DEM-моделирование центробежной системы высева семян древесных пород с беспилотного летательного аппарата
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-2-124-138Ключевые слова:
высевающий аппарат, аэросев, БПЛА, беспилотный летательный аппарат, имитационное моделирование, САПРАннотация
Аэросев лесов с использованием беспилотных летательных аппаратов – это эффективный, быстрый и недорогой метод лесовосстановления, особенно актуальный в условиях современных экологических вызовов. Однако отечественные высевающие аппараты, адаптированные для аэросева лесных семян с применением беспилотных летательных аппаратов, на сегодняшний день отсутствуют. Цель данного исследования заключается в разработке высевающего аппарата разбросного типа для беспилотных летательных аппаратов. Проведен анализ систем дозирования и распределения семян и методов имитационного моделирования для высевающих аппаратов, устанавливаемых на беспилотные летательные аппараты. С помощью системы автоматизированного проектирования создана 3-мерная твердотельная модель высевающего аппарата и определенны его геометрические и массовые параметры. Имитационное моделирование рабочих процессов высевающего аппарата осуществлялось с применением метода дискретных элементов (DEM). Было исследовано влияние различных режимов работы высевающего аппарата на производительность механизма дозирования, требуемое полетное время для расхода полезной нагрузки, ширину засеваемой полосы, число семян на 1 м2 и площадь посадки за 1 миссию. На основе выполненных имитационных исследований создан опытный образец высевающего аппарата и испытательный стенд для проведения экспериментов по аэросеву. В ходе полевых экспериментов была измерена ширина засеваемой полосы и число семян, высеваемое на 1 м2 при различных режимах работы высевающего аппарата. Полученные данные подтвердили адекватность разработанной имитационной модели и возможность ее применения для проектирования и исследования широкого спектра лесных и сельскохозяйственных высевающих аппаратов, а также разбрасывателей гранулированных веществ.
Благодарности: Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 25-19-00876, https://rscf.ru/project/25-19-00876/.
Скачивания
Библиографические ссылки
Булавинцев Р.А. Анализ конструкций высевающих аппаратов для высева зерновых культур // Агротехника и энергообеспечение. 2018. № 19(2). C. 74–84.
Bulavintsev R.A. The Construction Analysis of the Seeding Units for Sowing of Grain Crops. Agrotekhnika i energoobespechenie = Agrotechnics and Energy Supply, 2018, no. 19(2), рр. 74–84. (In Russ.).
Каляшов В.А., До Т.А., Хитров Е.Г., Григорьева О.И., Гурьев А.Ю., Новгородов Д.В. Современные системы машин и технологии заготовки древесины и лесовосстановления в условиях горных лесосек // Resources and Technology. 2022. № 2(19). C. 1–47.
Kalyashov V.A., Do T.A., Khitrov E.G., Grigorieva O.I., Guryev A.Yu., Novgorodov D.V. Modern Systems of Machinery and Technologies for Timber Harvesting and Reforestation in Mountain Forests. Resources and Technology, 2022, no. 2(19), рр. 1–47. (In Russ.). https://doi.org/10.15393/j2.art.2022.6163
Лысыч М.Н., Бухтояров Л.Д., Чернышов В.В., Нагайцев В.М. Обзор современных технологий аэросева лесных культур с применением беспилотных летательных аппаратов // Успехи соврем. естествознания. 2021. № 10. C. 37–42.
Lysych M.N., Bukhtoyarov L.D., Chernyshov V.V., Nagaitsev V.M. Overview of Modern Technologies of Aeroseding Forests Using Unmanned Aerial Vehicles. Uspekhi sovremennogo yestestvoznaniya = Advances in Modern Natural Sciences, 2021, no. 10, рр. 37–42. (In Russ.). https://doi.org/10.17513/use.37696
Лысыч М.Н., Малюков С.В., Шавков М.В., Гнусов М.А. Исследование полуавтоматического посадочного механизма для сеянцев с закрытой корневой системой в среде САПР с полноразмерным макетированием средствами 3d-печати // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin. 2025. № 1(29). C. 144–161.
Lysych M.N., Malyukov S.V., Shavkov M.V., Gnusov M.A. Study of Semi-Automatic Planting Mechanism for Seedlings with Root-Balled Tree System in CAD with Full-Size 3D-Printing Tools. Lesnoy vestnik = Forestry Bulletin, 2025, no. 1(29), рр. 144–161. (In Russ.).
Система разбрасывания гранул XAG JetSeed. Режим доступа: https://www.xa.com/en/jetseed (дата обращения: 23.07.25).
XAG Granule Spreading System – JetSeed. XAG Official Site. Available at: https://www.xa.com/en/jetseed (accessed 23.07.25).
Система распыления T Series Spreading System 2.0. Режим доступа: https://4vision.ru/products/sistema-raspyleniya-mg-series-spreading-system-20 (дата обращения: 23.07.25).
T Series Spreading System 2.0. Available at: https://4vision.ru/products/sistema-raspyleniya-mg-series-spreading-system-20 (accessed 23.07.25).
Система UGS-2G. Режим доступа: https://www.cfr-innovations.com/product-page/ugs-2g (дата обращения: 23.07.25).
UGS-2G System. Available at: https://www.cfr-innovations.com/product-page/ugs-2g.
Соколов С.В., Новиков А.И. Тенденции развития операционной технологии аэросева беспилотными летательными аппаратами в лесовосстановительном производстве // Лесотехн. журн. 2017. № 4(7). C. 190–205.
Sokolov S.V., Novikov A.I. Trends of Development of Aerial Seeding Operational Technology with Unmanned Vehicles in Reforestation Production, Lesotekhnicheskii zhurnal = Forestry Engineering Journal, 2017, no. 4(7), рр. 190–205. (In Russ.). https://doi.org/10.12737/article_5a3d040dc79c79.94513194
Coetzee C.J., Lombard S.G. Discrete Element Method Modelling of a Centrifugal Fertiliser Spreader. Biosystems Engineering, 2011, vol. 109, pp. 308–325. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2011.04.011
Huang Y.X., Wang B.T., Yao Y.X., Ding S.P., Zhang J.C., Zhu R.X. Parameter Optimization of Fluted-Roller Meter Using Discrete Element Method. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2018, vol. 6(11), pp. 65–72. https://doi.org/10.25165/j.ijabe.20181106.3573
Hwang S.J., Nam J.S. DEM Simulation Model to Optimise Shutter Hole Position of a Centrifugal Fertiliser Distributor for Precise Application. Biosystems Engineering, 2021, vol. 204, pp. 326–345. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2021.02.004
Liedekerke P.V., Tijskens E., Dintwa E., Rioual F., Vangeyte J., Ramon H. DEM simulations of the particle flow on a centrifugal fertilizer spreader. Powder Technology, 2009, vol. 190, pp. 348–360. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2008.08.018
Lysych M., Bukhtoyarov L., Druchinin D. Design and Research Sowing Devices for Aerial Sowing of Forest Seeds with UAVs. Inventions, 2021, vol. 6, no. 4, art. 83, pp. 1–26. https://doi.org/10.3390/inventions6040083
Marcinkiewicz J., Selech J., Staszak Z., Gierz L., Ulbrich D., Romek D. DEM Simulation Research of Selected Sowing Unit Elements Used in a Mechanical Seeding Drill. MATEC Web of Conferences, 2018, vol. 254, p. 02021. https://doi.org/10.1051/matecconf/201925402021
Mohan M., Richardson G., Gopan G., Aghai M.M., Bajaj S., Galgamuwa G.A., Vastaranta M., Arachchige P., Amorоs L., Corte A., De miguel S., Leite R.V., Kganyago M., Broadbent E.N., Doaemo W., Shorab M., Cardil A. UAV Supported Forest Regeneration: Current trends, Challenges and Implications. Remote Sensing, 2021, vol. 13(13), pp. 1–31. https://doi.org/10.3390/rs13132596
Murray J.R., Tullberg J.N., Basnet B.B. Planters and Their Components. Types, Attributes, Functional Requirements, Classification and Description. Australian Centre for International Agricultural Research, 2006, C. ACIAR Monograph, vol. 121. 178 р.
National Research Council. Sowing Forests From the Air. Washington, DC, National Research Council, 1981. 75 р. https://doi.org/10.17226/19670
Nukeshev S., Sugirbay A., Dulatbay Y., Tanbaev K., Yeskhozhin K., Chen J., Nazarbayev Y., Sugirbaeva Z. Offset Straight-Tooth Roller Development Using the Discrete Element Method for Applying Granular Mineral Fertilizer. International Journal of Technology, 2024, vol. 15, no. 6, pp. 2060–2073. https://doi.org/10.14716/ijtech.v15i6.7311
Song C., Zhou Z., Luo X., Lan Y., He X., Ming R., Li K., Hassan S.G. Design and Test of Centrifugal Disc Type Sowing Device for Unmanned Helicopter. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2018, vol. 2(11), pp. 55–61. https://doi.org/10.25165/j.ijabe.20181102.3757
Wu Z., Li M., Lei X., Wu Z., Jiang C., Zhou L., Ma R., Chen Y. Simulation and Parameter Optimization of a Centrifugal Rice Seeding Spreader for a UAV. Biosystems Engineering, 2020, vol. 192, pp. 275–293. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2020.02.004
Yang L., Chen L., Zhang J., Liu H., Sun Z., Sun H., Zheng L. Fertilizer Sowing Simulation of a Variable-Rate Fertilizer Applicator Based on EDEM. IFAC-PapersOnLine, 2018, vol. 17(51), pp. 418–423. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2018.08.185
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Лысыч М.Н., Бухтояров Л.Д., Гнусов М.А., Мартыновский Е.В.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
