Дроны и вишня: опыт польских ученых по опрыскиванию выявил ряд закономерностей

О том, что при опрыскивании фруктовых деревьев дронами следует учитывать множество разных факторов, рассказывают исследователи Ежи Хойнацкий и Александра Пачута из Машиностроительного факультета Технологического университета Кошалина, Польша, в статье, опубликованной в журнале Agriculture 2021 на портале MDPI.

«Большинство агродронов для опрыскивания сельхозкультур представляют собой винтокрылые летательные аппараты, использующие тягу воздушного потока, создаваемого пропеллерами, вращающимися с высокой скоростью, чтобы сохранять свое положение в воздухе и перемещаться над объектами. Это могут быть однороторные дроны (вертолеты) или многороторные (мультикоптеры).

Преимущество многороторных беспилотных летательных аппаратов для защиты растений от вредителей заключается в их способности останавливаться над обрабатываемым объектом или перемещаться по участку с переменной и регулируемой скоростью.

Поскольку оператор дрона может оставаться за пределами зоны обработки, в отличие от обычных практик опрыскивания при помощи трактора или ранца, выполняющие мероприятия лучше защищены от воздействия химикатов.

Дроны обычно оснащаются датчиками и системами управления для выполнения точных полетов на разной высоте. Они также могут опрыскивать растения разных размеров с заранее запланированной высоты рейда.

Усовершенствованные системы управления дроном позволяют выполнять задачи на основе карты поля и траектории полета, ранее введенной в систему управления дроном, или обозначенных объектов, которые могут быть отдельными деревьями, выбранными для обработки.

В настоящее время выпускаемые многороторные дроны для опрыскивания, особенно с электроприводом, по сравнению с самоходными или тракторными опрыскивателями, имеют малые емкости для жидкости (от 5 до 30 л) и малое время для воздушных полетов, от нескольких до десятков минут.

Поскольку бак для жидкости для опрыскивания необходимо часто пополнять во время обработки, а батареи менять, применение дронов для защиты растений может быть наиболее полезным на небольших посевных площадях, на разных высотах местности, где большая часть обработки проводится ранцевыми опрыскивателями. Замена на многороторные дроны, в данном случае, снизит стоимость работ и повысить эффективность пестицидов, уменьшая загрязнение окружающей среды.

Что касается опрыскивания фруктовых деревьев, нужна гарантия равномерного нанесения пестицидов по всей кроне, и чтобы уменьшить их снос и потери активного вещества.

Традиционные методы опрыскивания деревьев в садах с использованием тракторных или самоходных опрыскивателей и ранцевых опрыскивателей включают нанесение пестицидов на крону со стороны деревьев, с технологических маршрутов, расположенных между рядами насаждений.

Эти опрыскиватели чаще всего оснащены воздуходувками, которые создают поток вспомогательного воздуха, выталкивающий облако капель между ветвями. При опрыскивании таким образом только часть объема опрыскивания остается в кроне дерева. Остаток спрея оседает на земле под деревьями или уносится ветром от места нанесения.

На качество обработки влияют многие факторы, такие как характеристики кроны дерева, правильно выбранная доза препарата, тип форсунки, расстояние между распылительной форсункой и обрабатываемой поверхностью дерева, рабочая скорость, расход жидкости из сопла, размер капель, скорость и направление воздушного потока, а также производительность вентилятора.

Кроме того, существует множество характеристик кроны дерева, которые сильно влияют на общее осаждение пестицида на дереве: форма кроны, размер кроны дерева, плотность и объем, общая площадь листа и пористость стенки листа.

В типичных садовых опрыскивателях с дополнительным потоком воздуха наиболее часто используемые стандартные форсунки - это центробежные форсунки (конические форсунки), работающие при высоком давлении жидкости до 20 бар. Другим решением для снижения потерь жидкости являются сопла Вентури для уменьшения сноса воздуха, которые не требуют высокого давления жидкости.

Форсунки всегда должны быть направлены в сторону дерева, потому что, как показали исследования, независимо от типа распылителя и конструкции дерева, это всегда положительно влияет на количество осаждаемой жидкости.

Опрыскивание дронами, работающими с воздуха над фруктовыми деревьями, отличается от типичного опрыскивания «сбоку».

Это означает, что на распределение жидкости в кроне дерева может влиять даже больше факторов, чем при обычном опрыскивании. Например, на плотность осаждения капель может влиять форма верхней части кроны дерева. Было обнаружено, что кроны в виде перевернутого треугольника или Y-образной формой имеют значительно лучший охват распылением, чем конические кроны с треугольной формой, с направленной вверх, что типично для деревьев.

Поэтому рекомендуется правильная форма и обрезка кроны дерева для улучшения осаждения пестицидов, распыляемых с дрона. Для конкретной индивидуальной структуры кроны дерева и типа распылительного дрона следует выбирать оптимальную высоту распыления и скорость распыления.

Дроны, как и наземные опрыскиватели, требуют соответствующего оборудования, например, использования различных распылительных форсунок.

Сопла в мультироторных беспилотных летательных аппаратах устанавливаются либо на рукавах, где расположены винты с пропеллерами, либо на стреле, расположенной поперечно направлению полета. Они всегда находятся под роторами.

Потребность в экономии электроэнергии, которая используется как для привода роторов дрона, так и для перекачивания распыляемой жидкости, является стимулом для использования как можно более низкого давления жидкости в форсунках.

Поэтому очень важен выбор подходящей насадки.

В дронах, в отличие от садовых опрыскивателей, интенсивность воздушного потока, исходящего от ротора дрона и работающего в растениях, нельзя свободно регулировать, так как она зависит в основном от веса дрона и потолка его полета. Кроме того, воздух, выходящий из роторов дрона, окружает поток капель, создаваемый соплом, вызывая уменьшение угла распыления и, как следствие, это может вызвать сужение ширины распыления.

Форма струи капель, возникающая в результате воздействия воздуха, также зависит от конструкции и размера рамы дрона, особенно от количества и мощности роторов и их расположения относительно сопел.

Различная конструкция дронов для опрыскивания деревьев по сравнению с опрыскивателями для фруктовых садов, а также различные методы и условия выполнения опрыскивания деревьев требуют исследований в области применения этого оборудования для защиты деревьев.

Целью данного исследования была попытка оценить влияние на качество распределения брызг в кроне дерева таких факторов, как: тип сопла, установленного на мультироторном дроне, воздушный поток, исходящий от роторов дрона, и расстояние между деревьями в ряду. Было решено проверить влияние распыления на крону деревьев, распыляемого сверху, с использованием двухпоточного сопла по сравнению с однопоточным. Целью исследования также была попытка выяснить причины возможных вариаций в распределении спрея.

Исследования опрыскивания деревьев с помощью мультикоптера проводились в лабораторных условиях в закрытом зале с гравитационной вентиляцией. Это предотвратило влияние нежелательных погодных условий, таких как ветер, температура и влажность окружающей среды, на результаты.

Дрон был прикреплен к тележке, движущейся по рельсам, расположенным над опрыскиваемыми деревьями. Это обеспечило повторяемость положения дрона по отношению к распыляемым объектам как в боковом, так и в вертикальном (высота над объектами) направлениях. Таким образом удалось уменьшить количество повторов измерений.

В исследовании использовался дрон-гексакоптер массой 106,7 г с электроприводом и два типа воздушно-эжекторных форсунок производства Lechler взаимозаменяемо: IDK 120-02 - компактная воздушно-инжекторная плоская форсунка с одним отверстием, IDKT 120-02 - компактная воздушно-инжекторная двойная плоская форсунка, через которую проходят струи капли отклонены друг от друга на 60 °.

Испытания проводились на трех двухлетних вишнях сорта «Метеор» высотой 1,2 м, выращенных в горшках на подвое F12 / 1.

Результаты показали, что распределение жидкости в кронах деревьев зависит от веса дрона.

Воздушный поток от роторов дрона, создавая тягу дрона, увеличивал объем жидкости, оседающей на разбрызгиваемых деревьях.

В основном увеличился объем жидкости, отложившейся на среднем и нижнем уровнях кроны деревьев. Воздушный поток, создаваемый роторами беспилотного летательного аппарата, опрыскивающего деревья, заставлял струю капель сужаться и сгущаться. Это улучшило равномерность распределения жидкости на уровне кроны обработанных деревьев.

Из двух типов сопел - одинарного плоского сопла, IDK 120-02, и двойного плоского сопла, IDKT 120-02, используемых в эксперименте, воздушный поток беспилотного летательного аппарата вызывал осаждение большего объема жидкости в кроны деревьев за счет струи капель, создаваемой двухструйным соплом, по сравнению с одноструйным соплом.

Различное расстояние (0,5 м и 1,0 м) между молодыми вишневыми деревьями не оказало значительного влияния на объем брызг, производимых испытанным многороторным беспилотником, который распределялся внутри кроны деревьев.

Результаты исследования показывают, что на равномерность распределения брызг в кроне деревьев будет влиять вес дрона».