ПУТЬ К УСПЕХУАвиационно-химическая обработка сельскохозяйственных площадей производится на малых высотах в режиме установившегося горизонтального полета. За летательным аппаратом в воздушной среде остается пелена распыленного вещества, которая осаждается под действием гравитационных и аэродинамических сил. В системе координат, связанной с землей, рассматриваемый процесс является неустановившимся. Осаждающееся вещество взаимодействует с воздушной средой, которая находится в движении в результате атмосферных и аэродинамических возмущений, обусловленных летательным аппаратом. Поэтому осаждение и распределение вещества по обрабатываемой поверхности зависит не только от характеристик вещества (удельной массы, вязкости, испаряемости, размера и формы капель), начального распределения капель относительно воздушного судна и начальных значений векторов скорости их движения относительно воздушной среды, но и от поля скоростей движения воздушной среды, которое складывается из поля скоростей приземного слоя атмосферы (ветер, восходящие и нисходящие потоки, температура и влажность воздуха и т.д.) и поля скоростей, возникающего вследствие аэродинамических возмущений, вызываемых летательным аппаратом. Атмосферные возмущения оказывают существенное влияние на процесс осаждения распыливаемых веществ. Влияние их на осаждение частиц распыленного вещества тем больше, чем меньше осаждающиеся частицы и меньше удельный вес вещества. Однако атмосферные возмущения в границах изучаемого явления в значительной мере являются случайным фактором, который может лишь учитываться при разработке технологий выполнения авиахимработ. Аэродинамические возмущения, вызываемые летательным аппаратом, являются регулярными, определяются его геометрическими и массовыми характеристиками, а также режимами полета. Эти возмущения различны для каждого типа летательного аппарата и его компоновочной схемы и могут учитываться в каждом конкретном случае (конкретная геометрия воздушного судна, его полетная масса, скорость и высота полета согласно технологическим требованиям) при решении задач повышения качества выполнения авиационно-химических работ. Производительность авиационной обработки зависит от многих факторов, важнейшим из которых является ширина рабочего захвата, а качество - от равномерности распределения вещества по обрабатываемой поверхности, величины сноса и полноты оседания капель в заданных границах обрабатываемой площади. Количественные показатели, характеризующие качество обработки (доза вещества, вносимого на обрабатываемое поле, допустимый коэффициент вариации этой дозы, размер капель, допустимый процент вещества, сносимого за пределы обрабатываемого поля и др.), устанавливаются агротехническими требованиями. Чаще всего необходимо обеспечить равномерное покрытие обрабатываемой поверхности. Поэтому совершенство распылительной аппаратуры оценивается ее способностью обеспечить стабильный расход вещества и равномерное покрытие обрабатываемой поверхности при необходимой ширине рабочего захвата, которые зависят в основном от характера процесса осаждения. Изучение процессов осаждения при авиационном опрыскивании не является задачей, которая ставится впервые. Ранее эти задачи решались применительно к самолетам Ан-2, вертолетам Ми-8, Ми-2 и Ка-26 во ВНИИСХСПГА совместно с группой ученых РКИИГА под руководством доцента, кандидата технических наук Ю.Г.Логачева при непосредственном участии ведущих специалистов по разработке авиационной сельскохозяйственной техники: В.Е.Задорожного, В.В.Рычика, Е.И.Ноздрачева, Е.Н.Евсикова и др. Эти исследования позволили предложить и внедрить в производство ряд рекомендаций по усовершенствованию компоновочной схемы летательных аппаратов и определить оптимальное место установки на них распылительной аппаратуры, что дало возможность повысить эффективность применения летательных аппаратов и улучшить качество авиахимработ. Например, на вертолете Ка-26 качество авиахимработ было повышено в два с половиной раза, а самое высокое качество распределения распыливаемого вещества было достигнуто на вертолете Ми-8. Однако результаты этих исследований не могут быть автоматически перенесены на сверхлегкие летательные аппараты, в том числе на дельталеты, существенно отличающиеся от своих предшественников общей компоновкой, оригинальностью крыла и других элементов конструкции. Поэтому вопросы совершенствования дельталетов, разработки новой высокопроизводительной сельскохозяйственной авиационной аппаратуры к ним, обеспечивающей выполнение требований к технологиям авиахимработ, являются весьма актуальными. Указанные задачи невозможно решить без достаточного изучения влияния дельталета на процессы распыла, осаждения и распределения веществ по обрабатываемой поверхности. Большую работу по созданию специализированного дельталета и опрыскивающей аппаратуры, по отработке авиатехнологий распределения веществ и влияния на них различных факторов проводит ВНИИ ПАНХ ГА (г.Краснодар) совместно с Исполнительной дирекцией комплексной целевой программы "Ассоциация" Минобразования России (г. Тольятти) в содружестве с организациями различных отраслей и ведомств. За последние годы проведены летные и агротехнические испытания мотодельтаплана Fо-2 "Агро" (Главный конструктор - Федченко В.Г., г. Санкт-Петербург) в различных модификациях с целью оценки наиболее важных летно-технических и агротехнических характеристик дельталета с опрыскивателем Ах-2, оценки процессов осаждения распыливаемого вещества и определения влияния аэродинамического следа за ним в условиях близости экрана на процесс осаждения рабочих веществ. ВНИИ ПАНХ ГА совместно с ЗАО "Аэросервис-СЛА" (г.Санкт-Петербург) под руководством и при непосредственном участии в ряде летных испытаний Главного конструктора, пилота-эксперта Летно-технического центра СЛА АОН В.Г.Федченко были проведены летные исследования по разработке способов визуализации вихревого следа за дельталетом в условиях, характерных для авиахимработ, с целью определения основных параметров вихревого следа с последующей разработкой рекомендаций по оптимальному размещению распылителей жидкости на дельталете, что позволяет повысить эффективность применения дельталетов на авиахимработах и улучшить их качество. В процессе летных исследований проведена оценка следующих способов визуализации вихревого следа за дельталетом:
Результаты исследований показали возможность наиболее эффективного применения способа распыла жидкости из групповых распылителей, расположенных на задней кромке крыла и способа дымовой пелены для визуализации вихревого следа за дельталетом. Полученные видеограммы вихревого следа за дельталетом будут использованы при построении эмпирической модели процесса осаждения капель различного диаметра за дельталетом и расчета их траекторий полета с учетом основных влияющих факторов (места установки распылителей, режимов полета дельталета, метеоусловий, испаряемости капель и других факторов). В процессе авиационного опрыскивания с летящего дельталета под влиянием вихревого следа образуется облако распыленной жидкости. Геометрия и динамика его развития зависят в основном от начального распределения капель относительно дельталета, размера капель и их начальной скорости относительно воздушной среды, а также от движения самой воздушной среды, которое в значительной мере определяется полем индуктивных скоростей, возникающих за дельталетом. Заданное качество распределения распыливаемых веществ по обрабатываемой поверхности может быть достигнуто при оптимальном сочетании факторов, влияющих на опрыскивание и осаждение облака распыла. Импульсный метод распыла жидкости, как и способ пролета дельталета через дымовую пелену, позволяет по видеограммам произвести замеры параметров облака распыла, необходимые для математического моделирования, через строго фиксированные интервалы времени: ширину облака, координаты его верхней границы по оси У, координаты центра облака по оси Z, координаты осей вихревых жгутов, образуемых за пролетевшим дельталетом и другие параметры облака распыла. Геометрия осей вихревых жгутов за дельталетом при определенных условиях и режиме полета в качестве примера приведена на рис.4. Анализ результатов летного эксперимента с использованием способов визуализации позволил не только получить необходимые параметры вихревого следа при различных режимах полета дельталета, но и выявить некоторые закономерности осаждения облака распыленной жидкости. Попадая в окружающую среду, капли жидкости под влиянием гравитационных и аэродинамических сил в поле индуктивных скоростей перемещаются по сложным траекториям, осаждаясь через определенное время на обрабатываемой поверхности. Расширение боковых границ облака и скорость поперечного смещения капель зависит от высоты и скорости полета дельталета. С уменьшением высоты и скорости полета скорость изменения ширины облака (расширение боковых границ) увеличивается. Из всех сравниваемых вариантов исследований наибольшая ширина облака была зафиксирована в случае, когда дельталет был оборудован крылом меньшей площади и удлиненной штангой опрыскивания. Это объясняется тем, что такое крыло при одинаковой полетной массе и скорости полета дельталета индуцирует вихри большей интенсивности, что создает условия, приводящие к большему вовлечению распыливаемой жидкости в движение вокруг осей вихревых жгутов и более длительному удерживанию капель на траекториях вращения. Перемещение осей вихрей под влиянием экрана земли в стороны от линии пролета приводит к увеличению ширины облака, а, следовательно, и к увеличению и общей и рабочей ширины захвата. Концентрация капель на траекториях вокруг вихрей приводит одновременно и к ухудшению распределения жидкости в поперечном сечении полосы обработки, т.е. к увеличению коэффициента вариации. Изменение границ облака по высоте представляет практический интерес в связи с созданием начальных предпосылок для большего или меньшего сноса распыленного вещества за пределы обрабатываемого участка. Таким образом, проводимые исследования позволяют оценить степень влияния аэродинамических возмущений на осаждение распыливаемого вещества при различных начальных условиях его распыла, определить параметры вихревого следа за дельталетом и решить ряд практических задач по размещению распылителей на дельталете с учетом его геометрических характеристик и других влияющих факторов на процессы осаждения. На основании анализа материалов исследований разработаны предварительные рекомендации по усовершенствованию дельталета и размещению на нем распылительной аппаратуры, некоторые из них уже использованы при доработке дельталетов (в гг. Тольятти и Санкт-Петербург в рамках выполнения комплексной целевой программы "Ассоциация"). Проведение дальнейших летных исследований, применение математического моделирования процесса осаждения веществ с учетом влияния вихревого следа и других влияющих факторов позволит отследить траектории осаждения капель различного диаметра с учетом влияния основных факторов и определить координаты их падения на обрабатываемую поверхность и другие характеристики процесса осаждения, что даст возможность разработать рекомендации по оптимальному размещению распыливающих устройств на дельталете, выбору оптимальных режимов полета с целью обеспечения необходимого качества распределения веществ по обрабатываемой поверхности и максимально возможной ширины рабочего захвата и повышения в конечном итоге эффективности применения дельталетов на авиахимработах. А.Н.Россихин, начальник отдела, канд.техн.наук,
А.И.Свинин, ведущий инженер-испытатель систем ВС, канд.техн.наук,
В.С.Деревянко, начальник сектора, канд.техн.наук
(ВНИИ ПАНХ ГА, Краснодар) |