Nghiên cứu hiệu ứng mặt đất và địa hình đến trực thăng phun thuốc

Luận văn phân tích sâu hiệu ứng mặt đất, yếu tố địa hình đến hoạt động bay của drone phun thuốc, giúp xác định góc đặt cánh và độ cao bay tối ưu.

• Tác giả: Trần Bảo Anh
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Thị Kim Dung
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Hiệu Ứng Mặt Đất Và Các Yếu Tố Địa Hình Ảnh Hưởng Đến Hoạt Động Bay Của Trực Thăng Không Người Lái Phun Thuốc Trừ Sâu
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm hiệu ứng mặt đất trong hoạt động bay drone phun thuốc

Hiệu ứng mặt đất là hiện tượng vật lý quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hoạt động của drone phun thuốc trừ sâu. Khi trực thăng không người lái bay ở độ cao thấp, luồng khí từ cánh quay tạo ra sẽ bị phản xạ từ mặt đất, làm thay đổi đặc tính khí động học. Hiện tượng này gây ra sự thay đổi áp suất, làm giảm lực kéo cần thiết để duy trì độ cao bay ổn định. Nghiên cứu hiệu ứng mặt đất giúp tối ưu hóa thông số kỹ thuật của drone, đảm bảo hiệu suất phun thuốc tốt nhất và tiết kiệm năng lượng. Đây là yếu tố then chốt trong thiết kế và vận hành máy bay không người lái phục vụ nông nghiệp.

1.1. Định nghĩa hiệu ứng mặt đất

Hiệu ứng mặt đất xảy ra khi luồng khí từ cánh quay tương tác với mặt đất. Điều này tạo ra một vùng áp suất cao phía dưới, giảm gradient áp suất và làm tăng lực nâng chuỗi. Hiệu ứng này rõ ràng nhất ở độ cao dưới 1 mét và ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất bay của drone phun thuốc.

1.2. Tầm quan trọng trong nông nghiệp

Trong ứng dụng phun thuốc trừ sâu, hiểu rõ hiệu ứng mặt đất giúp điều chỉnh độ cao bay tối ưu. Điều này đảm bảo phun thuốc đều, giảm lãng phí và tăng hiệu quả trừ sâu. Ngoài ra, nó giúp tiết kiệm pin và kéo dài thời gian bay của drone.

II. Ảnh hưởng của địa hình đến hiệu ứng mặt đất

Địa hình không đồng nhất là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu ứng mặt đất của drone phun thuốc trừ sâu. Khi bay trên vùng đồng bằng phẳng, hiệu ứng mặt đất ổn định và dễ dự đoán. Tuy nhiên, khi bay trên địa hình đổi núi, gồ ghề hoặc có cây trồng cao, luồng khí không phản xạ đều, tạo ra các vùng khí động lực phức tạp. Cây lúa, ngô hay cây cao khác tạo thêm sự tương tác khí động học, làm thay đổi phân bố áp suất quanh cánh. Góc cánh và độ cao bay phải được điều chỉnh linh hoạt tùy theo địa hình cụ thể để duy trì lực kéo ổn định và hiệu suất phun thuốc tối ưu.

2.1. Ảnh hưởng của địa hình phẳng

Trên đất bằng phẳng, hiệu ứng mặt đất có tính chất đơn giản và toàn cảnh. Drone phun thuốc dễ dàng duy trì độ cao ổn định với lực kéo dự đoán được. Phân bố áp suất xung quanh cánh tương đối đều, giúp điều khiển máy bay dễ dàng hơn.

2.2. Ảnh hưởng của địa hình gồ ghề và cây trồng

Trên địa hình đổi núi hoặc vùng có cây cao, luồng khí bị gián đoạn và phản xạ bất đều. Cây lúa, ngô tạo lớp biên turbulent, làm tăng độ phức tạp khí động học. Drone cần điều chỉnh góc cánh và độ cao bay liên tục để duy trì sự ổn định.

III. Các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến hoạt động bay

Góc đặt cánh và độ cao bay là hai yếu tố kỹ thuật quyết định trong việc tối ưu hóa hiệu ứng mặt đất cho drone phun thuốc trừ sâu. Khi thay đổi góc đặt cánh, lực kéo sẽ thay đổi theo hình bậc thang, phụ thuộc vào độ cao bay và các yếu tố địa hình. Trên các loại địa hình khác nhau, tối ưu hóa các thông số này yêu cầu mô phỏng khí động học chi tiết. Phân bố áp suất tại mặt cắt cánh và tại mặt đất thay đổi theo độ cao, ảnh hưởng trực tiếp đến lực nâng và khả năng bay ổn định. Việc xác định góc cánh và độ cao bay tối ưu cho từng loại địa hình cụ thể là nội dung nghiên cứu then chốt trong lĩnh vực này.

3.1. Tối ưu hóa góc đặt cánh

Góc đặt cánh ảnh hưởng trực tiếp đến lực kéo và hiệu suất bay. Tùy theo độ cao bay và loại địa hình, góc cánh tối ưu thay đổi. Mô phỏng khí động học giúp xác định góc cánh tốt nhất, đảm bảo drone phun thuốc hoạt động hiệu quả.

3.2. Xác định độ cao bay tối ưu

Độ cao bay quyết định cường độ hiệu ứng mặt đất và phân bố áp suất. Trên địa hình đồng bằng, độ cao 0,5-1 mét là tối ưu. Trên địa hình gồ ghề hoặc có cây cao, cần nâng độ cao để tránh va chạm và duy trì ổn định.

IV. Ứng dụng thực tiễn và chiều hướng nghiên cứu

Nghiên cứu hiệu ứng mặt đất và địa hình cho drone phun thuốc trừ sâu đang mở ra nhiều cơ hội ứng dụng thực tiễn trong nông nghiệp hiện đại. Các kết quả mô phỏng khí động học có thể được lập trình vào hệ thống điều khiển tự động, cho phép drone tự động điều chỉnh thông số bay tùy theo địa hình thực tế. Điều này nâng cao độ chính xác phun thuốc, giảm lãng phí hóa chất và bảo vệ môi trường. Trong tương lai, kết hợp công nghệ GPS, LiDAR và AI sẽ cho phép drone phun thuốc bay được trên mọi loại địa hình phức tạp với hiệu suất tối ưu.

4.1. Ứng dụng trong tự động hóa nông nghiệp

Kết quả nghiên cứu hiệu ứng mặt đất được tích hợp vào hệ thống tự động. Drone phun thuốc có thể tự điều chỉnh góc cánh, độ cao theo địa hình theo thời gian thực, nâng cao độ chính xác và tiết kiệm năng lượng.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Kết hợp AI, machine learning với dữ liệu khí động học sẽ cho phép drone dự đoán và thích ứng với địa hình tự động. Công nghệ cảm biến thông minh giúp theo dõi hiệu ứng mặt đất trong thời gian thực, tối ưu hóa hoạt động phun thuốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KIIOA IIÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu hiện ứng mặt dat va các yếu tố dịa hình ảnh hưởng đến hoạt động bay của trực thăng không người lái phun thuôc trừ sâu TRAN BẢO ANH anthth ckhk59@gmail. com Ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực Giáng viên hưởng dẫn: PG5. Hoàng Thi Kim Dung Chữ kỹ của GVHD. 'Viện: Cơ khí động lục HA NOT, 6/2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM.

Độc lập — Tự do— Hanh phic BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Trần Bảo Anh Dé tai liận văn: Nghiên cửu hiệu ứng mặt đất và các yếu tô địa hinh ánh thưởng đến loại động bay của trực thăng không người lái phưn thuốc trừ sâu Chuyên ngành: Kỹ thuật Ca khi động lực Mã số IIV: CBC19002 Tác gia, Ïgười hướng dẫn khoa học và Hội đồng châm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bỏ sung luận vấn theo biên ban hop IIội đẳng ngày — / /2020 với các nội dung sau: -_ Kiểm soát dộ chính xác kết quả mô phỏng - Tp trung phân tích kết quả -_ Sửa theo các ý kiến phần biên Ngày tháng năm 2020 Giáp viên hưởng dẫn Tác giá luận văn CHÈ TỊCH HỘI ĐỒNG Kinh gửi: Viện Cơ khi dộng lực PHIEU DANG KY HUONG DAN DE TAT 1. Họ và lên người hướng dẫn chính: Hoàng Thị Kia Dung. Hoe vi Tién Si. Hoc ham Phó Giáo Sư 3.

Cơ quan: Viện Cơ khí dòng lực. Họ và tên người hướng đẫn phụ (nếu có; Học vị Học hàm. Email: dung hoangthikim@bust eđu vn. Nội dung: Tổ làn 1: Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khi động lực 0.

Tên để tài: Nghiên cứu hiệu ứng mặt đất và các yếu tổ địa hình ảnh hưởng dến hoạt dộng bay của trực thăng không người lái phun thuốc trừ sâu. Mục tiêu chính của dé - Nghiên cửu hiệu ứng mặt đất với sự thay đổi của địa hình và tính toán anh thưởng của nó đến khả nang tac ue day của trực tháng GÀ Ldung của đề tải, các vẫn để cần được giải quy - ‘Téng quan lý thuyết và cơ sở của hiệu ứng mat dat. -_ Xây đựng mồ hinh trục thăng trong chế độ bay treo, trong trường hợp có và không có hiệu ứng mắt đốt -_ Xây đựng các mô hình thay đổi dịa hình, cây trồng đẻ xét ảnh hưởng của đỏng khí lên mặt đất, cây trồng, cũng như tác động, đến khả năng tạo lực kéo của trực thăng, -_ Xác định góc đặt cánh và độ cao bay tối ưu với tùng loại địa hình. Hà Nội ngày tháng năm 2020 Người hướng dẫn ĐANH MỤC HÌNH VẼ Tình 1.

: UAV trực thăng dạng một chong chồng mang 3 Tình 1.3: UAV dạng multirotor 3 Tình 1.3: Mẫu máy bay tục thăng Rmax 4 Tĩỉnh 1 4: Mẫu trực thăng Tazer.5: Cá bộ phận chính của trực thăng.6: Các lực tác động lên trực thăng, .7: Cơ cầu bán lễ cô định gốc cảnh.8: Các kích thước hình học của lá cánh.9: Ba dạng chính của lá cánh trực thăng 8 Tình 1.10: Các thông số của proñil 8 Hinh 1.11: Géc dat canh 9 Hình 1.12: Xáo định bước phân tế cánh 9 Hinh 1.13: Bd xodn hinh hoe ctia canh.14: Hiệu ứng mat dit cia may bay cảnh bằng, .15: Hiệu ứng mặt đất của trực thăng.1: Mẫu trực thăng giắc mơ - 13 Tình 2.2: Mẫu trực thăng tuới- Đối tượng nghiên cửu.3: Các vùng không gian định nghĩa động chây, 18 Hình 3.1: Mô hình 3D toàn bộ trục thăng.2: Sự thay đối lực kéo theo độ đày miễn bảo CƠM.3: Miễn bao CƠM và COL .csccsssssecseereestimsiiseesestistenctee „re, 2U linh 3.4: Miễn bao toàn bộ trực thăng. nu vector „21 Hinh 3.5: Đặt tên các mặt trong mô hình.6: Hình dạng lưới: (a) tổng thể, (b) tại một cắt lá cánh COM, 9 bá mặt cắt lá cánh CƠL 23 THình 3.7: Mặt cắt chia lưới chi titvùng thân máy bay 23 Hinh 3.8: Phan bé y* trên các mặt: (a) Mö hình A, (b) Mô hình B.9: Sự thay đổi lực kéo theo đái góc đặt cánh vá độ cao bay.10: Đường dòng tại trường hợp có và không có hiệu ứng mặt đi 27 Tình 3.11: Các vectơ vận tốc đóng.12: Sự thay đỗi phân bổ ap ả suất tại mặt cắt XY theo độ cao 29 Tình 3.13: Sự thay đối phân bé áp suất tai mặt đất theo độ cao - 30 Hình 3.14: Phân bổ áp suất tasvà vận tổo°®) tai vị trí 07R tại đô cao bay H = OSM m. eevee BO Tình 41: Xoáy dầu mũi cánh 32 Tình 4: Đường đông lại tường họpH 0.3: Đường đông tại tường họpH 8m - - -.4: Phân bẻ áp suất trên mat dat theo từng thời điểm.5: Larc kéo thay đối theo thời gian va độ cao 34 Tỉnh 46: Trực thăng Rmax phìm thuốc trên đẳng lúa - 35 23. Tổng quan về lý thuyết lớp biên 17 CHƯƠNG 3.

HEU UNG MAT DAT TRONG DIA TNE PHANG VA KHONG XÉT ĐẾN YÊU TỔ THỜI GIAN.1 Ơác thông số đầu vào và Iạo mô hình mô phông 19 3.1 Xác định các thông số đầu vào 18 3.12 — Tạo mô hình mô phỏng.4 Chi dal điểu kiện biên. - 23 3⁄2 Xử lý kết quảmô phỏng - 24 321 Dánhgiá độ tin cậy của lưới 24 3.22 Kết quả lực kéo.3 Kiểm tra điều kiện cân bằng mornenL 26 3. Phân bề áp suất tại mặt cắt XY 3.6 _ Phân bổ áp suất tại mặt dất. 327 Aps tại vị trí 0.

NGHIÊN CỨU TÁC DỘNG CỦA YẾU TÔ THỜI GIAN DIA HINH LEN SU HINH THANH VA PHAT TRIEN CUA HIEU U MAT BAT. Ảnh tưởng của thời gian - - - 31 41.1 Thiét lip mé phéng.2 Đường dòng vàxcäy dau mil can.3 Phan bé 4p suat tai mat dat - 4.4 Lục kéo thay đổi theo thời gian 34 4.2 Ảnh hưỡng của hiệu ứng mặt đất lên cây lủa. ¬—- 421 Đặc trang đồng bằng ở nướcEa 35 422 Phương pháp nghiên cửu 4.3 Danh giá kết quả thực nghiệm.3 Ảnh hưởng của tản cây.1 Cac thiét lap mé phong - 39 43.2 Phân tịch kết quả mô phỏng 40 AA Dịa bình đổi nủi và cây chè.41 — Các thiết lập mô phỏng 4.42 — Xữ]ý kết quả mô phông CHƯƠNG §. KẾT LUẬN VẢ DỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

‘TAL LIEU THAM KHAO. ĐANH MỤC HÌNH VẼ Tình 1. : UAV trực thăng dạng một chong chồng mang 3 Tình 1.3: UAV dạng multirotor 3 Tình 1.3: Mẫu máy bay tục thăng Rmax 4 Tĩỉnh 1 4: Mẫu trực thăng Tazer.5: Cá bộ phận chính của trực thăng.6: Các lực tác động lên trực thăng, .7: Cơ cầu bán lễ cô định gốc cảnh.8: Các kích thước hình học của lá cánh.9: Ba dạng chính của lá cánh trực thăng 8 Tình 1.10: Các thông số của proñil 8 Hinh 1.11: Géc dat canh 9 Hình 1.12: Xáo định bước phân tế cánh 9 Hinh 1.13: Bd xodn hinh hoe ctia canh.14: Hiệu ứng mat dit cia may bay cảnh bằng, .15: Hiệu ứng mặt đất của trực thăng.1: Mẫu trực thăng giắc mơ - 13 Tình 2.2: Mẫu trực thăng tuới- Đối tượng nghiên cửu.3: Các vùng không gian định nghĩa động chây, 18 Hình 3.1: Mô hình 3D toàn bộ trục thăng.2: Sự thay đối lực kéo theo độ đày miễn bảo CƠM.3: Miễn bao CƠM và COL .csccsssssecseereestimsiiseesestistenctee „re, 2U linh 3.4: Miễn bao toàn bộ trực thăng. nu vector „21 Hinh 3.5: Đặt tên các mặt trong mô hình.6: Hình dạng lưới: (a) tổng thể, (b) tại một cắt lá cánh COM, 9 bá mặt cắt lá cánh CƠL 23 THình 3.7: Mặt cắt chia lưới chi titvùng thân máy bay 23 Hinh 3.8: Phan bé y* trên các mặt: (a) Mö hình A, (b) Mô hình B.9: Sự thay đổi lực kéo theo đái góc đặt cánh vá độ cao bay.10: Đường dòng tại trường hợp có và không có hiệu ứng mặt đi 27 Tình 3.11: Các vectơ vận tốc đóng.12: Sự thay đỗi phân bổ ap ả suất tại mặt cắt XY theo độ cao 29 Tình 3.13: Sự thay đối phân bé áp suất tai mặt đất theo độ cao - 30 Hình 3.14: Phân bổ áp suất tasvà vận tổo°®) tai vị trí 07R tại đô cao bay H = OSM m.

eevee BO Tình 41: Xoáy dầu mũi cánh 32 Tình 4: Đường đông lại tường họpH 0.3: Đường đông tại tường họpH 8m - - -.4: Phân bẻ áp suất trên mat dat theo từng thời điểm.5: Larc kéo thay đối theo thời gian va độ cao 34 Tỉnh 46: Trực thăng Rmax phìm thuốc trên đẳng lúa - 35 ĐANH MỤC KÝ HIỆU UAV Mây bay không người lái CCM Chong chóng mang CCL Chong chóng lái MBIT ‘May bay trục thăng Ban kinh phân tế Đường kinh chong chớng mang Ban kinh mặt phẳng quay án kinh tương dối Hệ số lực cản. Hệ số lực nâng Chất lượng khi động Chiều dải dây cung “max Chiều day lớn nhất của profil fax ộ võng Góc đặt cảnh Diện tich mặt phẳng. đĩa quay Fa Tiện tích thực tạo lực kéo x Tệ số tên thất đâu cánh Phy tai riéng G Khôi lượng máy bay 11ệ số điển đây 0.04 007 Điện lích một cánh Áp suất khi quyên Pa Khối lượng riêng không khi 1,205 kg/m” Thương pháp sẻ đông chảy MỤC LỤC bay không người lái trong nông nghiệp. Phin loai UAV ứng đụng trong nông nghiệp 121 Máy bay cảnh cổ định 2 1.22 Máy bay trực thăng UAV một chong chéng mang 3 1.

Máy bay UAV multirotor - 3 13 Một số mẫu UAV trực thăng trên thị trường .1 Mẫu máy bay không người lái Rmax 3 132 Mẫu máy bay UAV Fazer 5 14 Các bộ phận chính của máy bay trực thăng,. sec cao Ổ 1s Các thúc hoạt động cơ bân của trực thăng, 6 16 Các đặt trưng cơ bản của chong chóng mang.1 Các đặc điểm chung.62 Đường kinhvàhinh dang lá cánh chong chong mang.4 Góc đặt của phân tô cánh § 1.5 Dệ xoắn hình học của cánh.67 Diện tích quới của COM.68 Phụtảiriêng trên điện tích quét - .9 T1886 didn dBy i csessessesssessssseeeseeesevusssssseerseeesiees LO Lý thuyết hiệu ứng mặt đất.71 Higu dng mit dit. cia may bay cảnh bằng 11 1.72 _ Hiệuứmg mặt đầt đối với trực tháng một chong chóng mang. XAC DINH DOL TUỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN mm Đối tượng và mục đích nghiên cứu.13 Phương pháp vả quy trinh nghiền cửu.

ii 8 Phương pháp CFD và các lý thuyết dòng chảy.1 Tổng quan Phương pháp CFD.2 Hệ Phương trình Navier-Slockes AS 2.3 U8 Phuong trinh Reynolds Navier-Stokes trong tính toán thủy động lực học chất lông 16 MỤC LỤC bay không người lái trong nông nghiệp. Phin loai UAV ứng đụng trong nông nghiệp 121 Máy bay cảnh cổ định 2 1.22 Máy bay trực thăng UAV một chong chéng mang 3 1. Máy bay UAV multirotor - 3 13 Một số mẫu UAV trực thăng trên thị trường .1 Mẫu máy bay không người lái Rmax 3 132 Mẫu máy bay UAV Fazer 5 14 Các bộ phận chính của máy bay trực thăng,.