Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Уменьшение вредного воздействия на окружающую среду при внесении химических веществ с сельскохозяйственных вертолетов

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Уменьшение вредного воздействия на окружающую среду при внесении химических веществ с сельскохозяйственных вертолетов"

1 <г-'„-о

г ,-.<-.» На правах рукописи

ДУДНЖ ВИТАЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРИ ВНЕСЕНИИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ С СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ВЕРТОЛЕТОВ

1.00.11. - «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов (технические науки)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов - на - Дону 1998

Диссертационная работа выполнена в Ростовской-на-Дону государственной академии сельскохозяйственного машиностроения

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, член-кор. Междуна родной Академии Наук экологии ] безопасности жизнедеятелыюсл Медиокритский Е.Л.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Штокман Е.А.

кандидат технических наук, доцент Егоров Г.А.

Ведущая организация: ОАО «ОКБ Ростов-Миль» Защита состоится " " Декабря " 199<В года в ^

часов

на заседании диссертационного совета К.063.64.04 по защите диссер таций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Рос товском государственном строительном университете по адресу: 344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовское государственного строительного университета.

Автореферат разослан " " "НОЯБРЯ " 199<Вг.

Ученый секретарь диссертационное к.т.н., доцент

ета,

Пушенко С.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ:

Проблема производства сельскохозяйственной продукции, в связи перенаселенностью нашей планеты в последние годы, становится есьма актуальной.

Авиахимические работы являются составной частью процесса роизводства продуктов питания. Они применяются во многих случаях, аких как борьба с насекомыми, внесение удобрений и микроэлементов, орьба с болезнями растений, аэросев, дефолиация. Обработка посевов воздуха способствует существенному повышению урожайности сель-кохозяйственных культур и рентабельности производства продуктов игания. Однако, одновременно с этим, с особой остротой стоит про-лема защиты окружающей среды, которой наносится существенный рон при неправильном внесении удобрений и ядохимикатов, вследст-ие их высокой токсичности.

Наиболее ощутимым из отрицательных эффектов, присутствующих при авиахимической обработке, является снос химикатов, который аносит большой вред окружающей среде и угодьям, расположенным близи обрабатываемых участков. Исследования, проведенные при об-аботке полей в Краснодарском крае и Ростовской области, показали, то каждый сельскохозяйственный вертолет Ми-2 в результате сноса имикатов ежедневно подвергает несанкционированной обработке до 5 га угодий. Опасность сноса заключается в том, что химикат может опасть на посевы, для которых он не предназначен, и повредить их. 1апример, селективные гербициды могут уничтожать или наносить ред многим сельскохозяйственным и плодоовощным культурам, лес-ым массивам, причем в некоторых случаях опасность представляют аже незначительные дозы. Химикаты могут убивать пчел и рыбу, за-рязнять посевы, предназначенные в пищу человеку или на корм скоту. Степень опасности зависит от применяемого химиката. Некоторые из их едва ли представляют опасность, что же касается других, то опасны аже их пары. Кроме того, сносимый химикат не попадает на обрабаты-аемые посевы, снижая тем самым эффективность обработки. Боль-шнство авиахимических работ требует очен*. точного распределения имикатов. При применении ряда препаратов неточности быстро стано-ятся очевидными, так как вызывают неравномерный рост или окраску

посевов, проявляющуюся в виде полос или пятен на поле. Неравно мерный рост вызывает полегание более высоких посевов. В связи появлением препаратов, содержащих высокие концентрации, равно мерное внесение становится все более сложным, а неточности все бо лее очевидными.

Современные пестициды, несмотря на свою высокую токсич ность, имеют, как правило, небольшое время детоксикации, то есть I течение сравнительно небольшого промежутка времени препарать трансформируются и разлагаются на относительно безопасные соединения. В этих условиях особую роль играет повышение экологичносп: именно методов внесения химикатов.

В нашей стране, не смотря на общеэкономический кризис, авиахимические работы широко используются при обработке посевов, V. исследование методов, уменьшающих вредное воздействие на окружающую среду и повышающих точность внесения химических веществ с воздушного судна, в настоящее время является весьма необходимым.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ является изучение эффективности существующих и разработка новых методов уменьшения вредного воздействия авиахимических работ на окружающую среду.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА полученных результатов заключается в:

- создании методики компьютерного анализа осаждения распы ленных капель;

- разработке модели движения частиц в индуктивном следе сель скохозяйственного вертолета;

- установлении эффекта дисбаланса плотности и размеров полосы обработки между распыляющими устройствами, расположенными справа и слева от сельскохозяйственного вертолета.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ научных исследований подтверждается использованием классических положений динамики, экспериментами на сельскохозяйственных вертолетах и удовлетворительной сходимостью полученных при моделировании результатов с экспериментальными данными.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ состоит в возможности использования разработанной методики расчета траектории капель при проектировании распыляющей аппаратуры

t для совершенствования подготовки и переподготовки пилотов сель-кохозяйственных вертолетов. Кроме того, разработано устройство, ко-орое может быть включено в состав навесного сельскохозяйственного |борудования вертолета. Применение его показывает хорошие резуль-аты и приводит к существенному сокращению площадей, подвергшихся несанкционированной обработке, снижению психофизиологиче-кой нагрузки на пилота, уменьшению расхода химикатов и снижению ксплуатационных расходов для сельскохозяйственного вертолета.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы были внедрены: при обработке сельскохозяйственных угодий в Ростовской области [ Краснодарском крае авиапредприятием "АэроКубань", г.Ейск; •- в учебном процессе при подготовке и переподготовке пилотов ельскохозяйственных вертолетов в СК УТЦ ГА, г.Ростов-на-Дону.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ: Текущие выводы и результаты исследований были представлены на ледующих конференциях:

• "Промышленная экология - 97" - СЛетербург, 1997г;

• третья международная конференция " Экология и здоровье чело-ека". - Ростов-на-Дону, 1997г;

• двенадцатая научно-техническая конференция "Машиностроение: нтеграция отраслевой и вузовской науки". - Ростов-на-Дону, 1998г;

• межвузовской научно-технической конференции "Безопасность газнедеятельносга. Охрана труда и окружающей среды" 1997, 1998гг. ,Ростов-на-Дону.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введе-ия, пяти разделов и заключения, содержит 155 страниц, из них 128 границ основного текста, 30 рисунков, 3 приложения, 13 таблиц.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ следующие основные положения:

- методика компьютерного анализа осаждения распыленных капель;

- модель движения частиц в индуктивном следе сельскохозяйствен-ого вертолета;

- метод повышения точности внесения химических веществ с сель-гохозяйственных вертолетов путем использования системы двойных нтерцегпоров.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Для оценки эффективности методов уменьшения сноса хими катов при различных атмосферных условиях и наглядной демонстрации физической картины этого явления была создана динамически модель движения капель после выброса из распылителей сельскохозяйственного вертолета. Построение модели связано с поиском компромисса между чрезмерной усложненностью и недостоверностью модель должна адекватно описывать реальные физические явления и г то же время должна быть достаточно простой, чтобы ее можно былс применять для решения практических задач. Процесс распыления ка пель при авиахимических работах можно рассматривать как двухфаз ную среду с очень малой концентрацией. В этом случае можно пола гать, что присутствие частиц не влияет на параметры несущей средь (приближение единичной частицы). Тогда вначале решаются уравне ния движения газа, а затем по известным его параметрам определяют ся траектории частиц и изменение их состояния вдоль траекторий Траектория частицы после выброса может быть определена ингегри рованием проекций мгновенных скоростей под воздействием различ пых сил и потоков воздушных масс.

При неравномерном движении сферической частицы в вязко* несжимаемой жидкости на нее действуют: продольные силы сопро тивления (квазистационарная сила, зависящая от числа Рейнольдса инерционная сила, зависящая от мгновенного значения ускорения; си ла Бассе, зависящая от предыстории движения и определяемая функ ционалом сложного вида) и поперечные силы (сила Магнуса, вызван ная вращением частицы и сила Сафмена, возникающая при движенш вращающейся частицы в жидкости со сдвигом).Существуют и друг» составляющие силы сопротивления частицы, зависящие от формы 1 состояния поверхности частиц, степени турбулентности потока, раз реженности газа, градиента давления и других факторов (турбофореза термофореза, фотофореза). Сюда следует добавить силы, возникаю щие вследствие вращательного движения потока вокруг центров вих ревых шнуров. Таким образом общее уравнение движения единично] частицы имеет следующий вид:

m dV

—T- = У f. • (1)

dt ^ 1

где m - масса частицы; у - вектор скорости единичной час-г г

ицы; £ f. - суммарный вектор сил действующих на частицу.

Однако силы, действующие на частицу и имеющие порядок по тношению к силе лобового сопротивления равный отношению плот-юсти воздуха к плотности частицы в расчет не принимались.

В рассматриваемом случае величина коэффициента лобового со-гротивления частицы однозначно определялась четырьмя размерными еличинами: диаметром частицы, относительной скоростью, плотно-тью и вязкостью среды. Эти величины имеют три независимые раз-tepHocra. Из них можно составить только один безразмерный параметр число Re:

Для описания стандартной кривой сопротивления использовались тепенные зависимости:

CR=ARe-n; (2)

при этом значения коэффициентов А и п задавались в параметри-[еском виде в зависимости от числа Re.

Движение воздушных масс внешнего потока рассматривалось гроисходящим под действием природных атмосферных потоков и воз-[ушных масс, перемещаемых несущим винтом вертолета.

Градиент ветра в приземном слое задавался параметрически. Движение воздуха в следе, организуемом несущим винтом вертолета, в >бщем случае, можно представить в виде индуктивного потока несуще-о винта, проходящего через диск и движущегося вниз под углом к [родольной оси и двух вихревых шнуров, циркуляция которых обу-ловлена разностью давлений между верхней и нижней поверхностью [иска несущего винта.

Импульсная теория несущего винта, используемая на первом тапе расчета индуктивного следа, позволяет рассчитать среднюю ин-уктивную скорость несущего винта в зависимости от параметров дви-сения. При пропульсивном движении воздушного винта структура ин-уктивного следа претерпевает значительные изменения. Скорости нутри него значительно выравниваются. В таких условиях, в расчетах

с достаточной степенью точности можно использовать величин) средней скорости индуктивного потока. Исключение составляет райог вблизи плоскости симметрии вертолета. Существующая в этой чаете следа, дорожка Кармана, вызванная нестационарностью обтеканш фюзеляжа и баков химаппаратуры приводит к существенному иска' жению следа в центральной части. Однако, в этой зоне работает толь ко задняя распыляющая штанга, которая удалена от границ выброса у. центров вихревых шнуров и не может оказывать значительного влияния на величину сноса химических веществ. В исследовании рассмат ривалось распыление только кз боковых штанг. Для решения уравнения индуктивного потока использовался метод Ньютона. Начальная циркуляция вихревых шнуров ГО определялась по формулам полученным в ЦАГИ. Однако, в остающемся после вертолете вихревом следе интенсивность шнуров уменьшается. Через некоторое время шнуры распадаются и их циркуляция становится равной нулю Полностью оценить процесс распада вихря довольно сложно, поэтом) в рассматриваемом случае использовалась линейная зависимость:

г \

X

Г = Г0

1 -t

g у

(3)

где tg - время существования вихря.

Для определения величины времени жизни вихрей был выполнен эксперимент. В ходе него для вертолета Ми-2 на режимах сельскохозяйственных работ была определена средняя величина tg=22.6 (с).

По описанной методике на языке Borland С была создана программа расчета траектории частиц, распыленных вертолетом Ми-2 i процессе сельскохозяйственной обработки. Также было выполнено несколько модификаций этой программы, оптимизированных для определения отдельных параметров. Интегрирование уравнений движения с учетом поля скоростей внешнего потока производилось численным методом. Заданный временной интервал - 0.001с обеспечивал хорошую сходимость и достаточно высокую точность результатов.

В процессе расчета программа визуализировала траекторию г создавала файлы данных, в которые заносились координаты траектории частиц.

Для уменьшения затрат машинного времени точки выброса не распыляющей штанге были заданы неравномерно. В центральной

юне, там, где капли меньше оказывают влияние на снос, точки выброса были заданы реже. Ближе к внешней границе штанг точки задава-шсь гуще.

Торцевая форсунка, выбрасывающая крупные капли, не может жазывать существенного влияния на снос и поэтому не представляла ¡начительного интереса в данном исследовании. Однако, для демонст-эационных целей она была введена. Данные о диаметре и функции изменения поперечной скорости исходящих оттуда капель не были определены, поэтому были заданы приближенно. Примеры результатов рас-1етов по данной методике представлены на рис.1.

Расчеты, выполненные для определенных соотношений параметров, сравнивались с затемненными фотографиями реального распыле-•шя и показали весьма близкую картину движения капель. Более точно эсобенности распределения в дальнейшем были подтверждены экспериментом

Как следует из расчетов, траектории частиц небольшого диаметра имеют достаточно сложную форму. Часть капель оказывается поднятой на значительную высоту, существенно превышающую высоту выброса. Более сильное циркуляционное движение крайних капель приводит к расширению полосы обработки. Крупные капли меньше подвержены влиянию боковых вихрей, существующих в следе вертолета. Расчеты показали, что воздействие циркуляции вихревых шнуров может приводить к несколько парадоксальному результату, который невозможен при распылении с наземных установок. При некоторых соотношениях параметров полоса, обработанная штангой, расположенной со стороны обратной ветровому потоку, существенно расширяется, в то время как полоса от подветренной штанги может даже сужаться. Соответственно значительно меняется плотность распределения химиката. Использование устройства, регулирующего различную подачу жидкости в левую и правую штанги, в зависимости от текущих атмосферных условий, помогло бы решить эту проблему.

Практически при любых соотношениях параметров частицы в центральной зоне, находящейся непосредственно под воздействием индуктивного потока несущего винта, ведут себя сравнительно «спокойно» и имеют небольшую величину смещения относительно точки выброса.

Расчеты, выполненные для капель малого диаметра (с!г=200мкм и менее), показали, что они легко увлекаются вихревыми шнурами и

Рис. 1 Траектории осаждения капель диаметром 275мкм с высоты Зм при различных скоростях бокового ветра.

щительное время опускаются на землю. После выброса капли таких размеров чувствительно подвержены испарению, особенно в условиях 1родолжительного падения.

Анализируя полученные данные предельной величины смещения истиц, можно констатировать следующие особенности.

Наиболее сильно на величину сноса влияет диаметр капель. Введение в состав химиката незначительного количества вяжущего реаген-га, увеличивающего размер капель, например, с 300 до 500мкм, умень-пает снос на 48.7%. В тоже время, снижение высоты полета с 5 до Зм уменьшает величину сноса всего на 17.6%. Таким образом, бытующее :реди пшютов сельскохозяйственной авиации мнение о том, что неис-юльзование вяжущих добавок может компенсировать уменьшение вы-;оты обработки, нельзя считать истинным.

Как показали расчеты, увеличение вертикальной составляющей жорости выброса, направленной в сторону земли, не приводит к суще-лвенному результату . Капли, особенно мелкие, достаточно быстро гормозятся в атмосфере.

Для определения соответствия описанных ранее особенностей >еальному движению капель был выполнен эксперимент по изучению каждения капель жидкости, выброшенных с вертолета при различных пмосферных условиях. В ходе эксперимента производился выброс ка-гель красящего раствора из сельскохозяйственной аппаратуры вертоле-:а Ми-2 в полете с параметрами, соответствующими режимам авиаци-гано-химической обработки растений с высоты 4м. На поверхности ¡емли раскладывались три полосы белой бумаги шириной 0,297м и щиной 38м. Для эксперимента использовалась стандартная конфигу->ация комплекта распылительной аппаратуры, настроенная на крупно-сапельную обработку. При этом центральная штанга была заглушена. Такое распыление позволяло отследить не только внешние границы >бработанного участка, но и ширину участка, обработанного каждой юковой штангой.

Было выполнено два пролета над контрольными участками с растлением красителя:

1. с правым боковым ветром;

2. со встречным ветром.

Скорость ветра контролировалась анемометром У-4, установлен-1ым на шесте. Бумага раскладывалась поперек линии движения верто-гета. На контрольной отметке бокового ветра раскладывались две

полосы бумаги. Некоторый разнос полос по дистанции представлял определенный интерес для выявления возможной продольной неравномерности распределения капель.

Распыление начиналось на расстоянии ~30м до полос и заканчивалось на расстоянии ~30м после пролета над полосами. После просушивания на полосах бумаги остались следы красителя. Полученные таким образом контрольные отпечатки подвергались сканированию. Для этих целей специально был разработан метод компьютерной обработки данных осаждения красителя и создана программа.

После сканирования рисунка в черно-белом диапазоне производилось приведение по идентификационным зависимостям к массе красителя на одном листе. Для уменьшения времени обработки данных разрешение при сканировании было принято 75с1р1. Чтобы уменьшить неравномерность, вызванную влиянием мелких сдвигов атмосферы, суммировалась масса красителя на пяти листах (1метр по длине бумаги). Листы, на которых отсутствовали следы попадания красителя, сканированию не подвергались.

Скорость ветра по данным анемометра составляла 1.8м/с, чтс соответствовало скорости ветра 2.05м/с вне приземного слоя.

По результатам обработки данных всех контрольных отпечатка были отмечены некоторые общие тенденции. На всех графиках чета отслеживалось значительное количество красителя в центральной час ти, в начале полосы оседания. Этот максимум обусловлен высоко! степенью давления жидкости на входе в распылительную штангу. Ещ один максимум наблюдался ближе к оконечности распыленной поло сы. Этот пик вызван использованием на внешнем торце штанги распы лительной форсунки увеличенного диаметра. Более крупные капли и этой форсунки меньше подвержены влиянию вихрей, поэтому, не смотря на наличие боковой скорости, падают ближе к оси симметрии чем мелкие капли из соседних форсунок. На перекрытом участке н большинстве отрезков данные распределения по дистанции меняютс незначительно.

При обработке данных был определен общий интеграл обработ ки каждой полосы. В обоих пролетах правая пгганга выбросила мень ше красителя, чем левая. Как оказалось в дальнейшем, это было вы звано дефектом нагнетающего устройства распыляющей аппаратурь испытательного вертолета. Кроме того, в результатах заметно сущест венное уменьшение количества красителя, выброшенного в ходе

ггорого пролета. Это объясняется общими техническими недостатками ямаппаратуры. Давление в системе распыления зависит от уровня кидкости в баках и времени, прошедшего после включения насоса.

Наиболее существенный результат, который был получен в ходе эксперимента, подтверждал теоретические исследования, и заключался I том, что при наличии бокового ветра полоса, обработанная штангой, >асположенной с подветренной стороны, существенно сжимается, а юлоса от противоположной штанги расширяется. Соответственно, и шотность концентрации химических веществ с одной стороны возрастает, а с другой падает.

Условия, существовавшие во время опыта, были использованы для теоретического эксперимента с крупными каплями и введены в про-рамму решения дифференциальных уравнений движения капель. Тео->етическая модель достаточно хорошо объясняла данные, полученные I реальном эксперименте. Модель показала, что на асимметрию обра-¡отки в условиях даже небольшого бокового ветра существенное влия-ше оказывает взаимодействие капель с вихревыми шнурами. Некото-юе различие в величине внутренней границы полосы обработки, оче-1идно, объясняется торможением индуктивного потока у земли. Одна-:о, на величину сноса это явление практически не оказывает влияния, •ак как капли, резко опустившиеся почти до земли, уже не могут ока-ать существенного влияния на общую величину сноса химикатов.

Как следует из расчетов, уменьшение сноса химикатов увеличе-гаем размеров частиц весьма эффективно. Однако, более высоких ре-ультатов можно добиться, совмещая такие методы с методами, повы-пающими точность отслеживания траектории сельскохозяйственного [етательного аппарата в зависимости от атмосферных условий. Факти-[ески первое направление позволяет уменьшить ширину полосы несанкционированной обработки, а второе - уменьшить длину этой полосы.

Вертолет Ми-2, который широко используется на авиахимических работах, был спроектирован главным образом как учебно-ренировочный вертолет ВВС и ДОСААФ, и его характеристики на гежимах сельхозобработки не являются оптимальными. При низкоско-юстном опылении растений вертолет очень плохо разворачивается справо, а при некоторой величине бокового ветра поворот становится юобще невозможен. Из-за этого время реакции вертолета на нестабильные атмосферные условия и орографическую турбулентность при

необходимости перемещения вправо имеет значительную продолжительность, что отрицательно сказывается на точности внесения химиката, причем особенно на величине сноса при движении у края поля.

Для возможности компенсации этого недостатка было решено использовать систему двойных интерцепторов хвостовой балки. Результаты предварительных исследований показали, что максимальную эффективность интер-цепторы имеют именно на режимах сельскохозяйственной обработки. Фактически устройство могло стать конверсионной доработкой вертолета Ми-2. значительно улучшающей характеристики движения во время выполнения химических работ. Само устройство предельно просто и представляет собой два интерцепгора, расположенные на одном борту хвостовой балки вертолета, один в верхней части, другой в нижней.

Верхний ингерцешор отрывал индуктивный поток несущего винта, обтекающий хвостовую балку и создавал разность давлений с правой и левой стороны, что приводило к возникновению силы, стремящейся развернуть вертолет в сторону, противоположную реактивному моменту несущего винта. Нижний ингерцешор гарантировал обеспечение невозврата оторванного потока в случае значительного бокового ветра. Полученный таким образом момент, относительно осе несущего винта, позволял частично компенсировать несимметричность путевого управления на режимах сельскохозяйственной обработки.

Эффективность влияния навесных интерцепторов на уменьшение сноса химикатов была рассчитана решением дифференциальны? уравнений динамики движения совместно с программой расчета траектории капель.

Определение размеров участка снесенных химикатов возможно путем отслеживания траектории движения сельскохозяйственного вертолета при горизонтальных атмосферных возмущениях. В первую очередь, рассматривалась возможность опыляющего вертолета развернуться за минимальною время, чтобы выйти на новую траекторию которая позволила бы опрыскивать только те участки, которые необходимо обработать. Рассматривалась необходимость правого смещения после воздействия атмосферных изменений, так как именно I этом случае вертолет не имеет возможности быстро сместиться на необходимую траекторию. Левый поворот при этом может выполняться очень интенсивно. Он ограничен конструктивно величиной углово! скорости - 20%.

Расчет максимальной угловой скорости в каждый момент време-при правом повороте велся путем решения уравнений момента коли-;тва движения

М = <Ю/(к; (4)

где О - вектор момента количества движения. Максимальный управляющий момент, который может возникнуть и правом повороте ограничен многими факторами. В первую очередь, ) скорость движения, направление и скорость ветра, температура воз-ха, барометрическое давление и высота площадки над уровнем моря, точником этого момента является рулевой винт вертолета, который менением углов установки лопастей создает дополнительную силу на ече хвостовой балки. Увеличить величину путевого момента можно гановкой дополнительных устройств - двойных интерцепторов. Мак-мальный путевой момент рассчитывался по следующей зависимости: Му = Мрв-Мреак+М5; (5)

где Мр, - момент создаваемый рулевым винтом; Мреак - реактив-[й момент несущего вшгга; М5 - дополнительный путевой момент соз-ваемый интерцепторами.

Величина дополнительного момента, созданного навесными уст-йствами равна:

м5 = 7 со*2ЛЬ (6)

Х2

где X] и Х2 продольные координаты передней и задней границы ин-эцепторов, Сбок - коэффициент боковой силы, создаваемой интерцеп-рами, Ухб - скорость потока обтекающего хвостовую балку, 8хб - ха-

ктерная площадь, X - угол скоса потока.

Угол атаки а* в данном случае зависит от боковой составляющей эрости ветра. Для определения величины коэффициента боковой си-[ в зависимости от величины угла а* потребовалось проведение экс-риментов в аэродинамической трубе.

Опыты проводились с уменьшенной моделью дифференциро-нного элемента средней части хвостовой балки вертолета. Для вы-лнения продувок было изготовлено две модели в масштабе 1:3.1. Для ключения влияния концевого перетекания потока на результаты экс-риментов, по краям моделей устанавливались шайбы диаметром:

(1ш=0.8с1м. Уменьшение влияния поверхностного трения было достиг нуто покрытием моделей мелкодисперсным лаком. Первая модель бы ла геометрически подобна средней части хвостовой балки сельскохо зяйственного вертолета Ми-2 стандартной конфигурации и представ ляла собой цилиндр с установленным впереди гаргротом.

По поверхности цилиндра с шагом 10° были нанесены отмети с указанием величины азимута. Вторая модель была в целом аналогич на первой, однако, имела установленные по одному борту интерцептс

ры с угловым расположением ф1=54° и ф2=136.5° относительной вы сотой 0.07с1м и 0.05<1м.. Аэродинамические весы, соединенные с узлам подвески, позволяли измерять подъемную силу, силу лобового сопрс тивления и аэродинамический момент.

В ходе эксперимента первоначально определялась зона автомс дельности по постоянству коэффициента аэродинамического сопрс тивления С»р от числа В.е.

Для этого были выполнены продувки первой модели на разны

скоростях с выдерживанием постоянного угла атаки (Хм=0°.

После достижения Ке=1.3х105 (У=8м/с) величина Свр оставг лась практически постоянной. Основные эксперименты были выпо;

нены при 11е=1.97Х105 (У=12м/с).

Из полученных данных следовало, что на большинстве рабочи углов атаки установка двойных интерцепторов приводит к появленш существенной дополнительной величины боковой силы. При этом кс эффициент силы сопротивления также возрастает, однако это увелич< ние сравнительно небольшое. Для более детального анализа таког результата в ходе эксперимента на некоторых углах атаки измерялис давления в потоке, обтекающем дифференцированный элемент. Дг измерения использовалась трубка Пито, соединенная с микроманоме ром. Был обнаружен эффект, несколько прояснивший полученные р( зультаты. После введения элементов, инициирующих отрыв поток средняя линия тока сместилась вправо (в сторону интерцепторов, рг 2), что вызвало преждевременный отрыв потока с левой сторон

(примерно на 15°). Разрежение, вызванное обтеканием выпуклых П( верхностей, смещается вперед по потоку, превращаясь при этом в по, сасывающую силу.

*

Рис.2. Диа1рамма распределения давления по контуру хвостовой балки без интерцепторов (вверху) и с интерцепторами (внизу) при нулевом угле атаки.

Подобный эффект был обнаружен и на других углах атаки.

Таким образом, результат был несколько парадоксальным. По еле дополнения тела неудобообтекаемыми поверхностями на тело на чинала действовать весьма значительная по величине подсасывающая сила, частично компенсирующая силу лобового сопротивления.

Описанная выше методика была использована для создания пр< граммы на языке Borland С, позволяющей моделировать траекторию движения сельскохозяйственного вертолета при нестабильных атм< сферных условиях совместно с программой осаждения капель. Ог позволяла рассчитать площадь несанкционированной обработки пр движении у края поля с использованием интерцепторов и без них. В программе были приняты следующие допущения:

1. Изменение величины бокового ветра происходит мгновенно;

2. Граница обработки точно совпадает с краем поля;

Вычисление производилось с временным интервалом 0,05с. К рис.3 представлены расчеты траекторий и площадей несанкционир< ванной обработки для сельскохозяйственного вертолета, оборудова! ного интерцепгорами и не оборудованного, при скорости движет; 15м/с, высоте Зм, <1=300мкм и изменении скорости бокового ветра с до 5м/с. Посевы, сохраненные от несанкционированного опрыскив; ния, показаны одинарной штриховой линией.

При распылении капель диаметром ЗООмкм, без интерцепторо; рассчитанная площадь несанкционированной обработки при едини1 ном изменении ветра составляет 3542м2 (0.354га). Установка интерце1 торов снижает эту величину на 645м2 (0.065га) или 18.2%. При испол! зовании капель диаметром 500мкм площадь несанкционированной of работки снижается с 1790м2 (0.179га) на 350м2 (0.035га) или 20%.

Совместное введение вяжущих добавок, повышающих разме капель с 300 до 500мкм, и использование интерцепторов при рассмо' ренных условиях приводит к уменьшению площади несанкционир» ванной обработки на 2117м2 (0.212га) или на 59.7%.

Для подтверждения эффективности влияния двойных интер цепгоров на точность внесения химических веществ был создан экспе рименгальный комплект навесных устройств для сельскохозяйствен ного вертолета Ми-2 состоявший из двух интерцепторов, роль которы выполняли стандартные прессованные прямоугольные профили и алюминиево-литиевого сплава, прикрепленные к хвостовой балке вер толета при помощи хомутов через вязкоупругую прокладку.

Ветер

г~гт

Рис.3. Расчетная траектория движения сельскохозяйственного вертолета Ми-2 при Ня=3м, Уо=15м/с, ф=ЗООмкм вблизи края поля при резком изменении скорости бокового ветра с 2 до 5м/с.

Непосредственному изготовлению устройства предшествовг ло выполнение некоторых прикладных расчетов.

На первом этапе была создана объемная модель xboctoboî балки в CAD системе ANVIL-5000. Были получены развертки хому тов, перенесенные на металл фотоконгактным способом. Провероч ный расчет элементов навесного комплекта выполнялся по нормам прочности HJ11 В.

Кроме эффектов, связанных с повышением экологичное! авиахимических работ, в ходе исследований удалось значигельн улучшить условия работы пилота сельскохозяйственного вертолёта.

Использование интерцепторов, совместно с диссипативным элементами, позволило вывести амплитуду колебаний на управляющи педалях пшюта за порог чувствительности человека. Гашение прок водилось на этапе передачи колебаний от рулевого винта на педаш Интерцепторы, предназначенные для обеспечения отрыва потока во: духа, были использованы также в качестве виброзадерживающих рёбе жесткости. Прокладка из вязкоупругого материала, установленная м( жду интерцепторами и хвостовой балкой, выполняла роль упругодис сипативного элемента, который гасит поперечные колебания за счё внутреннего трения материала.

Кроме описанного эффекта, в комплекте было использовано ещ одно явление, улучшающее условия работы пилота сельскохозяйст венного вертолета при скоростных видах химической обработки. Ин терцепгоры увеличивали продольную устойчивость летательного ал парата. Для режима сельскохозяйственных работ этот эффект был па ложительным. Более спокойная реакция воздушного судна на местны небольшие изменения состояния атмосферы помогла уменьшить нерв ное напряжение пшюта при движении на малой высоте.

Расчеты, выполненные с учетом влияния пограничного слоя j интерференции показали, что на режимах скоростной авиахимическо] обработки эффективность стандартного стабилизатора возрасяа я 14%.

Экспериментальный навесной комплект был установлен на сель скохозяйственный вертолет Ми-2 и использовался при авиахимиче ской обработке полей в Ростовской области и Краснодарском крае Эксплуатирующим предприятием было отмечено существенное влия ние навесного комплекта на точность выброса химикатов и более ра циональную траекторию движения.

Согласно результирующему комментарию эксплуатирующей ор-анизации использовавшей интерцепторы, были выявлены следующие ффекты:

1. На большинстве режимов авиахимических работ вертолет стал начительно легче разворачиваться вправо и точнее отрабатывать необ-одимую траекторию движения. Существенно повысилась точность несения химикатов, особенно заметно при распылении у края поля.

2. Сократилась потребная мощность винтов, особенно при боко-ых и попутных ветрах (до 5% от максимальной мощности), уменыпил-я расход топлива.

3. При скоростных видах сельскохозяйственной обработки верто-ет перестал резко реагировать на местные перепады давления и оро-рафическую турбулентность, что привело к уменьшению психологиче-кой нагрузки на летчика.

4. Прекратилась вибрация педалей пилота и тряска всего вертолета ри разворотах в конце поля.

В ходе дальнейших исследований, для использования интерцеп-эров в качестве стандартного дополнения навесного сельскохозяйст-гнного оборудования, была разработана несколько иная, более удобная надежная, схема крепления к продольным элементам хвостовой бали. Такая конструкция крепления также позволяет располагать интер-епторы независимо от положения продольных силовых элементов хво-говой балки и может бьггь съемной.

Экономический анализ, проведенный в работе, позволил конста-гровать, что величина ресурсов, сэкономленных эксплуатирующей ор-шизацией при использовании мероприятий по охране окружающей >еды, может состоять из уменьшения выплат за вредное воздействие 1 окружающую флору и сокращения эксплуатационных расходов.

При использовании двойных интерцегтгоров, уменьшающих пло-адь несанкционированной обработки, удалось сократить и эксплуата-гонные затраты, а точнее, - расходы на топливо. Годовой экономиче-яш эффект, обусловленный только сокращением расходов на горючее,

»ставляет ~4776 рублей (в ценах лета 1998 года).

Использование методов, уменьшающих вредное воздействие на :ружающую среду, имеет также народнохозяйственный эффект, (торый заключается в предотвращении экономического ущерба от

загрязнения окружающей среды и в приросте экономической оценк* природных ресурсов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Следует отметить следующие результаты, полученные в процес се выполнения исследовательской работы.

Созданная модель движения капель жидкости после выброса и сельскохозяйственного вертолета позволила получить наглядное пре; ставление о некоторых особенностях траектории частиц в индуктш ном следе вертолета. В целом, можно констатировать, что сходящие диска несущего винта вихревые жгуты оказывают существенное влш ние на движение частиц всех диаметров. В ходе исследований бы проведен эксперимент по определению времени существования ви> рей. Оно составило 22,6с.

Выполненные расчеты показали, что при некоторых соотноше ниях параметров полоса, обработанная штангой, расположенной с( стороны, обратной ветровому потоку, существенно расширяется, в Т( время, как полоса от подветренной пгганги может сужаться.

Основные особенности, полученные расчетным путем, был подтверждены экспериментально. Для этого было произведено распь ление красящего вещества над полосами белой бумаги при встречно и боковом ветре. Впервые, для обработки полученных отпечатков, бы использован метод компьютерного сканирования. Полученные резул] таты подтвердили необходимость введения в комплект навесного XI мического оборудования устройства, управляющего раздельной под; чей жидкости в правую и левую распылительные штанги.

Для уменьшения длины участка, подвергающегося несанкцш нированной обработке, в данной работе было предложено использ* вать методы повышения точности движения сельскохозяйственно! воздушного судна, адекватно текущим атмосферным условиям, в час ности, обосновано использование двойных интерцепторов хвостовс балки.

В ходе исследований выполнены эксперименты в аэродинамич> ской трубе по определению аэродинамических характеристик ста] дартной хвостовой балки и балки, оборудованной иртепцепторам Полученные характеристики были использованы для решения уравн ний движения летательного аппарата и моделирования смещения х) микатов при возможном изменении скорости ветра.

Созданы интерцегггоры, которые благотворно повлияли не только а окружающую среду, но и на психофизиологическое состояние пило-1 сельскохозяйственного вертолета. В частности, была снята вибрация ог летчика и уменьшена психологическая нагрузка на него при скоро-гаых видах химической обработки.

Использование системы двойных интерцепторов на одном сель-кохозяйственном вертолете привело к сокращению годовых расходов

а топливо на ~4776 рублей (в ценах лета 1998 года). ПУБЛИКАЦИИ

1. Дудник В.В., Медиокритский Е.Л. Уменьшение вредного воздей-гвия авиахимических работ на окружающую среду //Безопасность изнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды. Межвуз. сб. ауч. тр. Ростов н/Д: РГАСХМ, 1997.-с.28-29.

2. Дудник В.В., Медиокритский Е.Л., Уменьшение побочных эффек-эв при авиахимической обработке // Материалы третьей международ-ой конференции "Экология и здоровье человека". - Ростов-на-Дону: ГЭА, 1997 г. -с.49-50.

3. Дудник В.В., Медиокритский Е.Л. Уменьшение побочных эффек-эв при авиахимической обработке //Материалы конференции Промышленная экология-97", СПб, 1997. -с. 195-197.

4. Дудник В.В., Медиокритский Е.Л., Добрица Ю.А. Улучшение ус-эвий работы пилота сельскохозяйственного вертолета //Безопасность изнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды. Межвуз. З.науч. тр. Ростов н/Д: РГАСХМ, 1998. -с. 101-102.

5. Дудник В.В., Добрица Ю.А., Медиокритский Е.Л. Исследование сологичности авиахимических работ // Материалы ХП конференции Машиностроение: интеграция отраслевой и вузовской науки" -Ростов 'Д: РГАСХМ, 1998. -с.166-167.

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата технических наук, Дудник, Виталий Владимирович, Ростов-на-Дону

РОСТОВСКАЯ-НА-ДОНУ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

ДУДНИК ВИТАЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРИ ВНЕСЕНИИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ С СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ВЕРТОЛЕТОВ

11.00.11. - «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов (технические науки)»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов - на - Дону 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. АВИАХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАСТЕНИЙ 11

1.1 Применение вертолетов в сельском хозяйстве

1.2. Потенциальная опасность авиахимических работ

1.2.1. Основные категории пестицидов

1.2.2. Классификация химикатов по способам применения

1.2.3. Токсичность пестицидов

1.3. Внесение химических веществ

1.3.1. Общие особенности распыления препаратов

1.3.2. Снос химикатов

1.3.3. Методы уменьшения сноса

1.4. Исследование процесса выброса химических веществ

1.5. Выводы

2. ДВИЖЕНИЕ КАПЕЛЬ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ ПОСЛЕ ВЫБРОСА ИЗ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ВЕРТОЛЕТА 32

2.1. Модель движения капель 32

2.2. Расчет скоростей внешнего потока 39

2.3. Результаты теоретического эксперимента 50

2.3.1. Траектории движения капель 50

2.3.2. Зависимость величины сноса частиц от параметров движения сельскохозяйственного вертолета 56

2.4. Выводы 61

11 12 12 15 18 21 21 21 23 27 30

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИАГРАММЫ ВЫБРОСА ЖИДКИХ ХИМИКАТОВ С СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ВЕРТОЛЕТА МИ-2

з

3.1. Методика проведения эксперимента 62

3.2 Методика обработки данных 65

3.3. Анализ результатов эксперимента 67

3.4. Выводы 69

4.ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ВНЕСЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ

ВЕЩЕСТВ 72

4.1. Возможности адекватного движения сельскохозяйственного вертолета 72

4.2. Методика расчета траектории адекватного движения вертолета 75

4.3. Определение величины коэффициента боковой силы 84

4.3.1. Методика экспериментального определения коэффициента боковой силы 84

4.3.2. Проведение эксперимента и анализ результатов 86

4.4. Анализ расчетов 92

4.5. Использование двойных интерцепторов на сельскохозяйственном вертолете Ми-2 95

4.5.1. Конструкция интерцепторов 95

4.5.2. Улучшение условий работы пилота сельскохозяйственного вертолета 98

4.5.3. Анализ результатов экспериментов на сельскохозяйственном вертолете 101

4.6. Выводы 103

5. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ МЕТОДОВ, УМЕНЬШАЮЩИХ

ВРЕДНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 106

5.1 Сокращение расходов предприятий, эксплуатирующих сельскохозяйственные летательные аппараты, при использовании методов, уменьшающих вредное воздействие на окружающую среду 106

5.2 Сокращение выплат за ущерб, нанесенный окружающей среде 107

5.3 Уменьшение эксплуатационных расходов 109

5.4. Определение народнохозяйственного эффекта от внедрения природоохранных мероприятий 110

5.5. Выводы 113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115

ЛИТЕРАТУРА 119

ВВЕДЕНИЕ

Проблема производства сельскохозяйственной продукции, в связи с перенаселенностью нашей планеты в последние годы, становится весьма актуальной. Согласно исследованиям экономического и социального совета ООН, в ближайшие годы прирост валовой сельскохозяйственной продукции должен происходить на 28% за счет расширения посевных площадей и на 72% за счет совершенствования агротехнических приемов, чему в немалой степени будет способствовать использование сельскохозяйственной авиации.

Авиахимические работы являются составной частью процесса производства продуктов питания. Они применяются во многих случаях, таких как борьба с насекомыми, внесение удобрений и микроэлементов, борьба с болезнями растений, аэросев, дефолиация.

В целом, обработка посевов с воздуха способствует существенному повышению урожайности сельскохозяйственных культур и рентабельности производства продуктов питания. Так, при средних затратах 1-5% от стоимости продукции авиаобработка увеличивает урожайность в полеводстве на 30-40%, в плодоводстве на 40-60%.

Однако, одновременно с этим, с особой остротой встает проблема защиты окружающей среды, которой наносится существенный урон при неправильном внесении удобрений и ядохимикатов, вследствие их высокой токсичности. Беспокойство вызывает разрыв между интенсивным ростом эффективности химикатов, с возрастанием степени их потенциальной опасности, и сравнительно медленно развивающейся технологией их внесения. Это особенно заметно в нашей стране, где в последнее время наблюдается бурный рост количества применяемых высококонцентрированных химикатов, обладающих значительной производительностью. Такой процесс вызван огромным увеличением импорта препаратов и технологий их производства.

Современные пестициды, не смотря на свою высокую токсичность, имеют, как правило, небольшое время детоксикации, то есть в течение сравнительно небольшого промежутка времени препараты трансформируются и разлагаются на относительно безопасные соединения. В этих условиях особенно необ-. ходимо Повышение экологичности методов внесения химикатов.

Как правило, применение пестицидов регулируется государственными актами или международными соглашениями. Необходимость применения или запрещения химических веществ является весьма сложной задачей, которая не имеет однозначного решения. Например, известен следующий факт. В островном государстве Шри Ланка малярия являлась серьезной проблемой для страны. Так, среднее количество больных этой болезнью в конце 40-х годов составляло 2.8 млн. человек. После массовых обработок лесов в этой стране препаратом ДДТ количество больных к 1960 году снизилось до 0.1 млн. человек. Повсеместное запрещение использования ДДТ, вследствие огромного времени его детоксикации и отрицательного воздействия на фауну привело к тому, что количество больных малярией в конце 60-х годов составляло 2.5 млн. человек.

Чаще всего, первыми вредное воздействие опасных химических веществ ощущают организации, выполняющие авиаобработку растений. Эти организации выплачивают штрафы за ущерб, причиненный соседним посевам, а иногда их персонал сам становится жертвой серьезных отравлений. Однако слабая изученность отдельных аспектов проблем защиты окружающей среды не позволяет эксплуатантам рационально использовать методы, повышающие эколо-гичность авиахимических работ. Очевидно, что в настоящее время наиболее перспективными являются направления, повышающие точность внесения и равномерность распределения распыляемых веществ.

Данные проблемы имеют глубокие временные корни, но до сих пор являются актуальными. Впервые ее решением начали заниматься еще в 20-е годы, когда стало ясно, что стоимость обработки посевов с воздуха может быть зна-

чительно ниже стоимости обработки с наземных установок и сельскохозяйственная авиация начала широко использоваться в мире. Обнаружилось, что при воздействии определенных атмосферных условий химикаты могут иметь большую величину смещения от места выброса, что уменьшало эффективность обработки и зачастую наносило значительный ущерб соседним полям и лесным угодьям. Особенно этот эффект стал заметен при появлении на авиахимических работах вертолетов.

Вертолеты во время полета образуют в атмосфере весьма мощные вихревые шнуры по краям несущей плоскости, которые приводят к увеличению времени падения части капель и величины их поперечного смещения. Несмотря на указанный недостаток, в нашей стране вертолеты продолжают широко использоваться при обработке посевов. Причиной этого являются некоторые исторические условия. Согласно международным договоренностям, сельскохозяйственные летательные аппараты выпускались в странах Совета Экономической Взаимопомощи (СЭВ). В Советском Союзе использовались воздушные суда, произведенные в Польше и Румынии. Однако, отношение к народнохозяйственным нуждам как к второстепенным привело к тому, что к началу 90-х годов Россия имела изношенный парк летательных аппаратов, использующихся в сельском хозяйстве. Учитывая, что после введения валютных взаиморасчетов между государствами поставки новой техники были прекращены, единственным источником пополнения парка машин стали Военно-Воздушные силы и ДОСААФ, которые имели значительное количество вертолетов Ми-2 польского производства. В последнее время все чаще эти машины, посредством аукционов, реализуются частным фирмам. Наблюдается некоторая тенденция: если раньше большая часть авиахимических работ производилась с использованием самолетов Ан-2, то сейчас их доля стремительно уменьшается. Учитывая, что назначенная долговечность вертолета Ми-2 составляет 25 лет ,с возможностью продления до 30 лет (списание по назначенному ресурсу в последние годы про-

исходит крайне редко), можно предположить, что в ближайшие 10 - 15 лет именно вертолеты Ми-2 станут основными летательными аппаратами, использующимися в сельском хозяйстве. В соответствии с описанной тенденцией, очевидно, что исследование экологичности методов распыления химических веществ с вертолета (и в частности с вертолета Ми-2), в настоящее время является весьма необходимым и актуальным.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ обусловлена существованием побочных эффектов при авиахимической обработке растений. Наиболее опасным из таких эффектов является снос химикатов, который наносит большой вред окружающей среде и угодьям, расположенным вблизи обрабатываемых участков.

ЦЕЛЬЮ ИССЛЕДОВАНИЯ явилось изучение эффективности возможных методов уменьшения вредного воздействия авиахимических работ на окружающую среду. В цели также входило изучение возможностей ресурсосбережения. Для достижения этой цели, были поставлены и решены следующие задачи:

• изучение реальной и потенциальной опасности проведения авиаопрыскивания, а также особенностей различных видов используемых препаратов,

• исследование процесса движения химических веществ после выброса их с сельскохозяйственного вертолета,

• изучение влияния различных факторов на возможность уменьшения поперечного сноса химикатов и рационального внесения химикатов,

• изучение возможностей повышения точности выброса препаратов путем движения летательного аппарата, адекватного текущим атмосферным условиям,

• оценка возможности ресурсосбережения.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА полученных результатов заключается в:

создании методики компьютерного анализа осаждения распыленных капель;

разработке модели движения частиц в индуктивном следе сельскохозяйственного вертолета;

установлении эффекта дисбаланса плотности и размеров полосы обработки между распыляющими устройствами, расположенными справа и слева от сельскохозяйственного вертолета.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ научных исследований подтверждается использованием классических положений динамики, экспериментами на сельскохозяйственных вертолетах и удовлетворительной сходимостью полученных при моделировании результатов с экспериментальными данными.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД диссертанта в науку состоит в разработке способов оценки эффективности существующих методов уменьшения вредного воздействия авиахимических работ на окружающую среду, создании принципиально новых методов и выполнении ряда неординарных экспериментов. В том числе:

• создание методики расчета траектории движения капель в индуктивном следе вертолета;

• создание методики компьютерного анализа осаждения распыленных капель;

• предложение и теоретическое обоснование использования системы двойных интерцепторов для уменьшения площади несанкционированной обработки.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ состоит в возможности использования разработанной методики расчета траектории капель для совершенствования подготовки и переподготовки пилотов сельскохозяйственных вертолетов. Кроме того, разработано устройство, которое может быть включено в состав навесного сельскохозяйственного оборудования вертолета. Применение его показало хорошие результаты и привело к существенному сокращению площадей, подвергшихся несанкционированной обработке, снижению психофизиологической нагрузки на пилота, уменьшению расхода химикатов и снижению эксплуатационных расходов для сельскохозяйственного вертолета.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы были внедрены:

• в учебный процесс при подготовке и переподготовке пилотов сельскохозяйственных вертолетов в Северо-Кавказском учебно-тренировочном центре гражданской авиации, г.Ростов-на-Дону;

• при обработке сельскохозяйственных угодий в Ростовской области и Краснодарском крае авиапредприятием «Кубаньавиа», г.Ейск.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Текущие выводы и результаты исследований были представлены на следующих конференциях:

• научно - практическая конференция «Промышленная экология - 97», С.Петербург, 1997г;

• третья международная конференция «Экология и здоровье человека», Ростов-на-Дону, 1997г;

• межвузовская научно-техническая конференция «Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды», г.Ростов-на-Дону, 1997г;

• двенадцатая научно-техническая конференция «Машиностроение: интеграция отраслевой и вузовской науки», Ростов-на-Дону, 1998г;

• межвузовская научно-техническая конференция «Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды», г.Ростов-на-Дону, 1998г.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ следующие основные положения:

- методика компьютерного анализа осаждения распыленных капель;

- модель движения частиц в индуктивном следе сельскохозяйственного вертолета;

- метод повышения точности внесения химических веществ с сельскохозяйственных вертолетов путем использования системы двойных интерцепторов.

1. АВИАХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАСТЕНИЙ 1.1 Применение вертолетов в сельском хозяйстве

При всех трудностях нынешнего состояния сельского хозяйства авиахимическая обработка посевов является рентабельной сферой бизнеса. Использование вертолетов, по сравнению с самолетами, имеет гораздо более высокую себестоимость, однако она несколько ниже, чем у наземных установок.

Преимущества и недостатки вертолета могут изменяться в зависимости от метода и вида авиахимических работ [3,4,13,22,29,69,92,95].

Вертолетом при его полете создается поток большой массы перемещаемого воздуха, который направлен сверху вниз через несущий винт к хвостовой части вертолета. Этот поток обеспечивает "проталкивание" капель к самому основанию стебля растения, что позволяет относительно равномерно покрывать химикатами все растение. Такое явление особенно благоприятно сказывается на овощах, которые имеют сравнительно большой лиственный покров. Размеры посадочных площадок в некоторых районах, где крайне необходимо экономить каждый гектар пахотной земли, ограничены. Благодаря способности вертолета выполнять вертикальный взлет и посадку, он может работать с полей, которые должны обрабатываться, что позволяет существенно уменьшить время,необходимое для передвижения от пункта заправки химикатами. Вследствие этого, есть возможность иметь высокую суточную производительность, что бывает крайне важно, например, при одновременном появлении большого количества насекомых на значительной площади. Кроме того, сельскохозяйственный производитель может одновременно контролировать весь ход работ: загрузку, смешивание и распыление химикатов. У вертолетов отсутствует скорость потери устойчивости (в том смысле, как это характерно для самолетов), поэтому они могут выполнять обработку посевов на самых малых скоростях, что бывает крайне важно для некоторых видов работ.

Кроме вышесказанного, вертолеты могут использоваться в сельском хозяйстве для выполнения некоторых специальных операций. Например, известен опыт использования этих летательных аппаратов для защиты фруктовых деревьев от заморозков [40]. Вертолет при этом меняет сложившуюся при заморозках инверсию распределения температур над фруктовым садом, направляя теплый воздух, расположенный выше инверсионного слоя, в более низкие слои, и тем самым предупреждает повреждение деревьев от низкой температуры. При разности температур в инверсии около 8°, летательный аппарат, двигаясь на высоте 25-30 метров со скоростью 40 км/ч, увеличивает температуру на высоте 1.5м на 4°.

Таким образом, использование сельскохозяйственных вертолетов на сегодняшний день весьма необходимо для производства продуктов питания.

1.2. Потенциальная опасность авиахимических работ 1.2.1. Основные категории пестицидов

Несмотря на достоинства авиахимических работ не следует забывать, что большинство веществ,вносимых с воздуха,являются токсичными для человека и опасными для окружающей среды.

Пестициды, применяемые с воздуха, делятся на четыре основные категории [28,38,61,62,65]: инсектициды, фунгициды, гербициды и дефолианты или дисиканты.

ИНСЕКТРЩИДЫ. Химические соединения, применяемые для борьбы с насекомыми, подразделяются,в зависимости от способа во�