Комплекс беспилотных летательных средств на базе аэростатического летательного аппарата
COMPLEX OF UNMANNED AERIAL VEHICLES BASED ON AEROSTATIC AIRCRAFT

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.
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).
Недостатком известного управляемого аэростатического летательного аппарата-дирижабля является ограниченность его функциональных возможностей.
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.
Кроме того, наличие силовой установки усложняет конструкцию аппарата-дирижабля.
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).
Недостатками известного комплекса беспилотных летательных средств на базе аэростатического летательного аппарата, принятого за прототип, является низкая эффективность процесса опрыскивания растений для их защиты.
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.
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.
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.
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.
Продолжительность обработки ограничивается суммарным объемом баков для жидкости и съемных емкостей
Наличие силовой установки с турбовинтовыми двигателями с изменяемым вектором тяги у аэростатического летательного аппарата усложняет конструкцию всего комплекса.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса опрыскивания растений для их защиты.
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.
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 растения
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.
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.
Дополнительное соединение коптера с нижней частью телескопического стержня для изменения его длины обеспечивает регулировку высоты распыла в широком диапазоне, что увеличивает эффективность опыления растений.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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).
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.
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.
Применение изобретения позволит: увеличить эффективность процесса опрыскивания растений и безопасность процесса химической обработки растений.