DEVELOPMENT OF A COMPUTER MODEL OF LIQUID FUNNELING IN AN AGRICULTURAL UAV TANK
Authors: Магдин А.Г. , Припадчев А.Д. , Горбунов А.А. , Барановский К.В. 
Published: April 2024

Проблема и цель. Использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в зоне распыления сельскохозяйственных удобрений, жидкостей повышает качество урожая и автоматизирует сам процесс проведения работ в целом. Плюсы в использовании БПЛА для опрыскивания – точность внесения вещества, оперативность, экономия человеческих ресурсов и возможность применения ультрамалообъёмного опрыскивания. Размер капель при таком способе внесения значительно меньше, чем при наземном, а при соблюдении технологии увеличивается точность внесения химических веществ и уменьшается их расход. В работе рассмотрена проблема воронкообразования (вихревых потоков) жидкости в резервуарах БПЛА, указаны причины возникновения и отрицательные стороны данного явления. При истечении жидкости из резервуаров через донные отверстия (особенно при малых напорах) над отверстиями возникают воронки, создаваемые вращением жидкости вокруг оси, проходящей через центр донного отверстия. Часто воздушное ядро воронки пронизывает всю толщину жидкости, проникая в донное отверстие (интенсивная воронка), при этом уменьшается рабочая площадь отверстия и снижается его пропускная способность. Методология. Для исследования этого явления проведено симуляционное моделирование течения жидкости в Fluent программе, проанализировано большинство случаев (более 20 случаев) возникновения пагубного влияния при различной конструкции резервуара, а также при различных скоростях течения жидкости в резервуаре БПЛА. Были получены результаты, и образование воронки у донного отверстия было доказано. Результаты. Для решения этой проблемы были использованы плавающие щиты, которые устанавливаются у донного отверстия резервуара БПЛА сельскохозяйственного назначения, и тем самым гасят воронку жидкости. Проведены необходимые исследования в этой области. Достоинством обработки сельскохозяйственных полигонов БПЛА является то, что не уничтожаются (не приминаются) посевы, как при опрыскивании наземной техникой. Заключение. Решение проблемы воронкообразования жидкости в резервуаре поможет повысить качество распыления химических веществ беспилотным летательным аппаратом, а также позволит повысить эффективность работы комплекса.

Problem and purpose. The use of unmanned aerial vehicles in the area of spraying agricultural fertilizers, liquids improves the quality of the crop, and automates the process of work as a whole.The advantages of using UAVs for spraying are the accuracy of substance control, efficiency, saving human resources and the possibility of using ultra-low-volume spraying. The droplet size with this method of regulation is significantly smaller than with the ground mode, and if the technology is followed, the accuracy of changing chemicals increases and their consumption decreases. When considering the problem of the formation of funnel formation (vortex flows) of liquid in UAV tanks, the causes of occurrence, as well as the negative aspects of this phenomenon in work, are taken into account. When liquid flows from reservoirs through the bottom holes (especially at low pressures), funnels appear above the holes, created by the rotation of the liquid around an axis passing through the center of the bottom hole. Often the air core of the funnel penetrates the entire thickness of the liquid, penetrating into the bottom hole (intensive funnel), thereby reducing the working area of the hole and reducing its throughput. Methodology. To determine this phenomenon, a simulation of fluid flow was carried out in the Fluent program (more than 20 cases), and most cases of the occurrence of detrimental effects were analyzed for different tank designs, as well as for different fluid flow rates in the UAV tank. The results were obtained, and the formation of a crater at the bottom hole was proven. Results. To solve this problem, floating shields were used, which are installed at the bottom of the tank of an agricultural UAV, and thereby extinguish the liquid funnel. The necessary research has been carried out in this area. The advantage of processing agricultural landfills with UAVs is that the crops are not destroyed (not used), as when spraying with ground equipment. Coclusion. Solving the problem of funnel formation of liquid in the tank will help improve the quality of spraying chemicals by an unmanned aerial vehicle, and will also improve the efficiency of the complex.