DEM-моделирование центробежной системы высева семян древесных пород с беспилотного летательного аппарата. C. 124-138

УДК

631.331.1+629.735:630.651.72

DOI:

10.37482/0536-1036-2026-2-124-138

Аннотация

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.

Сведения об авторах

М.Н. Лысыч*, канд. техн. наук; ResearcherID: N-3089-2016,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3764-3873
Л.Д. Бухтояров, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: AAO-5129-2020,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7428-0821
М.А. Гнусов, д-р техн. наук, доц.; ResearcherID: AAT-9060-2020,
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1653-4595
Е.В. Мартыновский, инж.; ResearcherID: OHV-1617-2025,
ORCID: https://orcid.org/0009-0000-0434-575X

Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, ул. Тимирязева, д. 8, г. Воронеж, Россия, 394087; miklynea@yandex.ru*, vglta-mlx@yandex.ru, ko407@yandex.ru, profootballjack@gmail.com

Ключевые слова

высевающий аппарат, аэросев, БПЛА, беспилотный летательный аппарат, имитационное моделирование, САПР

Для цитирования

Лысыч М.Н., Бухтояров Л.Д., Гнусов М.А., Мартыновский Е.В. DEM-моделирование центробежной системы высева семян древесных пород с беспилотного летательного аппарата // Изв. вузов. Лесн. журн. 2026. № 2. С. 124–138. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-2-124-138

Литература

1. Булавинцев Р.А. Анализ конструкций высевающих аппаратов для высева зерновых культур // Агротехника и энергообеспечение. 2018. № 19(2). C. 74–84.
2. 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. https://doi.org/10.15393/j2.art.2022.6163
3. 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. https://doi.org/10.17513/use.37696
4. 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.
5. Система разбрасывания гранул XAG JetSeed. Режим доступа: https://www.xa.com/en/jetseed (дата обращения: 23.07.25).
6. 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).
7. Система UGS-2G. Режим доступа: https://www.cfr-innovations.com/productpage/ugs-2g (дата обращения: 23.07.25).
8. 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. https://doi.org/10.12737/article_5a3d040dc79c79.94513194
9. 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
10. 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
11. 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
12. 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
13. 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
14. 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
15. 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
16. 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.
17. National Research Council. Sowing Forests From the Air. Washington, DC, National Research Council, 1981. 75 р. https://doi.org/10.17226/19670
18. 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
19. 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
20. 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
21. 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