Tarımsal amaçlı tasarlanan dört rotorlu bir insansız hava aracında farklı meme tiplerinin ilaçlama performanslarının belirlenmesi
Determination of the spraying performance of different nozzle types in a four-rotor unmanned aerial vehicle designed for agricultural purposes
Yazar: RUÇHAN ÇÖMLEK
Danışman: DOÇ. DR. TANER YILDIZ ; PROF. DR. BAHADIR SAYINCI
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Tarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu çalışmanın amacı, son yıllarda pestisit uygulamalarında kullanılmaya başlanan düşük maliyetli bir Zirai İnsansız Hava Aracı'nın (ZİHA) tasarımı ve imalatının gerçekleştirilmesi, ZİHA'ların tasarımında göz önünde bulundurulması gereken tasarım parametrelerinin belirlenmesi, ZİHA ile kullanılacak farklı tipteki yelpaze huzmeli memelerin; farklı yüksekliklerdeki damla karakteristiklerini, pestisitin hedef bitki kanopisi içindeki dağılımı ve püskürtme uygulamalarının bitki kök ve gövdesi üzerindeki etkisini belirlemektir. Çalışmada ZİHA dört rotorlu(quadcopter) olarak tasarlanmış ve 6s 16000 mAh'lik bir Li-Po batarya kullanılmıştır. ZİHA'nın ilaçlama ünitesinde, memeler arası mesafesi ayarlanabilir özellikte olan bum kolu, 2.4 sabit basınçlı pompa ve 5 litre depo kapasitesine sahip depo kullanılmıştır. Tasarımı ve imalatı gerçekleştirilen ZİHA ile, ahşap örnekleme direkleri (2 metre boyunda ve 0.5 m aralıklarla yerleştirilmiş örnekleme kağıtları bulunan )  ve brokoli bahçesi olmak üzere iki farklı deneme alanında gerçekleştirilmiştir. Denemelerde standart yelpaze huzmeli (ST), yüksek etki alanlı (LU), hava emişli (IDK) ve düşük sürüklenme potansiyelli (AD) olmak üzere 4 farklı tip hidrolik meme kullanılmış ve püskürtme uygulamaları sabit 240 kP (2.4 bar) işletme basıncı ve 40 lha-1 düşük uygulama hacminde gerçekleştirilmiştir. Damla örneklemesi için suya duyarlı kağıt kullanılmış ve hidrolik memelerle ilgili yapılan tüm denemeler 10 ms-1 ilerleme hızında üç tekerrürlü olarak yürütülmüştür. Tasarım parametrelerinin belirlenmesinde, ZİHA'lar ile püskürtme uygulamalarında, GPS sistemi ile beraber RTK sisteminin kullanılmasının, özellikle sıraya ekim yapılan bitkilerde  hedef dışı püskürtmeyi azaltacağı ortaya çıkarılmıştır.  Kullanılan hidrolik memelerin birbirine olan mesafesinin ayarlanabilir olması ve pompa basıncının yüksek olması, ZİHA'lar da kullanılacak hidrolik meme çeşidini artırdığı gözlemlenmiştir.  Örnekleme direkleri ile gerçekleşen denemelerde, 100 cm püskürtme yüksekliğinde en yüksek yüzey kaplama oranını LU tipi meme verirken, 150 cm yükseklikte AD tipi en yüksek yüzey kaplama oranına sahip olmuştur. 200 cm yükseklikte ise en yüksek yüzey kaplama oranı ST tipi memede bulunmuştur. Brokoli bahçesinde gerçekleşen denemede ise, bütün varyasyon kaynaklarında en yüksek yüzey kaplama oranı ST tipi memede bulunmuştur. Daha sonra sırası ile LU, IDK ve AD tipi memelerin yüzey kaplama oranı gelmektedir.

Abstract:
The aim of this study is to design and manufacture a low-cost Agricultural Unmanned Aerial Vehicle (AUAV), which has started to be used in pesticide applications in recent years. Determining the design parameters of ZİHA's. Different types of fan beam nozzles to be used with ZİHA, The aim is to determine the drop characteristics at different heights, the distribution of the pesticide within the target plant canopy and the effect of spray applications on the plant roots and stems. In the study, ZİHA was designed as a quadcopter and a 6s 16000 mAh Li-Po battery was used. In ZİHA's spraying unit, a boom arm with adjustable distance between nozzles, a 2.4 constant pressure pump and a tank with a capacity of 5 liters are used. Designed and manufactured ZİHA was carried out in two different trial areas: wooden poles (with sampling papers 2 meters long and placed at 0.5 m intervals) and a broccoli field. Four different types of hydraulic nozzles were used in the trials: standard flat fan (ST), multi-range (LU), air induction (IDK) and anti-drift (AD). Spraying applications were carried out at a constant operating pressure of 240 kP (2.4 bar) and a low application volume of 40 lha-1. Water-sensitive paper was used for drop sampling, and all experiments on hydraulic nozzles were carried out in three repetitions at a travel speed of 10 ms-1. It has been revealed that the use of the RTK system together with the GPS system in spraying applications with ZİHA's in determining the design parameters will reduce non-target spraying, especially in row-planted plants. It has been observed that the adjustable distance between the hydraulic nozzles used and the high pump pressure increase the type of hydraulic nozzles to be used in ZİHA's. In experiments carried out with sampling poles, while LU type nozzle gave the highest surface coverage rate at 100 cm spray height, AD type had the highest surface coverage rate at 150 cm spray height. At a height of  200 cm, the highest surface coverage ratio was found in the ST type nozzle. In the spray applications carried out in the broccoli field; In all sources of variation, the highest surface coverage ratio was found in the ST type nozzle. Then comes the surface coverage ratio of LU, IDK and AD type nozzles, respectively.