NGHIÊN cứu, THIẾT kế máy BAY UAV PHUN THUỐC TRỪ sâu ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
─────── * ───────

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY BAY
UAV PHUN THUỐC TRỪ SÂU
ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP

Sinh viên thực hiện:
NGUYỄN QUANG HUY

Lớp Kỹ thuật hàng không – K56

Giảng viên hướng dẫn:
PGS.TS. NGUYỄN PHÚ KHÁNH
TS. HOÀNG THỊ KIM DUNG


HÀ NỘI, 06/2016

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin về sinh viên
Họ và tên : NGUYỄN QUANG HUY
Điện thoại liên lạc: 0989.386.233

Email:

Lớp: KTHK - K56

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Thời gian làm ĐATN:
-

Ngày giao nhiệm vụ:
Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

/2016
/2016

2. Mục đích của đồ án tốt nghiệp
-

Nghiên cứu, thiết kế máy bay UAV phun thuốc trừ sâu ứng dụng trong nông
nghiệp.

3. Các nhiệm vụ cụ thể của đồ án tốt nghiệp
- Tính toán thiết kế, đưa ra các thông số cơ bản của máy bay UAV.
- Tính toán mô phỏng đặc tính khí động mô hình cánh và máy bay.
- Khảo sát đặc tính khí động bằng gói phần mềm Fluent của ANSYS.
- Kiểm nghiệm, so sánh giữa quá trình mô phỏng và quá trình thựcnghiệm.
- Tối ưu hóa sử dụng phần mềm thông minh Mesh morpher/Optimizer.
- Xây dựng bản vẽ kĩ thuật thiết kế máy bay bằng phần mềm Solid Works.
- Xây dựng bản vẽ cắt cho máy bay thu nhỏ.
- Tìm hiểu hệ thống vòi phun.
- Chế tạo và lắp ghép máy bay UAV cỡ lớn.
- Tiến hành thử nghiệm.
4. Lời cam đoan của sinh viên
Tôi – Nguyễn Quang Huy – Cam kết ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân

tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Phú Khánh và TS. Hoàng Thị Kim
Dung.
Các kết quả nêu trong ĐATN là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất
kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày

2

tháng năm 2016
Tác giả ĐATN


Nguyễn Quang Huy

3


5. Xác nhận của giáo viên hướng dẫn về mức độ hoàn thành ĐATN và cho phép
bảo vệ:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Hà Nội, ngày tháng năm 2016
Giảng Viên Hướng Dẫn

4


PGS.TS. Nguyễn Phú Khánh

TS. Hoàng Thị Kim Dung

6. Nhận xét của giáo viên phản biện
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Hà Nội, ngày …. tháng …. năm 2016
Giáo viên phản biện

5


TS. Vũ Quốc Huy

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Cùng với các ngành phát triển khoa học và kỹ thuật ở Việt Nam, lĩnh vực hàng
không đóng một vai trò thiết yếu cho sự phát triển chính trị, kinh tế và xã hội hiện nay. Bên
cạnh hàng không dân dụng, những vật thể bay không người lái UAV cũng đang dần dần là
một xu hướng mới đóng góp tích vào sự phát triển của nhiều ngành, nhiều lĩnh vực giúp
đạt được những tính năng, hiệu suất cao nhất.
Đặc biệt với một đất nước xuất thân từ nông nghiệp như chúng ta. Ứng dụng của
hàng không trong công nghiệp đã được thực hiện một cách thành công tại nhiều quốc gia
trên thế giới chẳng hạn như phun thuốc trừ sâu, chất hóa học, phân bón... Nếu chúng ta có
thể áp dụng được những tính năng này trên những cánh đồng thì chúng ta sẽ tăng được
hiệu suất công việc, giúp tiết kiệm được sức lao động của người nông dân, giảm thiểu
những vấn đề sức khỏe nghiêm trọng đối với con người và đem đến lượng lớn giá trị về
kinh tế, tiết kiệm được những khoản chi phi lớn nhờ không phải dành tiền cho việc phun
thuốc, tưới bón.
Trong khuôn khổ đồ án “Nghiên cứu, thiết kế máy bay UAV phun thuốc trừ sâu
ứng dụng trong nông nghiệp”, những nội dung sau đã được thực hiện:














Tìm hiểu ứng dụng của hàng không trong nền kinh tế nông nghiệp
Tính toán thiết kế, đưa ra các thông số cơ bản của máy bay UAV.
Tính toán mô phỏng đặc tính khí động mô hình cánh và máy bay.
Khảo sát đặc tính khí động của máy bay bằng gói phần mềm Fluent của ANSYS.
Kiểm nghiệm, so sánh giữa quá trình mô phỏng và thực nghiệm.
Tối ưu hóa sử dụng phần mềm thông minh Mesh morpher/optimizer trong ANSYS.
Xây dựng bản vẽ kĩ thuật thiết kế máy bay phun thuốc trừ sâu bằng phần mềm
Solid Works.
Xây dựng bản vẽ cắt cho máy bay thu nhỏ.
Tìm hiểu hệ thống vòi phun.
Chế tạo và lắp ghép máy bay UAV cỡ lớn.
Tiến hành thử nghiệm.

ABSTRACT OF THESIS
With the development of science and technology in Vietnam, the aviation industry
plays an integral part in developing policies, economies and societies. Besides civil
aviation, Unnamed aircraft vehicle is also become gradually a new trend contributing to the
development of many fields helps them gain the highest function and efficiency.

6


Especially, VietNam is a country originating from the agriculture. Aerial applications
in agriculture are executed in many countries in the world such as spraying pesticides,
chemicals, fertilizer, etc. If we can apply these application in farms, we will gain
increasing efficiencies, help saving labour from framers, reduce serious health problem in

people and bring enormous economic benefits, save a great deal of money since they do
not have spend money on spraying pesticide or fertilizer.
In the framework of the project ‘‘Researching, designing UAV aircraft spraying
pesticides in agriculture’’, there are 5 main works:













Learning the application of aviation in the agricultural economy.
Computing, designing and providing the basic parameters of UAV aircraft.
Computing and simulating the aerodynamic performance of aircraft wings model.
Conducting the survey on aerodynamic performance with ANSYS ‘s Fluent
software package.
Examining the comparsion between simulation and experiment.
Optimizing by using Mesh morpher/Optimizer in ANSYS.
Designing the technical drawing of aircraft by Solid Works software.
Constructing the drawing.
Finding out the spraying system.
Making and assembling the UAV.
Examining.

7


MỤC LỤC

8


DANH MỤC HÌNH ẢNH

9


DANH MỤC BẢNG

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
VMD: Volume median diameter – Nửa thể tích đường kính chứa các hạt có kích
thước lớn hơn
VF: Very fine – Chất lượng hạt loại rất tốt
F: Fine – Chất lượng hạt loại tốt
M: Medium – Chất lượng hạt loại trung
C: Coarse – Chất lượng hạt loại thô
XC: Extremely Coarse – Chất lượng hạt loại rất thô
GPM: Gallon per minute – Thể tích dung dịch gallon được phun ra mỗi phút
Acres: Đơn vị mẫu anh
10


1 Gallon = 4.54 lít (tại anh) = 3.78 lít (tại Mỹ)
1 Pint: Panh = 0.58 lít

1 Feet = 0.3048 m
1 Inch = 2.54 cm

LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với các ngành phát triển khoa học và kỹ thuật ở Việt Nam, lĩnh vực hàng
không đóng một vai trò thiết yếu cho sự phát triển chính trị, kinh tế và xã hội hiện
nay. Bên cạnh hàng không dân dụng, những vật thể bay không người lái UAV cũng
đang dần dần là một xu hướng mới đóng góp tích vào sự phát triển của nhiều ngành,
nhiều lĩnh vực giúp đạt được những tính năng, hiệu suất cao nhất.
Đặc biệt với một đất nước xuất thân từ nông nghiệp như chúng ta. Ứng dụng
hàng không trong công nghiệp được thực hiện một cách thành công tại nhiều quốc
gia trên thế giới chẳng hạn như phun thuốc trừ sâu, chất hóa học, phân bón... Nếu áp
dụng được những tính năng này trên những cánh đồng thì sẽ tăng được hiệu suất
công việc, tiết kiệm sức lao động và đem đến lượng lớn giá trị về kinh tế.
11


Vì vậy, việc áp dụng đưa khoa học kỹ thuật hiện đại vào nông nghiệp trở nên
cần thiết và thực tiến, cụ thể là thiết kế máy bay phục vụ nông nghiệp như phun
thuốc trừ sâu, hóa chất, phân bón cho các trang trại có diện tích lớn hàng trăm
hecta…. Điều này đem lại lợi ích to lớn về kinh tế, góp phần thúc đẩy nền nông
nghiệp Việt Nam theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Với nhu cầu thực tế
này, em chọn đề tài là: “ Nghiên cứu, thiết kế máy bay UAV phun thuốc trừ sâu
ứng dụng trong nông nghiệp”.
Trong thời gian làm đồ án mặc dù em đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn sẽ
có những thiếu sót là điều không thể tránh khỏi. Tuy nhiên em hy vọng đây sẽ làm
một bàn đạp, một nền tảng vững chắc để em có thể phát triển và đưa vào sản xuất
máy bay UAV phục vụ trong nông nghiệp ở Việt Nam.
Với đồ án tính toán, thiết kế máy bay nhỏ dùng trong nông nghiệp là một công
việc khá lớn nhưng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là

dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của cô TS. Hoàng Thị Kim Dung và thầy PGS.TS.
Nguyễn Phú Khánh em cũng đã hoàn thiện một cách tốt nhất cho đồ án môn học.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong bộ môn Hàng
Không & Vũ Trụ cũng như các bạn bè và các anh trên trung tâm DASI đã giúp đỡ
em trong suốt quá trình học tập.
Kính mong được sự góp ý và chỉnh sửa của các thầy, cô giáo.
Hà Nội, ngày tháng năm 2016
Sinh viên

Nguyễn Quang Huy

12


CHƯƠNG 1. ỨNG DỤNG CỦA HÀNG KHÔNG TRONG NÔNG
NGHIỆP
1.1. Tầm quan trọng [5]
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành hàng không Việt Nam
cũng đang trên đà phát triển trên mọi lĩnh vực, như: khai thác, bảo dưỡng và sửa
chữa, đặc biệt là trong công nghệ chúng ta đã có từng bước đi trong việc chế tạo
linh kiện, chi tiết máy bay hay loại máy bay UAV. Với xu hướng phát triển khoa
học, kỹ thuật ở Việt Nam nói chung và ngành hàng không nói riêng thì việc đưa vào
tiến hành nghiên cứu, chế tạo các loại máy bay UAV phục vụ trong các lĩnh vực
thương mại, du lịch, nông lâm ngư nghiệp, y tế… là một công việc thực tiễn phù
hợp với bối cảnh nền kinh tế nước ta.
Nhận thấy Việt Nam là một nước đang phát triển chủ yếu dựa vào nông
nghiệp, nhằm mục đích giảm thiểu sức người, hạn chế phải tiếp xúc trực tiếp với
chất độc hại, bớt thời gian làm việc đồng thời nâng cao chất lượng, năng suất thu
hoạch. Vì vậy, việc áp dụng đưa khoa học kỹ thuật hiện đại vào nông nghiệp trở nên
cần thiết và thực tiến, cụ thể là thiết kế máy bay phục vụ nông nghiệp như phun

thuốc trừ sâu, hóa chất, phân bón cho các trang trại có diện tích lớn hàng trăm
hecta… Tiết kiệm sức lao động, tăng hiệu quả phun thuốc, triển để dịch bệnh, đem
lại lợi ích to lớn về kinh tế, góp phần thúc đẩy nền nông nghiệp Việt Nam theo
hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa.

13


..
Hình 1. Ứng dụng hàng không trong công nghiệp
1.2. Một số máy bay ứng dụng trong nông nghiệp [5]
Trên thế giới hiện nay các dạng máy bay phun thuốc trừ sâu được phát triển và
sử dụng rộng rãi gồm 2 loại chính, là máy bay cánh bằng và trực thăng.
1.2.1. Embraer EMB 202
Embraer Ipanema 202 là một loại máy bay nông nghiệp được sử dụng để phun
hóa chất trên các khu vực canh tác nông nghiệp rộng lớn. Nó được sản xuất bởi
hãng Industrial Aeronautical Neiva của Brazil. Loại máy bay này được sử dụng
rộng rãi tại Brazil, tên Embraer Ipanema bắt nguồn từ một nông trại nơi nó được thử
nghiệm đầu tiên.
Thông số kỹ thuật
Sức chứa:

950 kg

Chiều dài:

7.43 m

Sải cánh:

11.69 m

Chiều cao:

2.22 m
14


Trọng lượng cất cánh:

1.800 kg

Vận tốc hành trình:

222 km/h

Tầm bay:

610 km

Động cơ:

Lycoming
IO-540-K1J5
320 hp (240kW)

Công suất tiêu thụ NL:

98 lt/h (26US gal)

Hình 2. Máy bay Embraer
1.2.2. Cessna 188
Máy bay Cessna 188 là một trong chuỗi sản xuất các máy bay nông nghiệp ra
đời giữa năm 1966 và 1983 do Công ty Máy bay Cessna.
Các phiên bản khác nhau của 188 - AGwagon, AGpickup, AGtruck và
AGhusky, cùng với các bản cải tiến AGcarryall số 185, thành lập dòng máy bay
Cessna ứng dụng trong nông nghiệp.
Thông số kỹ thuật:
Chiều dài:

26 ft 3 in (8 m)

Sải cánh:

41 ft 8 in (12.7 m)

Chiều cao:

7ft 9.5 in (2.4 m)

Diện tích cánh:

205 ft2 (19 m2)

Airfoil:

NACA 2412

Vận tốc hành trình:

114 mph (183 km/h)

Lực nâng của cánh:

16.11 b/ft2 (78.8 kg/m2)
15


Trọng lượng cất cánh:

3.300 lb (1.497 kg)

Trần bay:

11.100 ft (3.383 m)

Tốc độ lên cao:

690 ft/phút (3.5 m/s)

Hình 3. Máy bay Cessna 188
1.2.3. Grumman Ag Cat
Grumman G-164 Ag Cat là một dạng máy bay hai tầng cánh sử dụng vận tải
trong nông nghiệp, phát triển bởi Grumman trong những năm 1950.
Dạng máy bay này có ưu điểm là lực nâng lớn, cho phép mang số lượng phân
bón, thuốc trừ sâu lớn.
Thông số kỹ thuật:
Chiều dài:

8.41 m

Sải cánh:

42 ft 4.5 (12.92 m)

Diện tích cánh:

392.7 ft2 (36.48 m2)

Chiều cao:

12 ft 1 in (3.68 m)

Trọng lượng cất cánh:

7.020 (3.184 kg)

Vận tốc hành trình:

209 km/h

Tầm bay:

318 km

16


Hình 4. Máy bay Gumman
1.2.4. Máy bay trực thăng phun thuốc trừ sâu

Công nghệ sản xuất trực thăng không người lái UAV cỡ nhỏ ở Nhật Bản đã
phát triển đến mức cao. Hiện Nhật Bản có tới 2.400 trực thăng UAV có tên là Rmax
được sử dụng để phun thuốc trừ sâu, bón phân và gieo hạt.
UAV loại Rmax do hãng Yamaha chế tạo. UAV được điều khiển từ xa bằng
một thiết bị cầm tay, sử dụng sóng vô tuyến điều hướng, điều chỉnh tầm cao.
Rmax được lắp động cơ xăng hai thì, hai xi-lanh dung tích 246cc, công suất 21
mã lực, tốc độ vận hành 24 km/h. Do được sử dụng trong nông nghiệp, Rmax có
cấu tạo phù hợp độ cao 5m so với mặt đất.
Rmax được lắp một hệ thống bơm xịt, cùng 2 vòi phun hai bên, được điều tốc
bằng cảm biến từ xa để phun thuốc trừ sâu, bón phân qua lá với mật độ chính xác.
Nó có thể mang theo 28kg vật tư nông nghiệp treo hai bên thân.

Hình 5. Máy bay Rmax

17


CHƯƠNG 2. HƯỚNG TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. Ưu nhược điểm của 2 loại máy bay cánh bằng và trực thăng [5]

Ưu điểm

Máy bay trực thăng

Máy bay cánh bằng

- Cơ cấu đặt vòi phun đơn giản.

- Điều khiển đơn giản.

- Tính khí động và hiệu suất cao.

- Kết cấu đơn giản.

- Không cần đường băng để cất - Cấu tạo đơn giản.
cánh.
Nhược điểm

- Thích hợp trong vùng diện tích - Hệ thống vòi phun phức tạp.
nhỏ.
- Cần đường băng lớn để cất
- Kết cấu, điều khiển phức tạp.
cánh.
- Tốn nhiều nhiên liệu

Từ những ưu nhược điểm của 2 loại máy bay. Ta chọn thiết kế loại UAV cánh
bằng cho ứng dụng phun thuốc sâu trong nông nghiệp.
2.2. Vấn đề khi ứng dụng máy bay cánh bằng trong nông nghiệp [5]
2.2.1. Phương pháp phun thuốc trừ sâu trên không
Thuốc trừ sâu
Các ứng dụng và phương pháp thực tiễn sử dụng thuốc trừ sâu; (bao gồm cả
thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm, thuốc diệt côn trùng, phân bón) được sử dụng cho các
đối tượng cây trồng nông nghiệp (ví dụ như dịch hại sinh vật, cây trồng hoặc thực
vật khác). Vấn đề quan tâm chính là sử dụng thuốc trừ sâu hợp lý làm cho quá trình
này là hiệu quả nhất có thể, để giảm thiểu tối đa ảnh hưởng tiêu cực vào môi trường
và con người tiếp xúc (bao gồm cả các nhà khai thác, những người xung quanh và
người tiêu dùng của sản phẩm). Việc thực hành quản lý dịch hại bởi các ứng dụng
hợp lý thuốc trừ sâu là vô cùng đa ngành, kết hợp nhiều khía cạnh sinh học và hóa
học với: nông học, kỹ thuật, khí tượng học, kinh tế xã hội và y tế công cộng, cùng
với các ngành mới như công nghệ sinh học và thông tin khoa học.

Khối lượng Ultra-Low (ULV)
Thuật ngữ Khối lượng Ultra-Low (ULV) (phun) được sử dụng trong trường
hợp ứng dụng phun thuốc trừ sâu trên cao. Ứng dụng khối lượng Ultra-Low của
thuốc trừ sâu đã được định nghĩa là một tỉ lệ khối lượng ứng dụng (VAR) nhỏ hơn 5
L/ha đối với cây trồng trường hay ít hơn 50 L/ha cho cây/cây bụi. VAR bằng 0.25 2 l/ha là điển hình cho ứng dụng ULV trên không cho diệt trừ sâu, châu chấu, dịch
bệnh lây lan theo mùa. ULV phun là một kỹ thuật phun được thành lập và duy trì
18


các phương pháp tiêu chuẩn kiểm soát dịch châu chấu với thuốc trừ sâu và cũng
được sử dụng rộng rãi bởi các nông dân trồng bông ở miền trung-nam và tây Phi.
Phương pháp này cũng được sử dụng trong các chiến dịch phun trên không lớn
chống lại sinh vật gây bệnh như tse-bay (một loài ruồi hút máu động vật gây dịch
bệnh tại Châu Phi).
Lợi ích chính của ứng dụng ULV là tỷ lệ công việc cao (tức là ha có thể được
điều trị trong một ngày). Đây là một sự lựa chọn tốt cho phương pháp phun thuốc
trừ sâu.
Các điều kiện áp dụng:
+ Diện tích đất lớn để điều trị.
+ Yêu cầu phản ứng nhanh.
+ Ít hoặc không có nước để làm hỗn hợp thùng thuốc trừ sâu.
+ Các vấn đề về hậu cần đối với vật tư.
+ Địa hình khó tiếp cận trực tiếp.
2.2.2. Cách thức triển khai trên diện tích đất trồng
Yếu tố chuẩn bị đầy đủ ban đầu sẽ đảm bảo rằng việc phun thuốc thực tế được
thực hiện theo các điều kiện an toàn nhất và phun chính xác thời gian sẽ giúp đảm
bảo rằng các sản phẩm được sử dụng sẽ có hiệu quả tối ưu. Người lao động, nhân
viên hoặc người xử lý phải chắc chắn rằng tất cả các thiết bị an toàn, quần áo và
thiết bị bốc dỡ máy bay cần được sạch sẽ và trong tình trạng tốt.
Khảo sát thực địa

Các tác động môi trường có thể có của các đối tượng được chọn sẽ được xem
xét khi quyết định để thực hiện. Việc thí điểm chấp nhận trách nhiệm để xử lý một
khu vực cụ thể và quyết định để phun sẽ được thực hiện sau một chuyến bay kiểm
tra sơ bộ để chú ý vị trí ranh giới và xác định các phương pháp đánh dấu mặt đất.
Các phi công cũng sẽ lưu ý vị trí của cây, dây điện trên cao, nơi ở, đường thủy, vật
nuôi mà có thể bị sợ hãi bởi máy bay bay thấp, uốn lượn và bay vòng, trong đó có
thể ảnh hưởng đến hiệu suất máy bay, số lượng và vị trí của các tiêu điểm yêu cầu.
Cây liền kề phải được ghi nhận và quan sát đường bộ, đường sắt, đặc biệt là khi
chúng được xây dựng trên bờ kè, có thể hạn chế nhiều động máy bay.
Phi công phun phải tuân theo pháp luật quốc gia liên quan đến kích thước của
bắt buộc "không-phun" (buffer-vùng đệm) ranh giới. Nhãn sản phẩm sẽ quy định
các bộ đệm chiều rộng nơi thích hợp. Ở một số quốc gia, có tổ chức tư vấn sẵn sàng
19


hỗ trợ việc đánh giá rủi ro môi trường địa phương khi một loại thuốc trừ sâu được
sử dụng.
2.2.3. Điều kiện khí tượng
Hiệu quả phun thuốc bị ảnh hưởng rất nhiều bởi điều kiện khí tượng địa
phương và chiều cao cây. Vận tốc và hướng gió, nhiệt độ, độ ẩm tương đối... đều
ảnh hưởng tới hiệu suất phun. Khoảng cách một giọt phun đi phụ thuộc vào kích
thước và vận tốc giọt xuống, chiều cao phun và các điều kiện môi trường xung
quanh. Xoáy được tạo ra bởi các mũi cánh máy bay cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả
phân phối phun.
Gió
Máy bay phun thuốc thường được tiến hành khi tốc độ gió bề mặt ít hơn 6m/s,
đó là tốc độ an toàn để xử lý và an toàn bay. Tuy nhiên, trong khu vực bất ổn đặc
biệt những con số trên có thể được giảm. Phun phải được thực hiện có tính đến gió
ngược để đảm bảo rằng tốc độ bay và tỷ lệ ứng dụng vẫn như cũ cho cả hai hướng
bay. Khoảng cách mà các động thái phun sẽ thay đổi theo cường độ gió và độ cao

máy bay.
Nhiệt độ
Trong thông thường góc phun, nhiệt độ cao, kết hợp với độ ẩm thấp sẽ làm
giảm kích thước giọt do bay hơi, mà sẽ làm tăng nguy cơ trôi dạt. Khi nhiệt độ tăng
bất ổn nên khí quyển tăng lên. Phun không được tiến hành tại nơi có không khí
chuyển động lên hoặc nơi một nghịch nhiệt ngăn cản việc giải quyết phun đám mây
trong khu vực điều trị. Đối ULV phun thuốc, điều kiện của sự nhiễu loạn nhẹ, tương
tự như những khuyến cáo để phun thông thường, là một lợi thế. Độ ẩm tương đối có
thể được tính toán từ các bảng, bằng cách xác định sự khác biệt giữa các nhiệt kế
bầu ướt và khô (độ ẩm). Khi sự khác biệt giữa các bóng ướt và khô hơn 8°, đình chỉ
phun dung dịch nước không nên phun.
2.2.4. Thời điểm phun thuốc điều trị
Các thời điểm tối ưu để phun sẽ phụ thuộc vào các dịch hại, cỏ dại và bệnh
phát triển giai đoạn. Điều trị thời gian cũng sẽ bị chi phối bởi điều kiện khí tượng,
trong đó có thể ảnh hưởng đến tổn thất từ hiện tượng trôi dạt và từ đối tượng phun
dễ bay hơi. Nhiệt độ, độ ẩm tương đối, hướng gió, tốc độ gió và lượng mưa đều ảnh
hưởng hiệu quả phun. Nhãn sản phẩm sẽ cho biết khoảng thời gian điều trị có thể
được áp dụng trước khi mưa và cũng có thể chỉ ra các liều lượng cần thiết cho ứng
dụng nếu phun ban đầu được pha loãng bởi mưa một cách bất ngờ ngay sau khi
20


phun thuốc. Nếu ứng dụng thời gian là chính xác, có thể cần điều trị phun ít. Việc
sử dụng mô hình máy tính phù hợp để dự đoán thời gian phun có thể giúp giảm số
lượng các phương pháp điều trị cần thiết và dự báo sâu bệnh chính xác có thể hữu
ích. Thời gian trong ngày một điều trị được áp dụng có thể là quan trọng. Thời gian
phun tối ưu cho hiệu quả có thể trùng với thời gian kiếm ăn của côn trùng có ích.
Do đó, quan trọng là hiểu cây trồng, côn trùng, phát triển của bệnh và tình trạng của
các sinh vật có ích để xác định khi phun. Một sự hiểu biết về sản phẩm của chế độ
hành động liên quan đến phát triển cây trồng cũng sẽ được thuận lợi.

2.2.5. Cấu tạo và các bộ phận của máy bay nông nghiệp:

Hình 6. Cấu tạo máy bay phun thuốc sâu
2.3. Nguyên tắc cơ bản khi ứng dụng máy bay phun thuốc trừ sâu: [5]
Mục đích của phần này là để xác định một số vấn đề và đề xuất các phương
tiện để giải quyết chúng. Mặc dù số lượng máy bay được cấp phép để phun trên
không đã giảm gần đây, nơi các khu vực thống nhất lớn phải được điều trị nhanh
chóng, ứng dụng máy bay thường được coi là tiết kiệm nhiên liệu hơn so với phun
mặt đất. Máy bay được sử dụng để áp dụng vật liệu cả chất lỏng và rắn cũng như để
phát sóng giống khi điều kiện đất đai ngăn cấm việc sử dụng các thiết bị mặt đất.
2.3.1. Tốc độ bay
Tốc độ bay có thể thay đổi 100-160 mph nhưng là khoảng 120 mph cho cây
bụi và cỏ dại phun. Chiều dài cần phun không nên có nhiều hơn ba phần tư chiều
dài sải cánh vì các xoáy ở đầu cánh hỗn loạn gây ra trôi. Máy bơm phun có các van
và vòi đóng ngắt phải có valves kiểm tra để tránh phun liên tục hoặc rò rỉ. Vòi phun
21


thủy lực là loại chiếm ưu thế sử dụng trên máy bay và nhiều loại và kích cỡ có sẵn.
Khi sử dụng một loại thuốc trừ sâu đã được phê duyệt, mục tiêu là để phân phối các
liều lượng chính xác cho một mục tiêu được xác định với tối thiểu lãng phí do trôi
dạt sử dụng thiết bị phun thuốc thích hợp nhất. Phân phối phun chấp nhận được là
tương đối dễ dàng để đạt được với hầu hết trên mặt đất với chỉ đạo phun, nhưng
phun áp dụng với các máy bay cánh cố định thì trình bày vấn đề phức tạp hơn.
2.3.2. Kiểu bay trường
Với ruộng hình chữ nhật, các thủ tục thông thường là để bay trở lại và ra trên
các lĩnh vực trong đường song song. Hướng bay nên song song với trục dài của lĩnh
vực này vì số lần lượt được giảm. Trường hợp chéo gió xảy ra, điều trị nên bắt đầu
ở phía hướng gió để lưu ý các phi công bay qua vạt cắt trước đó, như thể hiện trong
biểu đồ dưới đây.

Hình 7. Quỹ đạo bay phun thuốc sâu với diện tích nhỏ
Nếu khu vực này là quá gồ ghề và dốc, các đường bay nên theo dọc theo
đường viền của các sườn dốc. Nơi các khu vực chỗ quá dốc cho công việc đồng
mức (địa hình miền núi), làm cho tất cả các phương pháp điều trị xuống dốc. Tránh
bay song song với một dòng suối, hồ lớn nếu có một xu hướng trôi dạt về phía dòng
suối hoặc hồ.
2.3.3. Đánh dấu đường vạt phun
Những mảng có thể được đánh dấu bằng cờ đặt trên chiều cao của cây trồng
để hướng dẫn thí điểm. Phương pháp này rất hữu ích nếu cánh đồng này được điều
trị nhiều lần trong một mùa. Hai người cầm cờ hiệu có thể được sử dụng để hỗ trợ
các thí điểm để xếp hàng trên lĩnh vực này. Khi thí điểm đã xếp hàng trên vạt cắt
của mình, các nhân viên cho dấu hiệu bằng cờ gần bắt đầu đi đi lại lại off (hay đếm
22


các hàng cây) đến vạt cắt tiếp theo. Người cầm cờ hiệu nên tránh bị phun trực tiếp
vào và họ sẽ không bao giờ quay lưng lại về phía một máy bay đang tới.
Tiêu điểm tự động (thiết bị đánh dấu vạt cắt) đang được sử dụng phổ biến hiện
nay. Các thiết bị này, gắn liền với chiếc máy bay và điều khiển bởi phi công, phát
hành các bộ truyền trọng. Những bộ truyền cho các phi công có thể nhìn thấy một
dấu hiệu để giúp đánh giá các vạt cắt tiếp theo. Con dấu thông thường trong các lĩnh
vực cũng đang được sử dụng phổ biến.
2.3.4. Quỹ đạo bay
Vào cuối mỗi vạt cắt phi công nên ngừng phun thuốc và nên bay đủ xa ngoài
lĩnh vực đến lượt của mình để cho phép điều chỉnh tốc độ cũng như hướng lái trước
khi vào vạt cắt tiếp theo, như thể hiện trong sơ đồ sau đây:

Hình 8. Quỹ đạo bay phun thuốc trừ sâu
2.3.5. Xử lý hóa chất

Để giúp giữ cho máy bay phun an toàn, và tiếp xúc với nhân viên xử lý đến
mức tối thiểu, nếu có thể ưu tiên phải được đưa ra để sử dụng các gói thuốc trừ sâu
xử lý thông qua hệ thống chuyển khép kín. Xử lý và tải sản phẩm hóa học chỉ được
thực hiện bởi đội ngũ nhân viên được đào tạo đầy đủ và được bảo vệ. Chỉ chất PPE
được sử dụng. Chất hấp thụ để chứa tràn hóa chất phải có sẵn tại trang bị hóa học.
Khoang chứa vật tư cần phải được giữ an toàn ở tất cả các lần phun và phải có một
phần an toàn để lưu trữ sạch, thùng chứa hoá chất trước khi thu thập để xử lý.

23


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ
3.1. Đặt vấn đề
Trong chương này em sẽ nghiên cứu tính toán các thông số cơ bản và đưa ra
cấu hình thân, cánh, càng đáp cho máy bay. Kết quả cuối cùng là đưa ra bản vẽ thiết
kế cho một UAV hoàn chỉnh.
Cấu hình thiết kế sẽ được dựa trên mẫu máy bay phun thuốc trừ sâu thực tế
EMB 202, các thông số tham khảo để là chỉ số AR, góc vếch, tỉ lệ thân cánh…
3.1.1. Quy trình thiết kế [5]

Hình 9. Quy trình thiết kế
3.1.2. Các yêu cầu đặt ra cho máy bay
Loại máy bay và tầm bay
Mục tiêu thiết kế nhằm ứng dụng và phục vụ trong nông nghiệp như phun
thuốc trừ sâu, phân bón hay các hóa chất trên diện tích rộng.
Thiết kế dạng máy bay UAV vì nó có tính ứng dụng cao, an toàn có thể thích
nghi nhiều loại địa hình, dễ chế tạo và sản xuất hơn nữa ít xảy ra ảnh hưởng nghiêm
trọng khi xảy ra sự cố, đặc biệt chi phí giá thành rẻ phù hợp với việc sử dụng trong
nông nghiệp.
24

Máy bay được thiết kế dùng cho những nông trại có diện tích vừa và rộng nên
tầm bay khoảng R= 30km.
Tính năng kỹ thuật
- Có đặc tính khí động tốt.
- Có đặc tính STOL (Short Take Off Landing) tức là khoảng cất hạ cánh ngắn.
- Tiêu thụ nhiên liệu ít.
- Vận tốc hạ cánh là thấp nhất.
- Trọng lượng kết cấu thấp nhưng độ bền kết cấu cao.
- Độ an toàn cao (gần như phải tuyệt đối).
- Đáp ứng được yêu cầu vận tốc, thời gian hoạt động, trần bay…
Tính kinh tế
Đây là yêu cầu rất quan trọng và cũng rất nhạy cảm, điều này liên quan tới
tính khả thi của công việc thiết kế và sản suất. Nền kinh tế của nước ta còn cao, máy
bay sử dụng trong nông nghiệp. Vì vậy yêu cầu đạt ra là chi phí phải thấp nhất đến
mức có thể.
Yêu cầu về giải pháp công nghệ
Phải tận dụng tất cả khả năng về công nghệ hiện có ở trong nước nhằm giảm
chi phí trong sản xuất, thúc đẩy ngành công nghiệp khác phát triển…
Ngoài ra trong thiết kế phải chú ý tăng tính sản xuất hàng loạt nhằm giảm chi
phí sản xuất.
3.1.3. Ước tính sơ bộ khối lượng máy bay
Khối lượng take-off của máy bay:
= + +

(3.1)

Với: : Khối lượng phân bón và hóa chất.
: Khối lượng nhiên liệu.

: Khối lượng rỗng của máy bay.
Ta có:
= + +

(3.2)

=
3.1.4. Xác định Wpayload
Xác định sẽ sử dụng phương pháp ULV phun thuốc.
25