Дроны, также известные как беспилотные летательные аппараты (БПЛА), используются для опрыскивания сельскохозяйственных культур на полях, особенно в труднодоступных для полевой техники или труднодоступных по соображениям безопасности районах. Их также можно использовать для мониторинга посевов, в качестве летательных аппаратов для посева и посадки семян, для разбрасывания или распыления химических и органических удобрений.
Среди конструкций беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), используемых для опрыскивания, преобладают роторные дроны, в частности многороторные дроны. Эти дроны могут летать в любом направлении, независимо от различных скоростей их движения, или зависать неподвижно над опрыскиваемой культурой.
Проведено много исследований по использованию многороторных дронов для защитных обработок распространенных в мире культур, таких как пшеница, рис, кукуруза, сахарный тростник и хлопчатник, фруктовые и декоративные деревья, виноград, которые доказали их полезность.
До сих пор исследовательская работа была направлена на получение информации для определения оптимальных параметров проведения обработок, а также на сравнение эффективности различных конструкций роторных дронов. Эксперименты были сосредоточены в основном на оценке влияния параметров движения дронов и скорости распыления на качество осаждения капель на растениях и биологическую эффективность в защите опрыскиваемых культур.
Многие исследователи полагают, что беспилотные летательные аппараты станут важными утилитарными машинами, используемыми в точном сельском хозяйстве в будущем. Они могут выполнять обработку урожая, используя информацию, ранее полученную в ходе разведывательных миссий с помощью инспекционных дронов.
В связи с огромным потенциалом дронов как для оценки урожая, так и для дистанционного или программируемого внесения химикатов, в настоящее время также проводятся исследования по использованию дронов в качестве автономных полевых роботов.
Как и в случае с полевыми опрыскивателями, выбранные параметры, необходимые для уничтожения вредителя при проведении химических обработок защиты растений с помощью многороторных дронов, зависят от количества и емкости пестицида или жидкости, содержащей пестицид, нанесенной на поверхность культуры. Нанесение необходимой дозы на культуру будет результатом специально подобранных форсунок, давления жидкости, ширины опрыскиваемой полосы растений и скорости движения дрона во время обработки.
При использовании беспилотных летательных аппаратов для обработок защиты растений целью является достижение наибольшей площади опрыскивания за кратчайшее время и с наименьшим количеством жидкости, распыляемой на поверхность поля. Причиной такого подхода является короткое время полета дронов, особенно дронов с электрическими приводами винтовых роторов, а также ограниченная емкость баков для опрыскивающей жидкости из-за веса дрона.
В новой работе команда исследователей из Польши (Факультет машиностроения и энергетики, Кошалинский технологический университет) и Чешской Республики (Центр ENET, CEET, VSB-Технический университет Остравы; Факультет лесного хозяйства и древесных наук, Чешский университет естественных наук Праги) провела лабораторные исследования качества жидкости, наносимой на растения при опрыскивании с помощью дрона в сравнении с принципом работы наземного опрыскивателя. Целью работы было определить, можно ли опрыскивать пшеницу на низкой высоте беспилотником.
Анализ результатов исследования по внесению на растения пшеницы жидкости, распыляемой из форсунки на многороторном дроне, движущемся на высоте 0,5 м и 1,0 м, по сравнению с распылением только одной форсункой на тех же высотах, показал, что при работе дрона существенно увеличивается производительность вносимой жидкости, что улучшает равномерность внесения жидкости на растения. Воздушный поток, создаваемый вращающимися пропеллерами, способствовал проникновению распыляемой жидкости в более глубокие части растительного покрова.
«На навесном лабораторном стенде были проведены сравнительные испытания эффективности опрыскивания растений пшеницы жидкостью с помощью многороторного беспилотника. Исследование проводилось с вращением пропеллера и без него. Отсутствие вращений имитировало опрыскивание наземным опрыскивателем. Высота перемещения беспилотника над растениями была аналогична высоте перемещения форсунок над растениями, используемой при опрыскивании полевыми опрыскивателями, и составляла 0,5 м и 1,0 м. Скорость движения беспилотника составляла 0,57 и 1,0 м в секунду. Оценивалось влияние высоты и скорости движения беспилотника, а также влияние воздушного потока на объем и равномерность внесения жидкости на растения. Кроме того, оценивалось изменение поперечного распределения объема жидкости в струе капель и поперечного распределения скорости воздуха в ее струе. Жидкость распылялась при постоянном давлении 0,2 МПа. Результаты исследования показывают, что низкая высота перемещения дрона не только оказала сильное влияние на увеличение объема жидкости, наносимой на растения, но и улучшила равномерность нанесения на уровне растений. Также было замечено, что на высоте 0,5 м наблюдалась значительная неравномерность воздушного потока под дроном», - отмечают авторы работы.
По словам исследователей, из этого следует вывод, что опрыскивание, проводимое на малых высотах с использованием беспилотников с вращающимися пропеллерами, можно сравнить с обработками наземными опрыскивателями, которые используют вспомогательный воздушный поток.
Однако исследования показали, что низкие высоты, на которых можно проводить опрыскивание сельскохозяйственных культур с помощью многороторных беспилотников, могут существенно влиять на распределение скорости воздуха в потоке, создаваемом роторами. Существуют также значительные локальные различия в поперечной равномерности распыления по ширине полосы опрыскиваемых растений. Это явление может проявляться сильнее, когда высота распыления беспилотника уменьшается.
Следовательно, беспилотники для выполнения опрыскивания сельскохозяйственных культур на очень низких высотах, сопоставимых с высотой штанги сельскохозяйственного опрыскивателя, должны быть специально сконструированы, чтобы избежать высокой неравномерности распыления жидкости и обеспечить хорошее качество распыления на растениях. Будущие исследования должны быть сосредоточены на этой проблеме.
По статье группы авторов (Богуслава Бернер, Ежи Хойнацкий, Иржи Дворжак, Александра Пачута, Ян Найсер, Леон Кукелька, Ян Килар,Томаш Найсер, Марсель Микеска), опубликованной в журнале Agronomy 2024 на портале www.mdpi.com.
На фото вы видите готовый объект для исследования. (а) Вид растений пшеницы с установленным в них штативом для сбора жидкости (1–3 уровни пробоотборников) и ( b ) пробоотборники со следами красителя после высыхания капель. Фото принадлежит группе указанных авторов.
