CC BY
14
11. Lobach V.T., Potipak MV.Model'nye issledovaniya radiolokatsionnogo otrazheniya slozhnykh signalov vzvolnovannoy morskoy poverkhnost'yu [Model studies of radar reflection of complex signals by the sea surface], Mater. 13 Mezhdunarodnoy Krymskoy konferentsii «SVCh Tekhnika i telekommunikatsionnye tekhnologii» KryMiKo'2003 [Proceedings of the 13 International Crimean conference "microwave Technology and telecommunication technologies"]. Sevastopol', 2013, pp. 760-762.
12. Lobach V.T., PotipakM.V. Modeling of modulated signals back-scattering from quasiperiodic surface, Proceedings of SPIE Aero Sense, 2003, Vol. 5097, pp. 141-148.
13. Lobach V.T., Potipak M.V. Change in waveform envelope radar signal back-scattered from sea surface, Proceedings of SPIE Aero Sense, 2002, Vol. 4744, pp. 192-200.
14. Glassner A.S. (ed.). An introduction to ray tracing. Elsevier, 1989.
15. Berquin Y., Herique A., Kofman W., and Heggy E. Computing lowfrequency radar surface echoes for planetary radar using Huygens-Fresnel's principle, Radio Science., 2015, Vol. 50, No. 10, pp. 1097-1109,
16. Gerekos C. et al. A Coherent Multilayer Simulator of Radargrams Acquired by Radar Sounder Instruments, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2018, No. 99, pp. 1-17.
17. Boissonnat J.D., Dyer R., Ghosh A. Delaunay triangulation of manifolds, Foundations of Computational Mathematics, 2018, Vol. 18, No. 2, pp. 399-431.
18. Longe-Khiggins M.S. Statisticheskiy analiz sluchayno dvizhushcheysya poverkhnosti [Statistical analysis of a randomly moving surface], Vetrovye volny [Wind waves], ed. by Yu.M. Krylova. Moscow: Inostrannaya literatura, 1962, 218 p.
19. Zubkovich S.G. Statisticheskie kharakteristiki radiosignalov, otrazhennykh ot zemnoy poverkhnosti [Statistical characteristics of radio signals reflected from the earth's surface]. Moscow: Sov. radio, 1968, 224 p.
20. Otchet po NIR «Modernizatsiya deystvuyushchego maketa podpoverkhnostnog o radiolokatora i provedenie naturnykh eksperimentov po distantsionnomu zondirovaniyu gruntovykh vod», kh/d №11230, 2004g. Ruk. Lobach V.T. [Report on research "Modernization of the existing model of subsurface radar and field experiments on remote sensing of groundwa-ter", x/d No. 11230, 2004. Head Lobach V.T.]
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н. А.О. Касьянов.
Бахчевников Валентин Владимирович - Южный федеральный университет; e-mail:
bahchevnikov@sfedu.ru; 347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44; тел.: +79518289271;
аспирант.
Bakhchevnikov Valentin Vladimirovich - Southern Federal University; e-mail:
bahchevnikov@sfedu.ru; 44, Nekrasovsky, Taganrog, 347928, Russia; phone: +79518289271;
postgraduate student.
УДК 629.735.015: 004.02 DOI 10.23683/2311-3103-2019-2-89-104
А.С. Кузьменко
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОПРЫСКИВАНИЯ В ЗАДАЧАХ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИХ РАБОТ
Рассмотрены практические вопросы решения задач повышения качества и эффективности авиационного опрыскивания как важнейшего элемента производства авиационно - химических работ с использованием методов компьютерного моделирования его процессов. Дано описание сформированного программного комплекса моделирования авиаопрыскивания и основные результаты его апробации с учетом экспериментальных данных. Особенностями комплекса являются расширенный учет параметров воздушного судна и режимов его полета при выполнении обработок, процессов испарения и дробления капель
многокомпонентных рабочих жидкостей, технологических аспектов защитного опрыскивания и существенный рост информативности расчетных показателей осаждения жидкостей для оценки уровня эффективности обработок. Представлены отдельные характерные расчетные данные моделирования процессов формирования вихревого следа и поля индуктивных скоростей за воздушным судном при выполнении опрыскивания, траектории движения различных капель рабочей жидкости, волн осаждения жидкости на обрабатываемый участок при различных технологических параметрах ее внесения и интегральные показатели качества и эффективности обработок при этом. Использование разработанного программного комплекса дает возможность проводить многофакторную и многовариантную оценку показателей авиационного опрыскивания, выявлять его значимые закономерности и формировать необходимые практические рекомендации по производству авиационно - химических работ и повышению их безопасности, качества и эффективности.
Авиационно-химические работы; авиационное опрыскивание; компьютерное моделирование; воздушное судно; режимы полета; технологические параметры; осаждение; эффективность.
A.S. Kuzmenko
APPLICATION OF COMPUTER SIMULATION OF SPRAYING FOR INCREASE THE EFFICIENCY OF AERIAL-CHEMICAL WORKS
Practical issues of solving the problems of improving the quality and efficiency of aerial spraying as an essential element of the production of aerial-chemical works using computer simulation methods of its processes are considered in the report. The description of the formed software complex of aerial spraying modeling and the main results of its approbation taking into account the experimental data are presented. Extended accounting of the aircraft parameters and flight modes when performing treatments, evaporation and crushing of drops of multi-component working fluids, technological aspects of protective spraying and a significant increase in the information content of the calculated parameters of liquid deposition to assess the level of efficiency of treatments are the features of the soft ware package. Some characteristic calculated data modeling the formation of vortex track and field inductive velocity behind the aircraft during spraying, the trajectories of the working fluid drops, liquid deposition waves on the treated area with different technological parameters of its application and integral indicators of quality and efficiency of treatments are presented in the article. The developed software package makes it possible to carry out multifactorial and multivariate assessment of aerial spraying, to identify its significant patterns and to form the necessary practical recommendations for the production of aerial- chemical works and improve their safety, quality and efficiency.
Aerial - chemical works; aerial spraying; computer simulation; aircraft; flight modes; process parameters; deposition; efficiency.
Введение. Авиационно-химические работы (АХР) являются одним из наиболее важных и массовых видов авиационных работ, которые заключаются во внесении жидких, сыпучих и биологических веществ с использованием воздушных судов (ВС), оснащенных для этого специальным оборудованием. Основными потребителями АХР являются агропромышленный комплекс, лесное и коммунальное хозяйство [1].
Динамика изменения площадей АХР ^ахр), включая работы по внесению жидких веществ (опрыскивание, F^), стоимости продукции растениеводства (Сраст) и количества зарегистрированных препаратов для авиационного применения (№п) в России в 2000-2017 гг. представлена на рис. 1. Из этого рисунка можно особо выделить соразмерный характер изменения отмеченных показателей при высокой корреляции их между собой, т.е. производство этих работ является важным и значимым фактором обеспечения эффективности экономики и продовольственной безопасности страны.
Рис. 1. Сравнительная динамика изменения площадей АХР, стоимости продукции растениеводства и количества препаратов для авиационного применения
в России в 2000-2017 гг
В последние годы при проведении АХР возникли новые проблемы, к которым можно отнести, в частности, значительно выросший уровень требований заказчиков АХР к их качеству, экологичности и эффективности при возросшей конкуренции авиационному методу со стороны наземной техники. Характерно, что в структуре АХР наблюдается преобладание (до 70-80 %) метода опрыскивания (рис. 1), что определяет особую значимость авиаопрыскивания в вопросах качества и эффективности АХР.
Одним из перспективных методов решения задач повышения безопасности, качества и эффективности АХР, наряду с экспериментальными работами, является компьютерное моделирование. Это обусловлено минимальными затратами и высокой вариативностью проводимых с его использованием исследований, что обеспечивает уже в течение полувека интерес к этому методу. К настоящему времени выполнено множество работ в этой области ([1-7 и др.]), отличающихся степенью детализации процессов, системой принятых допущений и упрощений, схемой описания индуктивного следа ВС, разновидностями программных средств и другими особенностями, при этом по прежнему актуальным является требование повышения адекватности и точности моделирования авиационного опрыскивания как сложного многофакторного процесса с учетом целевого назначения выполнения АХР.
Основная часть. В рамках проведенных исследований для решения задач повышения качества и эффективности АХР в среде программирования DELPHI был сформирован расчетный комплекс моделирования авиационного внесения рабочих веществ (рис. 2). В нем на новом уровне с учетом возможной DELPHI, в частности, графических, были реализованы апробированные ранее ([1]) математические модели описания условий и процессов осаждения капель многокомпонентных рабочий жидкостей с учетом испарения компонентов, диффузии, вращения и дробления капель в переменном поле индуктивных скоростей вихревого следа ВС.
Конфигурация вихревого следа ВС для заданных режимов полета, включая маневрирование, в комплексе определялась пошагово методом дискретных вихрей на базе выделенных П-образных вихревых комбинаций связанных и свободных вихрей крыльев и элементов их механизации, воздушного винта и оперения самолета (рис. 3), для значений циркуляций вихрей, найденных при оценке аэродинамических характеристик ВС.
Рис. 2. Функциональная и структурная схема расчетно-программного комплекса моделирования осаждения и распределения веществ при их авиационном внесении
На рис. 4 для примера показана расчетная с использованием комплекса конфигурация вихревого следа (вид спереди) самолета Ан-2, выполняющего полет на АХР с рабочей скоростью Vp = 150 км/ч на высоте Нр = 5 м при выпущенных на 5° закрылках с учетом и без учета его воздушного винта.
Рис. 3. Расчетная для построения вихревого следа схема П-образных вихревых комбинаций биплана типа Ан-2
б
Рис. 4. Расчетная конфигурация вихревого следа (вид спереди) самолета Ан-2 в горизонтальном полете при Ур = 150км/ч и Нр = 5 м (закрылки 5°) с учетом (а)) и без учета (б)) влияния воздушного винта
Характер распространения полученных с использованием программного комплекса свободных вихрей за ВС в целом идентичен имеющимся расчетно-теоретическим и экспериментальным данным [4, 8-15 и др.] и особенностям (опускание и расползание в стороны концевых вихрей, образование «скруток» вихрей, «спрямление» по потоку вихрей и т.д.), что косвенно подтверждает применимость заложенных в комплекс подходов и моделей. В свою очередь, проведенные расчеты указывают на ощутимое влияние параметров ВС, схемы и условий полетов на АХР на конфигурацию его вихревого следа. В частности, можно особо отметить сильное влияние на конфигурацию следа использования механизации (закрылков), центровки самолета и особенно воздушного винта, являющегося источником асимметричности следа (рис. 4), непосредственно связанного с движением выпущенных с ВС капель рабочей жидкости.
Общей особенностью типовых режимов авиационного опрыскивания, как показывают расчеты, является сильное влияния поля индуктивных скоростей за ВС (на рис. 5 для примера показаны расчетные векторные диаграммы индуктивных скоростей в следе самолета Ан-2 на различных удалениях за ним для рассмотренного выше режима полета) на характер движения диспергированной жидкости.
б
Рис. 5. Векторные диаграммы индуктивных скоростей в следе самолета Ан-2 в поперечных к линии полета плоскостях на удалениях 20 (а)) и 100 (б)) м за самолетом при скорости и высоте полета 150 км/ч и 5 м
Это особенно актуально для капель мелких фракций (приведенный диаметр Dко < 200 мкм), проявляющееся в их подхвате и вовлечение во вращательное движение для концевых участков штанги с последующим зависанием капель над участком и зауженным, в общем случае несимметричным, «рабочим» диапазоном размахов штанги опрыскивателя слева и справа по полету (рис. 6). Интенсивность такого влияния, как видно из представленного рисунка, существенно ниже для капель средних фко = 200-400 мкм) и особенно крупных фко > 400 мкм) фракций, которое проявляется в боковом нелинейном «растягивании» таких капель.
а
б
Рис. 6. Расчетные траектории движения капель водного раствора среднего пестицида (вид спереди) с начальным диаметром 150 (а)) и 500 мкм (б)), выпущенных с самолета Ан-2 при Ур = 150 км/ч и Нр = 5 м (закрылки 5°)
Оценка адекватности и точности программного комплекса проводилась сравнением имеющихся экспериментальных и расчетных данных, полученных для сопоставимых условий с использованием комплекса. Для примера оценки на рис. 7 показаны сравнительные данные счетного (№, шт. /см.2) и объемного (Wg, л/га) распределений капель водного раствора красителя в волнах осаждения при опрыскивании с нормой 100 л/га самолетом Ан-2 в осредненных условиях проведения испытательных полетов(температура ~ 30 °С, влажность ~ 60 %, ветер 3-4 м/с при его боковой составляющей до 0,5 м/с, интенсивный прогрев подстилающей растительной поверхности высотой 0,2-0,3 м) для скорости и высоты полета соответственно 160 км/ч и 5 м без использования закрылков, где обозначения Факт-1 и Факт-2 относятся к данным испытаний, а повторности расчетов - к вариантам (Расчет -1, -2, -3) принятой для них боковой составляющей ветра и ориентации выпуска жидкости относительно потока.
Статистический анализ с использованием критериев Фишера и Пирсона показал, что, не смотря на стохастический характер процессов авиационного внесения, для расчетных и экспериментальных данных наблюдается качественная близость (вид эпюр, соотношения показателей, порядок соответствующих величин и т.д.) и имеет место статистическая значимость полученных при моделировании расчетных функциональных зависимостей.
В свою очередь точность оценки наиболее значимых показателей внесения (ширина захвата, объемы и количество капель внесенной жидкости и др.) для рассмотренных вариантов составляет примерно 4-5 %, что следует признать достаточно высоким показателем для моделируемого процесса.
Заключение о приемлемой адекватности и точности сформированного комплекса позволяет использовать его для решения множества практических задач, связанных с обеспечением безопасности, качества и эффективности авиаопрыскивания и выбора необходимых для этого технологических параметров (скорость и высота полета, норма внесения рабочих жидкостей и концентрация действующих веществ, степени диспергирования жидкости, центровка ВС и т.д.).
а
Z& м б
Рис. 7. Фактические и расчетные показатели счетного (а) и объемного (б) распределение в волне осаждения при опрыскивании самолетом Ан-2
На рис. 8 для примера показаны расчетные эпюры счетного и объемного (по действующему веществу, Wдв) распределения в волне осаждения при внесении самолетом Ан-2 вещества в заданной дозировке 0,5 л/га с разными нормами опрыскивания при установившейся рабочей скорости и высоте полета 150 км/ч (закрылки 5°) и 5 м в условиях безветрия при расчетной ширине захвата Zр = 30 м и характерных параметрах диспергирования жидкости.
Представленные эпюры показывают, что комплекс расхода жидкости, степени ее диспергирования и начальной концентрации действующего вещества в рабочей жидкости для разных норм при прочих одинаковых условиях оказывает сильное влияние на характер и показатели плотности капель и дозировки препарата на участке, непосредственно связанных с уровнем качества обработки. В частности, можно отметить, что малые нормы внесения (10 и 25 л/га) при мелкодисперсном распыле жидкости отличаются повышенной плотностью капель на участке, особенно вдоль линии пролета, однако при этом связаны со снижением дозировки препарата в волнах в сравнении со средней (50 л/га) и большой (100 л/га) нормами внесения.
а
б
Рис. 8. Расчетные эпюры счетного (а)) и объемного (по действующему веществу, б)) распределения в волне осаждения при внесении самолетом Ан-2 вещества в дозировке 0,5 л/га с разными нормами опрыскивания
Отмеченные отличия могут быть учтены в рамках принятого согласно [1] подхода оценки качества (Рэф) и эффективности (Кэф) выполнения АХР. Для примера такой оценки в табл. 1 показаны сводные расчетные данные показателей опрыскивания для типовых условий применительно к борьбе с сорняками на посевах озимых при характерных для этих работ требованиях и варьировании степени дисперсности (медианно-объемный диаметр (МОД) выпущенных опрыскивателем капель) для данных норм и рабочей ширины захвата Zр (30 и 40 м в случае обеспечения расхода насосным агрегатом).
Из представленных данных можно сделать ряд важных замечаний по обеспечению качества и эффективности защитного опрыскивания, в частности:
♦ увеличение норм внесения рабочей жидкости при заданной дозировки препарата вне зависимости от рабочей ширины захвата приводит к устойчивому росту средних плотностей покрытия объектов каплями (№р) и дозировки препарата ^ср) на участке при некотором относительном снижении неравномерности этих показателей (^п, Kvw);
♦ наивысшая биологическая эффективность (качество внесения) и стоимость прибавки урожайности (Ега) ввиду отмеченной особенности для традиционного уровня диспергирования жидкости наблюдается для повышенных норм внесения Н, при общем снижении летной производительности обработок (Пл) и росте себестоимости (2га) обработок;
Таблица 1
Основные расчетные показатели выполнения типового защитного авиаопрыскивания озимых самолетом Ан-2 с разными нормами и параметрами выпуска жидкости и расстояниями перехода
Н, л/га МОД, мкм Zp, м Пл, га/л.ч. Ncp, шт./см2 Kvn, % Wcp, мл/га Kvw, % Рэф Ега, руб./га Zra, руб./га Кэф
100 450 30 54,4 53,83 21,05 475,3 30,14 1,000 3079,2 1995,9 1,54
50 350 30 83,7 43,57 28,11 448,2 31,79 0,999 3076,8 1743,4 1,76
40 102,4 43,37 55,11 457,3 57,73 0,983 3028,0 1677,9 1,80
25 250 30 101,9 40,69 44,81 370,9 18,49 0,994 3060,2 1654,3 1,85
40 128,9 39,84 69,16 375,7 42,05 0,949 2922,8 1592,7 1,83
200 30 101,9 58,49 59,33 296,1 17,64 0,944 2906,1 1654,3 1,75
40 128,9 56,71 84,74 296,5 41,08 0,870 2680,2 1592,7 1,68
10 150 30 114,4 34,58 77,10 202,8 36,19 0,531 1635,9 1602,2 1,02
40 148,0 33,17 105,33 199,7 57,91 0,458 1410,5 1542,6 0,91
200 30 114,4 23,46 58,84 291,7 16,98 0,712 2193,9 1602,2 1,36
40 148,0 22,78 84,02 293,3 37,39 0,599 1846,4 1542,6 1,19
♦ наивысшая экономическая эффективность рассмотренной обработки (Кэф > 1,75) обеспечивается для норм внесения 25 и 50 л/га, что обусловлено в основном ростом производительности Пл при сопоставимости показателей Ега обработок, при этом характерно, что увеличение Zр с 30 до 40 м приводит к росту Кэф для средней нормы 50 л/га и его уменьшению для 25 л/га;
♦ использование нормы 10 л/га для самолета Ан-2 позволяет значительно увеличить производительность обработок и снизить затраты на них, однако даже при наличии положительного эффекта не является приоритетным и может рассматриваться лишь как «пожарный» вариант борьбы с сорняками.
Одним из наиболее значимых технологических параметров АХР является рабочая высота полета. Ее влияние на показатели внесения рабочих жидкостей с нормой 50 л/га для рассмотренного выше варианта опрыскивания представлено на рис. 9, а основные расчетные показатели - в табл. 2.
Как видно из этих графиков, уменьшение высоты с 5 до 3 м приводит к «поджатию» волны осаждения с уменьшением ее размаха и росту показателей в центральной зоне, а увеличение до 10 м - обратному эффекту с большей однородностью плотности капель и уменьшению уровня дозировок на участке.
Эти особенности находят свое отражение в сводных табличных данных, которые позволяют сделать ряд важных замечаний по применимости разных высот полета самолета Ан-2 при защитном опрыскивании:
♦ увеличение рабочей высоты статистически тесно коррелирует с ростом равномерности распределения рабочей жидкости, производительности полетов и эффективности обработок при уменьшении уровня покрытия каплями;
♦ снижение при безветрии рабочих высот опрыскивания самолета Ан-2 до 2-3 м, которое часто считают путем повышения качества и эффективности таких обработок, таким не является и вызывает снижение производительности, равномерности внесения, биологической, целевой и экономической эффективности обработок, при этом дополнительное увеличение ширины захвата Zр с 30 до 40 м связано с недопустимым «провалом» этих показателей;
♦ режимы опрыскивания на высотах 5 и 10 м практически эквивалентны при некотором преимуществе традиционной высоты по целевой эффективности (Ега) обработок, что определяет подтвержденный практикой приоритет рабочей высоты 5 м для массового производства АХР самолетом Ан-2.
а —Нр = 5 м
Л г и = 10 м
¿к и IV
у А
\Ч
/< ж
т
/ V
40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
гв. М
а
1— 4 -»-Нр 5 н
и -О-Нр
Ж
\ н /Л
д Л „ 1
Л! I
IV
И ц) 1
V
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
»
б
Рис. 9. Расчетные эпюры счетного (а) и объемного (по действующему веществу, б)) распределения в волне осаждения жидкости при ее внесении самолетом Ан-2 с нормой 50 л/га для разных высот опрыскивания
Таблица 2
Основные показатели выполнения типового защитного опрыскивания озимых самолетом Ан-2 с дозировкой внесения действующих веществ 0,5 л/га при норме 50 л/га для разных высот опрыскивания
Нр, м Zр, м Пл, га/л.ч. №р, шт./см2 Юга, % Wср, л/га Kvw, % Рэф Ега, руб./га Zга, руб./га Кэф
5 30 83,7 43,6 28,1 448,3 31,8 0,999 3 077 1 743 1,76
40 102,4 43,4 55,1 457,3 57,7 0,983 3 028 1 678 1,80
3 30 83,4 42,2 38,4 466,6 39,4 0,987 3 040 1 745 1,74
40 102,1 39,4 84,5 400,3 83,9 0,775 2 388 1 679 1,42
10 30 84,4 39,1 11,1 430,6 38,5 0,994 3 061 1 740 1,75
40 103,1 39,3 30,7 448,1 40,0 0,985 3 033 1 676 1,81
Полученные с использованием сформированного программного комплекса данные позволяют, с одной, стороны количественно подтвердить и уточнить выявленные при производстве АХР эмпирические соотношения и рекомендации ([16-18 и др.]), и, с другой, может быть использован для решения разнообразных практических, в т.ч. нетрадиционных задач. например, для оценки влияния на показатели опрыскивания переходных процессов на рабочем гоне ([19]), при наборе и снижении самолета ([20]) и многих других, связанных с обеспечением безопасности, качества и эффективности АХР. Эти возможности демонстрирует рис. 10 и 11, на которых показаны характерные расчетные эпюры счетного и объемного (по веществу) распределения жидкости в волнах осаждения при рассмотренном ранее варианте обработки самолетом Ан-2 с нормой 50 л/га соответственно в процессе включения опрыскивателя на гоне и при заходе самолета на гон через препятствия высотой 14 м для различных его удалений от препятствия, в т.ч. и на гоне (Хопр > 300 м).
а
_Zg м_
б
Рис. 10. Расчетные эпюры счетного (а) и объемного (по действующему веществу, б)) распределения в волне осаждения самолета Ан-2 в процессе включения опрыскивателя при обработке участка с нормой 50 л/га
Как видно из рис. 10, динамика изменения выпуска рабочей жидкости, связанная с особенностями функционирования привода опрыскивателя, для заданного режима полета сильно связана с текущими показателями внесения жидкости (плотность капель, дозировка веществ и т.д.). Эти данные, в свою очередь, определяют показатели эффективности обработки в целом, которые, как показывают расчеты, уменьшаются по обрабатываемому участку до 5-7 %.
Аналогично, эпюры распределения жидкости на режиме снижения (рис. 11) не соответствуют режиму опрыскивания в горизонтальном полете (на гоне) и отличаются концентрацией капель и действующего вещества вдоль линии пролета и поперечным «поджатием» волны осаждения. Эта особенность связана с влиянием на оседающие капли перестраивающегося в процессе движения самолета и «уходящего» вниз относительно капель его вихревого следа, а также нисходящих элементов вихревого следа. Примечательным является и то, что влияние нисходящего участка на показатели внесения жидкости проявляется при горизонтальном полете примерно до 200 м от начала гона и в дальнейшем практически не проявляется. Проведенные расчеты показывают, что при полете ВС над концевыми зонами участков с препятствиями технически возможно опрыскивание этих зон с сопоставимыми требуемыми и номинальными показателями, что может быть использовано при производстве АХР для повышения производительности и общей эффективности обработок.
-180—| 1 - Хопр = 0 м - Хопр = 100 м - Хопр = 250 м • - Хопр = 300 м - Хопр = 400 м Хопр = 500 м Хопр = 800 м
- База (Г П)
-0-
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
м
а
-14—I-
Хопр = 0 м
у ЗД Хопр = 250 м = 300 м
Хопр = 400 м
Хопр = 500 м
Хопр = 800 м
ш — База (ГП)
& 1 ш \
1 в 'о-' "
л "0
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
_м_
б
Рис. 11. Расчетные эпюры счетного (а) и объемного (по действующему веществу, б)) распределения в волнах осаждения при опрыскивании самолетом Ан-2 с нормой 50 л/га на режиме снижения и гоне
Вывод. По совокупности результатов проведенных исследований можно сделать вывод, что сформированный программный комплекс в сопоставимых условиях в целом адекватно и достаточно точно описывает процессы осаждения и распределении рабочих веществ при их авиационном внесении и может быть использован для решения актуальных научно-практических задач обеспечения и повышения безопасности, качества и эффективности АХР с учетом расширенного перечня внешних, технико-технологических, эксплуатационных и других параметров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Асовский В.П. Теория и практика авиационного распределения веществ. - М.: Воздушный транспорт, 2008. - 580 с.
2. Логачев Ю.Г. О путях повышения эффективности авиационной обработки // Механика процессов авиационного опрыскивания и рассеивания сыпучих веществ: Сб. науч. тр.
- № 3. - Вып. 219. - Рига: РКИИГА, 1971. - С. 3-16.
3. Деревянко В.С. Влияние аэродинамических возмущений на процессы авиационного опыливания и опрыскивания. - М.: Транспорт, 1974. - 72 с.
4. Свинин А.И. Исследование влияния аэродинамических возмущений, вызываемых вертолетом, на осаждение распыливаемых веществ: дисс. ... канд. техн. наук. - Рига: РКИИГА, 1977.
5. Артамонов Б.Л. Аэродинамика сельскохозяйственного вертолета для авиционно-химических работ: дисс. ... канд. техн. наук. - М: МАИ, 1977. - 232 с.
6. Евдокимов А.Б. Повышение эффективности авиационного опрыскивания путем оптимизации режимов летной эксплуатации сельскохозяйственных самолетов Ан-2: дисс. ... канд. техн. наук. - Киев: КИИГА, 1987. - 308 с.
7. Дудник В.В. Уменьшение вредного воздействия на окружающую среду при внесении химических веществ с сельскохозяйственных вертолетов: дисс. ... канд. техн. наук. -Ростов-на-Дону: РД ГСХМ, 1998. - 154 с.
8. Кузнецов Ю.Е., Флаксман Я.Ш. Приближенный расчет поля скоростей и движения вихрей за низколетящим бипланом // Ученые записки ЦАГИ. - 1977. - Т. 8, № 4. - С. 92-96.
9. Аубакиров Т.О., Желанников А.И, Иванов П.Е., Ништ М.И. Спутные следы и их воздействие на летательный аппарат. Моделирование на ЭВМ. - Алматы: ТОО "Мария", 1999. - 278 с.
10. Белоцерковский Ал.С., Гиневский А.С., Погребная Т.В., Шипилов С.Д. Моделирование дальнего вихревого следа магистральных самолетов при взлете и посадке // Успехи механики. - 2003. - № 4. - С. 106-127.
11. Гиневский А.С., Желанников А.И. Вихревые следы самолетов. - М.: Физматлит, 2008. -170 с.
12. Желанников А.И. Оперативные методы расчёта характеристик вихревого следа за самолётами // Вюник Харювського национального ушверситету. - 2009. - № 847. - С. 184-190.
13. Campbell S.D., Dusay T.J., Freehart R.E. et al. Wake vortex field measurement program of Memphis T.N. Data Guide. - Lincoln Laboratory, Lexington, Massachusetts. Project Report ATS-240, 1996. - 93 p.
14. Sarpkaya T. New model of vortex decay in the atmosphere // Jornal of Aircraft. - 2000. - Vol. 37, No. 1. - P. 53-61.
15. Zang Z.C., Lim S.H. Validation and operation of a wake vortex / shear interaction model // Jornal of Aircraft. - 2000. - Vol. 37, No. 6. - P. 1037-1078.
16. Техника и технология безопасного применения средств защиты растений: Лекции курсов по контролю за качеством применения пестицидов. - Госагропром СССР: Сиба -Гейги АГ, 1989.
17. Quantik H.R. Aviation in Crop Protection, Pollution and Insect Control. - B Grafton Street, London W1, Collins, 1985. - 428 p.
18. Bretthauer S. Precision aerial application technologies // Agricultural Aviation, Fall 2018.
- P. 18-33.
19. Асовский В.П., Кузьменко А.С. Особенности и перспективы применения ветропривода на сельскохозяйственных самолетах // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2016. - Т. 19, № 06. - С. 166-175.
20. Breaking the Cycle: Moving from Chemicals to Cover Crops. - Режим доступа: https://earthjustice.org/node/34015 /html/ свободный (дата обращения: 10.06.2019).
REFERENCES
1. Asovskiy V.P. Teoriya i praktika aviatsionnogo raspredeleniya veshchestv [Theory and practice of aviation distribution of substances]. Moscow: Vozdushnyy transport, 2008, 580 p.
2. Logachev Yu.G. O putyakh povysheniya effektivnosti aviatsionnoy obrabotki [On ways to improve the efficiency of aviation processing] Mekhanika protsessov aviatsionnogo opryskivaniya i rasseivaniya sypuchikh veshchestv: Sb. nauch. tr. [Mechanics of the processes of aircraft spraying and dispersion of bulk substances: Collection of scientific papers], No. 3, Issue 219. Riga: RKIIGA, 1971, pp. 3-16.
3. Derevyanko V.S. Vliyanie aerodinamicheskikh vozmushcheniy na protsessy aviatsionnogo opylivaniya i opryskivaniya [Influence of aerodynamic disturbances on the processes of aircraft pollination and spraying]. Moscow: Transport, 1974, 72 p.
4. Svinin A.I. Issledovanie vliyaniya aerodinamicheskikh vozmushcheniy, vyzyvaemykh vertoletom, na osazhdenie raspylivaemykh veshchestv: diss. ... kand. tekhn. nauk [Investigation of the effect of the aerodynamic disturbances caused by helicopter to the deposition respecively substances: cand. of eng. sc. diss.]. Riga: RKIIGA, 1977.
5. Artamonov B.L. Aerodinamika sel'skokhozyaystvennogo vertoleta dlya avitsionno-khimicheskikh rabot: diss. ... kand. tekhn. nauk [Aerodynamics of agricultural helicopter for aerial - chemical works: cand. of eng. sc. diss.]. Moscow: MAI, 1977, 232 p.
6. Evdokimov A.B. Povyshenie effektivnosti aviatsionnogo opryskivaniya putem optimizatsii rezhimov letnoy ekspluatatsii sel'skokhozyaystvennykh samoletov An-2: diss. ... kand. tekhn. nauk [Improving the efficiency of aircraft spraying by optimizing the flight operation of agricultural aircraft An-2: cand. of eng. sc. diss.]. Kiev: KIIGA, 1987, 308 p.
7. Dudnik V.V. Umen'shenie vrednogo vozdeystviya na okruzhayushchuyu sredu pri vnesenii khimicheskikh veshchestv s sel'skokhozyaystvennykh vertoletov: diss. ... kand. tekhn. nauk [Reduction of harmful effects on the environment when applying chemicals from agricultural helicopters: cand. of eng. sc. diss.]. Rostov-on-Don: RD GSKHM, 1998, 154 p.
8. Kuznetsov Yu.E., Flaksman Ya.Sh. Priblizhennyy raschet polya skorostey i dvizheniya vikhrey za nizkoletyashchim biplanom [Approximate calculation of the velocity fields and the motion of vortices in a low-flying biplane], Uchenye zapiski TSAGI [Scientific notes of TSAGI], 1977, Vol. 8, No. 4, pp. 92-96.
9. Aubakirov T.O., Zhelannikov A.I, Ivanov P.E., Nisht M.I. Sputnye sledy i ikh vozdeystvie na letatel'nyy apparat. Modelirovanie na EVM [Vortex tracks and their effect on aircraft. Computer simulation]. Almaty, TOO "Mariya", 1999, 278 p.
10. BelotserkovskiyAl.S., Ginevskiy A.S., Pogrebnaya T.V., ShipilovS.D. Modelirovanie dal'nego vikhrevogo sleda magistral'nykh samoletov pri vzlete i posadke [Simulation of the far vortex trail of long-haul aircraft during takeoff and landing], Uspekhi mekhaniki [Successes of mechanics], 2003, No. 4, pp. 106-127.
11. Ginevskiy A.S., Zhelannikov A.I. Vikhrevye sledy samoletov [Vortex traces of aircraft]. Moscow: Fizmatlit, 2008,170 p.
12. Zhelannikov A.I. Operativnye metody rascheta kharakteristik vikhrevogo sleda za samoletami [Methods of calculating оperational the characteristics of the vortex trace behind aircraft], Visnik Kharkivs'kogo natsional'nogo universitetu [Bulletin of Kharkov National University], 2009, No. 847, pp. 184-190.
13. Campbell S.D., Dusay T.J., Freehart R.E. et al. Wake vortex field measurement program of Memphis T.N. Data Guide. Lincoln Laboratory, Lexington, Massachusetts. Project Report ATS-240, 1996, 93 p.
14. Sarpkaya T. New model of vortex decay in the atmosphere, Jornal of Aircraft6 2000, Vol. 37, No. 1, pp. 53-61.
15. Zang Z.C., Lim S.H. Validation and operation of a wake vortex / shear interaction model, Jornal of Aircraft, 2000, Vol. 37, No. 6, pp. 1037-1078.
16. Tekhnika i tekhnologiya bezopasnogo primeneniya sredstv zashchity rasteniy: Lektsii kursov po kontrolyu za kachestvom primeneniya pestitsidov [Equipment and technology for the safe use of plant protection products: Lectures on quality control of pesticides]. Gosagroprom SSSR: Siba - Geygi AG, 1989.
17. Quantik H.R. Aviation in Crop Protection, Pollution and ITsect Control. B Grafton Street, London W1, Collins, 1985, 428 p.
18. Bretthauer S. Precision aerial application technologies, Agricultural Aviation, Fall 2018, pp. 18-33.
19. Asovskiy V.P., Kuz'menko A.S. Osobennosti i perspektivy primeneniya vetroprivoda na sel'skokhozyaystvennykh samoletakh [Features and prospects of the use of wind for agricultural aircraft], Nauchnyy VestnikMGTUGA [Scientific Bulletin of MGTU GA], 2016, Vol. 19, No. 06, pp. 166-175.
20. Breaking the Cycle: Moving from Chemicals to Cover Crops. Available at: https://earthjustice.org /node/34015 /html/ свободный (accessed: 10 June 2019).
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н. Г.С. Панатов.
Кузьменко Алла Сергеевна - Южный федеральный университет; e-mail: akuzm@sfedu.ru; 347900, г. Таганрог, пер. Тургеневский, 44; тел.: +79043437260; кафедра летательных аппаратов; старший преподаватель.
Kuzmenko Alla Sergeevna - Southern Federal University, e-mail: akuzm@sfedu.ru; 44 Turgenevsky, Taganrog, 347900, Russia; phone: +79043437260; the department of aircraft; senior lecturer.
УДК 542.6.063 DOI 10.23683/2311-3103-2019-2-104-117
Е.С. Алексюнин
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ БАЗОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ УСТРОЙСТВ РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ
ПРИМЕНЕНИЙ
Статья содержит материалы исследований ультразвуковых способов распыления жидких сред. До настоящего времени используемыми на практике способами распътения являются такие как, гидравлический, пневматический, механический, электростатический и различные комбинированные способы. Однако эти способы имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение в некоторых областях, например, большая неоднородность получаемого аэрозоля, использование дополнительных потоков воздуха или дополнительного распытяющего агента, высокая энергоемкость. Определенные затруднения возникают и при осуществлении распыления жидкостей с большой вязкостью. Учитывая это предлагается проектирование для целей распыления акустических устройств, генерирующих ультразвуковые колебания, позволяющие производить аэрозоль из жидкости с помощью акустических колебаний звукового или ультразвукового диапазона. Раскрыт ряд технологических преимуществ ультразвуковых способов распыления, оговорены способы подвода акустической энергии к зоне распыления. Рассмотрены различные способы распыления как по производительности, так и по дисперсности конечного продукта. Обсуждены различия в проектировании этих устройств. Приведён подробный анализ теорий, связанных с распылением на микроуровне. Освещены вопросы, связанные с математическим моделированием таких типов устройств, правильностью выбора алгоритмов для проектирования. Приведены иллюстрации демонстрирующие результаты математического моделирования и изготовления устройств, а также математические теории, которые способствовали проведению данных разработок. Продемонстрирован схематично ряд наиболее эффективных устройств, которые по результатам математического моделирования изготовлены в виде макетов и показали интересные электрофизические результаты.
Распытение; ультразвук; жидкая среда; слой жидкости; аэрозоль.
E.S. Aleksyunin
THE MODELING OF ADVANCED BASIC STRUCTURES OF DEVICES FOR SPRAYING THE FLUID IN DIFFERENT APPLICATIONS
The article contains materials on research of ultrasonic methods for spraying liquid media. To date, the spraying methods used in practice are hydraulic, pneumatic, mechanical, electrostatic, and various combined methods. However, these methods have several disadvantages that limit their use in some areas, for example, the large heterogeneity of the resulting aerosol, the use of additional air flows or an additional spraying agent, high energy intensity. Certain difficulties arise in the implementation of spraying the liquids with high viscosity. Taking the above into account, a design is proposed for the purpose of spraying acoustic devices that generate ultrasonic vibrations that allow the aerosol to be produced from a liquid using acoustic oscillations of the sonic or ultrasonic range. A number of technological advantages of ultrasonic spraying methods are disclosed, and methods for supplying acoustic energy to the sputtering zone are specified.
