergency situations along the optimal routes of the territories of all regions of Russia, including mountainous areas, which is not available either to existing means or to individual services (Ministry of Emergency Situations, Rosles, Agroprom) due to limited material and human resources,
в-пятых, точность и эффективность в создании и ведении, в т.ч. в реальном масштабе времени, единой базы данных сельхозугодий, степных и лесных массивов для всех служб (МЧС, Рослес, Агропром и др.) и Администраций регионов России,fifthly, accuracy and efficiency in creating and maintaining, incl. in real time, a unified database of farmland, steppe and forest areas for all services (Ministry of Emergency Situations, Rosles, Agroprom, etc.) and Regional Administrations of Russia,
в-шестых, сокращение затрат на тушение пожаров сельхозугодий, степных и лесных пожаров и ущерба от них, и на осуществление регулярного наблюдения за степными и лесными массивами не только в зонах их активной охраны, и за сельхозу го днями, при выполнении на них агротехнологий точного земледелия, но и при передвижении вообще, т.к. скорости потоков воздуха, обтекающих дирижабль (от 1 до 40 м/с), позволяют обеспечить его «возобновляемыми ресурсами», т.е. электроэнергией и пресной водой с помощью ветро-гидро-электрогенераторов, чем перевести работу специального оборудования и двигателей на «бесконечное электрическое питание», а также обеспечить пополнение водных запасов дирижабля за счет атмосферной влаги, для «бесконечного полива» сельскохозяйственных культур, но главное - получить возможность «бесконечной длительности и дальности» передвижения АПКД, в т.ч. для тушения пожаров «бесконечным огнетушащим составом», коим является сепарированный из воздуха азот;sixthly, reducing the cost of extinguishing fires on farmland, steppe and forest fires and damage from them, and on regular monitoring of steppe and forest areas not only in the zones of their active protection, and for agricultural days, when carrying out precision agricultural technologies on them agriculture, but also when moving in general, because the speed of air flows flowing around the airship (from 1 to 40 m/s) makes it possible to provide it with “renewable resources”, i.e. electricity and fresh water with the help of wind-hydro-electric generators, than to transfer the operation of special equipment and engines to “endless electrical power”, as well as to ensure the replenishment of the airship’s water reserves using atmospheric moisture, for “endless watering” of agricultural crops, but the main thing is to obtain the possibility of “infinite duration and range” of APKD movement, incl. for extinguishing fires with an “endless fire extinguishing agent”, which is nitrogen separated from the air;
в-седьмых, эмерджентность такой системы для России, обеспечивающей ее пожарную и продовольственную безопасность.seventhly, the emergence of such a system for Russia, ensuring its fire and food security.
Следует отметить, что отличительной чертой предлагаемого решения по использованию, так называемых «возобновляемых источников энергии» (ВИЭ), является использование ветровой электрогенерирующей турбины Шухова, вместо ветрогенератора с вертикальным ротором в установке с вихревыми трубами Вентури.It should be noted that a distinctive feature of the proposed solution for the use of so-called “renewable energy sources” (RES) is the use of a Shukhov wind power generating turbine, instead of a wind generator with a vertical rotor in a Venturi vortex tube installation.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
На фиг. 1 показана схема компоновки агропожарного комбайна-дирижабля, на фиг. 2 - вид дирижабля сбоку (перевернуто); на фиг. 3 - вид дирижабля спереди (перевернуто), на фиг. 4 - вид дирижабля снизу (с двумя ресиверами по три сопла); на фиг. 5 - разрез сопла Лаваля; на фиг. 6 - вариант ресивера высокого давления с 4-мя соплами Лаваля; на фиг. 7 - структура сверхзвукового «азотного пакета» на расстоянии 50 метров до очага пожара.In fig. 1 shows a diagram of the layout of an agro-fire-fighting combine-airship; Fig. 2 - side view of the airship (inverted); in fig. 3 - front view of the airship (inverted), in Fig. 4 - view of the airship from below (with two receivers with three nozzles each); in fig. 5 - section of the Laval nozzle; in fig. 6 - version of a high-pressure receiver with 4 Laval nozzles; in fig. 7 - structure of a supersonic “nitrogen package” at a distance of 50 meters from the fire.
Перечень ссылочных обозначений: 1 - купол дирижаблями; 2 - кабина экипажа; 3 - «Шуховские» ветроэлектрогенераторы; 4 - «Вентури»-генераторы пресной воды; 5 - сменный контейнер с сельхозорудиями; 6 - контейнер с мембранной азотной станцией (с электроприводом и дизелем резерва); 7 - вспомогательный контейнер; 8 - ресивер высокого давления с соплами Лаваля.List of reference designations: 1 - dome of airships; 2 - cockpit; 3 - “Shukhov” wind power generators; 4 - “Venturi” fresh water generators; 5 - replaceable container with agricultural implements; 6 - container with a membrane nitrogen station (with electric drive and diesel reserve); 7 - auxiliary container; 8 - high pressure receiver with Laval nozzles.
В способе земледелия и защиты сельхозугодий и лесных массивов агропожарными комбайнами-дирижаблями для мониторинга состояния сельхозугодий и лесных массивов, а также для выполнения необходимых агротехнологий точного земледелия в них и тушения пожаров, используется гибридный дирижабль соответствующей грузоподъемности, имеющий наилучшую устойчивость к ветровым нагрузкам и, следовательно, точность позиционирования над местностью, что позволяет, помимо вспомогательного контейнера 7 и контейнера 6 с мембранной азотной станцией, сепарирующей азот из воздуха и накапливающей его в ресивере 8 высокого давления, для использования в технологиях противопожарной защиты, разместить рядом в сменном контейнере 5 выдвижные сельскохозяйственные орудия (например, плуг, сеялку, жатку и др.) с приводом от двигателя контейнерной мембранной станции и вместо тракторов и комбайнов, не повреждая верхний слой почвы колесами, выполнять все агротехнологий точного земледелия (например, обработку почвы, сев, полив, уборку и др.), имея возможность в любой момент прервать процесс, при вызове на пожар для его тушения, путем подачи азота из ресивера через сопла Лаваля с соответствующим переключением двигателя (дизеля) контейнерной мембранной станции на пополнение ресивера (фиг. 1, 2, 3, 4). Дирижабль снабжен куполом 1 и кабиной экипажа 2.In the method of farming and protecting farmland and forests with agricultural fire harvesters-airships to monitor the condition of farmland and forests, as well as to carry out the necessary agricultural technologies for precision farming in them and extinguishing fires, a hybrid airship of appropriate carrying capacity is used, which has the best resistance to wind loads and, therefore, , positioning accuracy over the terrain, which allows, in addition to the auxiliary container 7 and container 6 with a membrane nitrogen station that separates nitrogen from the air and accumulates it in a high-pressure receiver 8, for use in fire protection technologies, to place retractable agricultural implements nearby in a replaceable container 5 (for example, a plow, seeder, reaper, etc.) driven by the engine of a container membrane station and instead of tractors and combines, without damaging the top layer of soil with wheels, perform all precision farming agricultural technologies (for example, tillage, sowing, watering, harvesting, etc. .), having the ability to interrupt the process at any time, when called to a fire to extinguish it, by supplying nitrogen from the receiver through the Laval nozzles with a corresponding switching of the engine (diesel) of the container membrane station to replenish the receiver (Fig. 1, 2, 3, 4). The airship is equipped with a dome 1 and a crew cabin 2.
Закрепленная к несущему корпусу, к вспомогательному 7 и к сменному 5 контейнеру упомянутого дирижабля контейнерная мембранная азотная станция, имеет дожимной компрессор, накапливающий азот в ресивере 8 под высоким давлением (например, до 250 атм), что, позволяет применить, по крайней мере, четыре сопла Лаваля с импульсным режимом подачи сверхзвуковых, адиабатически охлаждающихся «порций азота», которые подавят и охладят очаги пожаров сельхозугодий и лесных массивов (фиг. 6). На фигурах 5 и 7 показаны профили работы сопел Лаваля.Attached to the supporting body, to the auxiliary 7 and to the replaceable container 5 of the mentioned airship, the container membrane nitrogen station has a booster compressor that accumulates nitrogen in the receiver 8 under high pressure (for example, up to 250 atm), which allows the use of at least four Laval nozzles with a pulsed mode of supplying supersonic, adiabatically cooled “portions of nitrogen” that will suppress and cool fires in farmland and forests (Fig. 6). Figures 5 and 7 show the operating profiles of Laval nozzles.
Во вспомогательном контейнере 7 может располагаться емкость для воды и пожарно-технический комплекс «электрозащитных полос Дудышева» для защиты от лесных и степных пожаров (предотвращения распространения лесных и степных пожаров), которые блокируют распространение огня эффективнее, чем минерализованные полосы, а также не требуют землеройной техники и могут применяться многократно. Электрозащитная полоса представляет собой металлическую сетку необходимой высоты (как правило, выше человеческого роста), разворачиваемую вдоль объекта (дома, части леса, элеватора и т.д.), защищая от приближающегося фронта огня с помощью импульсного электрического поля от соответствующей установки.The auxiliary container 7 can contain a water tank and a fire-technical complex of “Dudyshev electrical protective strips” for protection against forest and steppe fires (preventing the spread of forest and steppe fires), which block the spread of fire more effectively than mineralized strips, and also do not require digging techniques and can be used repeatedly. An electrical protective strip is a metal mesh of the required height (usually higher than human height), deployed along an object (house, part of a forest, elevator, etc.), protecting against an approaching fire front using a pulsed electric field from the corresponding installation.
В контейнерной мембранной азотной станции расположен пожарно-технический комплекс «азотирования» торфа с подключением выдвижных газо-торфяных-стволов-термоэлектрозондов ко входу дожимного компрессора (к выходу низкого давления), которые позволяют не только предотвращать и тушить торфяные пожары, определяя одновременно профили торфяных месторождений методом вертикального электрозондирования, но и используются для корневого «азотно-импульсного орошения», а также введения удобрений в растворах или в твердых фазах (порошков, гранул), что позволит резко снизить внесение в почву азотных удобрений. При этом порции воды или других растворов, а также твердых веществ под давлением азота через газо-торфяные стволы подаются в прикорневую зону растений, в место посадки семян растений и т.п.In the container membrane nitrogen station there is a fire-technical complex for “nitriding” peat with the connection of retractable gas-peat-barrels-thermoelectric probes to the inlet of the booster compressor (to the low-pressure outlet), which allow not only to prevent and extinguish peat fires, while simultaneously determining the profiles of peat deposits by vertical electrical probing, but are also used for root “nitrogen pulse irrigation”, as well as the introduction of fertilizers in solutions or in solid phases (powders, granules), which will dramatically reduce the application of nitrogen fertilizers to the soil. In this case, portions of water or other solutions, as well as solids under nitrogen pressure, are supplied through gas-peat trunks to the root zone of plants, to the place where plant seeds are planted, etc.
По периметру АПКД расположены ветро-электрогидрогенераторы «Шухова» 3, которые в сумме вырабатывают около 1 МВт электроэнергии, конденсируя из воздуха с помощью труб Вентури 4 и, собирая в емкость вспомогательного контейнера до 10 тонн воды в сутки, что позволяет реализовать упомянутое выше орошение без мелиоративных систем, а также, оставив двигатель (дизель) контейнерной мембранной станции в качестве резерва, добавить электроприводы (электродвигатели соответствующих мощностей) параллельно с приводами от него, а также заменить двигатели дирижабля на электрические, чем обеспечить «бесконечную дальность» и «бесконечную длительность» передвижения АПКД, а также его «абсолютную экологическую безопасность». Ветро-электрогидрогенераторы «Шухова» это устройство по соответствующему патенту с трубой Вентури, где вместо ветрогенератора с вертикальным ротором небольшой мощности, установлен ветрогенератор с ротором гиперболоидного типа, позволяющего при скорости ветра в 1 м/с получить мощность в 7 кВт. Гибкий привод от дизеля мембранной станции обеспечивает работу всех выдвижных сельхозорудий, но при переходе на электропитание предполагается их питание от отдельного электродвигателя, а дизель остается в резерве, т.е. все приводы от него на компрессоры мембранной станции и сельхозорудия также остаются в резерве.Along the perimeter of the APKD there are wind-electric hydroelectric generators “Shukhov” 3, which in total generate about 1 MW of electricity, condensing from the air using Venturi pipes 4 and collecting up to 10 tons of water per day in the capacity of an auxiliary container, which makes it possible to implement the above-mentioned irrigation without reclamation systems, and also, leaving the engine (diesel) of the container membrane station as a reserve, add electric drives (electric motors of appropriate power) in parallel with the drives from it, and also replace the airship engines with electric ones, thereby ensuring “infinite range” and “infinite duration” movement of APKD, as well as its “absolute environmental safety”. Wind-electric hydroelectric generators “Shukhov” are a device according to the corresponding patent with a Venturi pipe, where instead of a wind generator with a vertical rotor of small power, a wind generator with a hyperboloid-type rotor is installed, which makes it possible to obtain a power of 7 kW at a wind speed of 1 m/s. The flexible diesel drive of the membrane station ensures the operation of all retractable agricultural implements, but when switching to electric power, they are supposed to be powered from a separate electric motor, and the diesel remains in reserve, i.e. all drives from it to the compressors of the membrane station and agricultural implements also remain in reserve.
В зависимости от упомянутых агротехнологий, в заменяемом сменном контейнере 5 монтируются упомянутые выдвижные сельскохозяйственные орудия с соответствующими емкостями (для сева, урожая и т.д.), в связи с чем, он располагается с края от кабины 2 пилота, чем обеспечивается визуальный контроль за уборкой сельскохозяйственных культур, а также позволяет, без привлечения грузовых автомобилей и без «потерь на дорогах», оттранспортировать собранный урожай на объект его обработки, после чего вернуться и продолжить уборку урожая, чем резко снизить общие затраты и повысить экологическую безопасность комплекса агротехнологий точного земледелия.Depending on the mentioned agricultural technologies, the mentioned retractable agricultural implements with the corresponding containers (for sowing, harvesting, etc.) are mounted in the replaceable replaceable container 5, and therefore it is located on the edge of the pilot’s cabin 2, which ensures visual control of harvesting of agricultural crops, and also allows, without the use of trucks and without “losses on the roads,” to transport the harvested crop to the processing facility, and then return and continue harvesting, thereby sharply reducing overall costs and increasing the environmental safety of the complex of precision farming agricultural technologies.
Принимая во внимание, что эксплуатационные затраты на передвижение дирижабля и его зависание над любым местом региона охраны и/или точного земледелия на несколько порядков ниже затрат других авиационных средств [1-8], а азотная мембранная станция является «бесконечным источником огнетушащего состава» из атмосферы [2, 10, 13], что не требует доставки к очагу пожара воды или других огнетушащих средств, реализация заявляемых технических результатов создает не только возможный научно-технологический приоритет РФ в технологии тушения ландшафтных пожаров [1, 8], но и обладает неконкурируемым качеством в реализации агротехнологий точного земледелия, за счет интеграции предлагаемых решений, обеспечивая, таким образом, продовольственную, пожарную и экологическую безопасность [14].Taking into account that the operating costs of moving an airship and its hovering over any place in the security and/or precision agriculture region are several orders of magnitude lower than the costs of other aircraft [1-8], and the nitrogen membrane station is an “endless source of fire extinguishing agent” from the atmosphere [2, 10, 13], which does not require the delivery of water or other fire extinguishing agents to the fire, the implementation of the claimed technical results creates not only a possible scientific and technological priority of the Russian Federation in the technology of extinguishing landscape fires [1, 8], but also has non-competitive quality in the implementation of precision farming agricultural technologies, through the integration of the proposed solutions, thus ensuring food, fire and environmental safety [14].
Список использованных источниковList of sources used
1. Белозеров В.В., Ворошилов И.В., Денисов А.Н., Зубков С.Г., Никулин М.А., Топольский Н.Г., Белозеров В.В. Способ обнаружения и тушения пожаров сельхозугодий, степных и лесных массивов атмосферным азотом // Патент на изобретение №2766070 от 07.02.2022; заявка от 07.08.2020; опубл. 07.02.2022, Бюл. №4.1. Belozerov V.V., Voroshilov I.V., Denisov A.N., Zubkov S.G., Nikulin M.A., Topolsky N.G., Belozerov V.V. Method for detecting and extinguishing fires in farmland, steppe and forest areas with atmospheric nitrogen // Patent for invention No. 2766070 dated 02/07/2022; application dated 08/07/2020; publ. 02/07/2022, Bulletin. No. 4.
2. Белозеров В.В., Денисов А.Н., Катин О.И., Никулин М. А., Белозеров Вл. В. Способ реализации агротехнологий и противопожарной защиты сельхозугодий и лесных массивов с помощью дирижабля // Патент РФ №2751365; заявл. 19.11.2020; опубл. 13.07.2021, Бюл. №20.2. Belozerov V.V., Denisov A.N., Katin O.I., Nikulin M.A., Belozerov Vl. V. A method for implementing agricultural technologies and fire protection of farmland and forests using an airship // RF Patent No. 2751365; application 11/19/2020; publ. 07/13/2021, Bulletin. No. 20.
3. Маврицкий В.И., Редькин А.В. Высотный дирижабль // Патент РФ №2662593 от 26.07.2018; заявка от 17.08.2017; опубл. 26.07.2018, Бюл. №21.3. Mavritsky V.I., Redkin A.V. High-altitude airship // RF Patent No. 2662593 dated July 26, 2018; application dated 08/17/2017; publ. 07/26/2018, Bulletin. No. 21.
4. Николаенко С.В., Бурдин С.Г., Ларина Т.Н. Способ капельного орошения // Патент РФ №2652829 от 03.05.2018; заявка от 14.04.2017; опубл. 03.05.2018, Бюл. №13.4. Nikolaenko S.V., Burdin S.G., Larina T.N. Drip irrigation method // RF Patent No. 2652829 dated 05/03/2018; application dated 04/14/2017; publ. 05/03/2018, Bulletin. No. 13.
5. Бирюк В.В., Шелудько Л.П., Горшкалев А.А., Шиманов А.А., Белоусов А.В., Галлямов Р.Э. Устройство для получения воды из атмосферного воздуха и выработки электроэнергии // Патент РФ №2620830 от 09.03.2016, опубл. 30.05.2017, Бюл. №16.5. Biryuk V.V., Sheludko L.P., Gorshkalev A.A., Shimanov A.A., Belousov A.V., Gallyamov R.E. Device for obtaining water from atmospheric air and generating electricity // RF Patent No. 2620830 dated 03/09/2016, publ. 05/30/2017, Bulletin. No. 16.
6. Белозеров В.В., Ворошилов И.В., Кальченко И.Е., Мальцев Г.И., Плахотников Ю.Г., Прус Ю.В., Олейников С.Н. Способ предотвращения или обнаружения и тушения торфяных пожаров и установка для реализации способ // Патент РФ №2530397; заявл. 22.02.2013; опубл. 10.10.2014 Бюл. №28.6. Belozerov V.V., Voroshilov I.V., Kalchenko I.E., Maltsev G.I., Plakhotnikov Yu.G., Prus Yu.V., Oleynikov S.N. Method for preventing or detecting and extinguishing peat fires and installation for implementing the method // RF Patent No. 2530397; application 02/22/2013; publ. 10.10.2014 Bulletin. No. 28.
7. Голубятников В.Н., Пензин С.Б., Козлов О.А. Гибридный дирижабль линзообразной формы // Патент РФ на изобретение 2546027 от 10.08.2012, опубл. 10.04.2015, Бюл. №10.7. Golubyatnikov V.N., Penzin S.B., Kozlov O.A. Lens-shaped hybrid airship // RF Patent for invention 2546027 dated 08/10/2012, publ. 04/10/2015, Bulletin. No. 10.
8. Ворошилов И.В., Мальцев Г.И., Кошаков А.Ю. Генератор азота // Патент РФ на изобретение №2450857, заявка 2010135472 от 24.08.2010, опубл. 20.05.2012, Бюл. №14.8. Voroshilov I.V., Maltsev G.I., Koshakov A.Yu. Nitrogen generator // RF Patent for invention No. 2450857, application 2010135472 dated 08/24/2010, publ. 05/20/2012, Bulletin. No. 14.
9. Дудышев В.Д Способ тушения пламени // А.с.1621234 СССР, МПК A62J 15/00; заявка №4495847 от 18.07.88; зарегистр. 15.09.90.9. Dudyshev V.D. Method of extinguishing a flame // A.S. 1621234 USSR, IPC A62J 15/00; application No. 4495847 dated July 18, 1988; registered 09.15.90.
10. Белозеров В.В., Катин О.И., Никулин М.А. Об интеграции современных наукоемких агропожарных технологий // Современные наукоемкие технологии. 2021. №6 - 2. С. 239-247.10. Belozerov V.V., Katin O.I., Nikulin M.A. On the integration of modern high-tech agro-fire technologies // Modern high-tech technologies. 2021. No. 6 - 2. P. 239-247.
11. Академик Дмитрий Николаевич Прянишников (К 50-летию научной деятельности) / Н.И. Вавилов // Доклады ВАСХНИЛ. 1938, вып. 23-24. С. 3-6.11. Academician Dmitry Nikolaevich Pryanishnikov (To the 50th anniversary of scientific activity) / N.I. Vavilov // Reports of VASKhNIL. 1938, issue. 23-24. pp. 3-6.
12. Агрофизические, агрометеорологические и агротехнические основы программирования урожая: Принципы АСУ ТП в земледелии / И.С. Шатилов, А.Ф. Чудновский - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. -320 с.12. Agrophysical, agrometeorological and agrotechnical foundations of crop programming: Principles of automated process control systems in agriculture / I.S. Shatilov, A.F. Chudnovsky - L.: Gidrometeoizdat, 1980. -320 p.
13. Белозеров В.В., Кравченко Е.С, Никулин М.А. О новом уровне автоматизации в рамках АСУ ТП в земледелии академика Шатилова И.С. // Студенческий научный форум 2023 [Электронный ресурс] URL: https://scienceforurn.ru/2023/article/2018032214 (дата обращения: 16.12.2022).13. Belozerov V.V., Kravchenko E.S., Nikulin M.A. On a new level of automation within the framework of automated process control systems in agriculture by academician I.S. Shatilov. // Student Scientific Forum 2023 [Electronic resource] URL: https://scienceforurn.ru/2023/article/2018032214 (access date: 12/16/2022).
14. Ветровая электрогенерирующая турбина бытового и производственного назначения [Электронный ресурс] URL: https://proctoctroim.ucoz.ru/prezentacija.pdf (дата обращения: 16.12.2022)14. Wind power generating turbine for domestic and industrial purposes [Electronic resource] URL: https://proctoctroim.ucoz.ru/prezentacija.pdf (access date: 12/16/2022)
Claims (6)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2814299C1 true RU2814299C1 (en) | 2024-02-28 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004062732A1 (en) * | 2001-03-02 | 2004-07-29 | Fima Raoul G | Lighter-than-air water dispensing airship for fire control |
RU2318697C2 (en) * | 2006-02-13 | 2008-03-10 | Алексей Игоревич Салмин | Combination lighter-than-air flying vehicles (versions) |
RU2730906C1 (en) * | 2020-02-17 | 2020-08-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Method of detecting, preventing propagation of fire and extinguishing forest fires by atmospheric nitrogen using a helicopter |
RU2751365C1 (en) * | 2020-11-19 | 2021-07-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Method for implementing agricultural technologies and fire protection of farmland and forests using airship |
RU2766070C2 (en) * | 2020-08-07 | 2022-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью «Краснодарский Компрессорный завод» | Method of detecting and extinguishing farmland, steppe and forest fires with atmospheric nitrogen |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004062732A1 (en) * | 2001-03-02 | 2004-07-29 | Fima Raoul G | Lighter-than-air water dispensing airship for fire control |
RU2318697C2 (en) * | 2006-02-13 | 2008-03-10 | Алексей Игоревич Салмин | Combination lighter-than-air flying vehicles (versions) |
RU2730906C1 (en) * | 2020-02-17 | 2020-08-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Method of detecting, preventing propagation of fire and extinguishing forest fires by atmospheric nitrogen using a helicopter |
RU2766070C2 (en) * | 2020-08-07 | 2022-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью «Краснодарский Компрессорный завод» | Method of detecting and extinguishing farmland, steppe and forest fires with atmospheric nitrogen |
RU2751365C1 (en) * | 2020-11-19 | 2021-07-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Method for implementing agricultural technologies and fire protection of farmland and forests using airship |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN206351780U (en) | A kind of unmanned plane aircraft carrier based on earth station and helium balloon | |
US20180074518A1 (en) | Apparatus and method for unmanned flight task optimization | |
US6510805B2 (en) | Aerial reforestation system | |
CN108146634A (en) | A kind of unmanned plane aircraft carrier based on earth station and helium balloon | |
CN105480615A (en) | Inclination and shock preventing chemical box for aerial spraying | |
RU2814299C1 (en) | Agro-fire-fighting harvester-dirigible | |
CN205150244U (en) | Unmanned aerial vehicle is scattered to intelligence | |
CN102183961A (en) | Digital positioning landing control device | |
Shenghui et al. | CFD models and verification of the downwash airflow of an eight-rotor UAV | |
Moffatt et al. | Astro GardenTM aeroponic plant growth system design evolution | |
Belozerov et al. | Integration of fire protection of farmland, steppe and forest tracts with agrotechnical processes of their treatment with the help of airships | |
Sadler et al. | Bio-regenerative life support systems for space surface applications | |
KR102586714B1 (en) | Drone station supplying spraying agent and drone spraying system including the same | |
KR20210029868A (en) | System for managing crops using balloon-drone | |
Poulet et al. | Greenhouse automation, illumination and expansion study for Mars Desert Research Station | |
CN203512034U (en) | Multi-rotor wing unmanned aerial vehicle (UAV) for agriculture and forestry plant protection | |
Swami et al. | Design and development of solar PV based power sprayer for agricultural use | |
Bolonkin et al. | Macro-Projects: environments and technologies | |
CN105292489A (en) | Unmanned aerial vehicle having pesticide spraying function | |
LT6953B (en) | Method of delivery of liquid by ejecting continuous jet and system for implementing said method | |
CN205239925U (en) | Multi -functional unmanned aerial vehicle's sprinkler | |
RU2751365C1 (en) | Method for implementing agricultural technologies and fire protection of farmland and forests using airship | |
Bogue | Beyond imaging: drones for physical applications | |
Alam et al. | Leader-Follower Formation Strategy in a UAV Swarm for Tree Plantation: Design and Effectiveness | |
Vladimirovich et al. | ABOUT REENGINEERING OF AGRICULTURE AND FORESTRY |