CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA YẾU TỐ THỜI GIAN VÀ ĐỊA HÌNH LÊN SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HIỆU ỨNG MẶT ĐẤT
4.3 Ảnh hưởng của tán cây
Một số loại cây ăn quả có thân cao, tán rộng cũng có nhu cầu phun thuốc sâu, một số đại diện tiêu biểu ở nước ta là: Cam, vải, bưởi,…Trường hợp này trực thăng sẽ bay phía trên tán cây để phun thuốc, khi đó hiệu ứng mặt đất bị triệt
Cây lúa bị đổ
39 tiêu hoàn toàn do độ cao bay lớn. Tuy nhiên khoảng cách nhỏ từ trực thăng đến tán cây đặt ra một vấn đề cần xem xét về ảnh hưởng của tán cây lên dòng khí dưới chong chóng mang.
Chọn vải thiều Thanh Hà làm đối tượng cây được phun thuốc, loại cây này thường có tán rộng hình mâm xôi, độ cao khi trưởng thành thường cao hơn 4m nên thích hợp để triệt tiêu ảnh hưởng hiệu ứng mặt đất. Mật độ trồng sẽ phụ thuộc vào giống, độ màu mỡ của đất, điều kiện khí hậu, đầu tư ban đầu... Khoảng cách trồng vải thích hợp là 7m x 7m hoặc 8m x 8m (mật độ 205 cây và 156 cây/ha). Trong điều kiện thâm canh cao, có thể trồng với khoảng cách 3m x 4m hay 4m x 6m (mật độ 832 cây và 416 cây/ha) [8] [9].
4.3.1 Các thiết lập mô phỏng
Ta tận dụng mô hình A, tạo thêm hình 3D của cây vải, với độ cao 4m, tán có đường kính 6m và độ cao phần gốc là 1m (Hình 4.10-a). Mật độ trồng được chọn là 7m x 7m, vậy ta có mô hình 3D một khu vực trồng vải có kích thước 28m x 28m với tổng cộng 25 cây (Hình 4.10-b). Độ cao trực thăng được tính từ đỉnh tán đến càng đáp là 0.5m.
a) Mô hình cây vải b) Mô hình vườn vải Hình 4.11: Mô hình mô phỏng
Sử dụng lại các thiết lập chia lưới của mô hình A, chia lưới tự động toàn bộ khu vực vườn cây, ta thu được lưới có các chỉ số sau:
- Elements: 5647904 - Nodes: 1670324
- Skewness trung bình: 0.24272 (Thỏa mãn điều kiện theo bảng 3.3)
- Orthogonal quality trùng bình: 0.74651 (Thỏa mãn theo điều kiện bảng 3.2)
6m 4m
1m
40 Hình 4.12: Lưới khu vực gần thân cây
Các điều kiện biên theo cài đặt mô hình A, thực hiện mô phỏng transient.
4.3.2 Phân tích kết quả mô phỏng
Các kết quả định tính:
a) t = 0.5T b) t = 6T
c) t = 11T d) t = 17T
e) t = 22T f) t = 32.5T Hình 4.13: Đường dòng khi có tán cây
41 Tương tự khi bay ở độ cao 0.5m và 8m, xoáy bắt đầu xuất hiện khi chong chóng mang quay được nửa vòng, sau đó bị đẩy dần xuống. Do hình dạng đặc biệt của tán cây, xoáy đầu mũi cánh bị phần tách thành nhiều xoáy nhỏ hơn. Xoáy đặc trưng cho hiện tượng dòng rối, do đó, càng nhiều xoáy chứng tở dòng càng nhiễu loạn.
a) t = 0.5T b) t = 6T c) t = 11T
d) t = 17T e) t = 22T f) t = 32.5T Hình 4.14: Áp suất phân bố trên tán cây
a) t = 0.5T b) t = 6T c) t = 11T
d) t = 17T e) t = 22T f) t = 32.5T Hình 4.15: Phân bố vận tốc tại mặt cắt XY
Qua hình ảnh phần bố áp suất trên bề mặt tán cây (Hình 4.14) và vận tốc dòng khí tại mặt cắt XY (Hình 4.15), ta có thể giải thích hiện tượng như sau:
Pa
m/s
42 Dòng khí bị đẩy từ chong chóng mang xuống, vận tốc bị giảm đột ngột về 0 nên ta thấy áp suất lớn nhất suất hiện tại khu vực đỉnh ngọn cây. Do tán cây có dạng mặt cong nên dòng khí bị đẩy xuống đi men theo biên dạng của tán cây.
Vận tốc lớn nhất xuất hiện xung quanh tán cây tương ứng khu vực có áp suất âm.
Như vậy ta thấy một số điểm tương đồng giữa áp suất phần bố trên profil cánh và trên một mặt cong khi dòng khí có hướng đi men theo biên dạng của bề mặt.
Nhưng hiện tượng này chỉ xảy ra khi biên dạng cong đủ để không xảy ra hiện tượng tách dòng. Phân bố áp suất và vận tốc cho thấy dòng khí chủ yếu tác động vào tán cây ngay bên dưới trực thăng, vì vậy phương pháp hợp lý nhất để phun thuốc cho vườn cây ăn quả là cho trực thăng bay phía trên và phun thuốc cho từng cây một, thời gian dành cho mỗi cây khoảng hơn 2s để đảm bảo phân bố đều lượng thuốc trên tán cây.
Tuy đã thể hiện được hiện tượng, nhưng hạn chế lớn nhất của mô phỏng cây cối đó là ta chỉ có thể tạo được hình dạng 3D của tán cây chứ không thể hiện được lá cây. Tán cây trong thực tế không thể “mịn” như trong mô hình 3D và sự rung động của lá cây sẽ làm triệt tiêu áp lực của dòng khí dưới chong chóng mang. Điều này đặt ra một bài toán mới nhằm tối ưu hóa mô hình mô phỏng để giống thực tế nhất có thể.
Lực kéo:
Hình 4.16: Lực kéo tại độ cao 0.5m so với mặt đất và 0.5m phía trên tán cây Tuy độ cao bay H = 4.5m ngoài khoảng hiệu ứng mặt đất nhưng tán cây là yếu tố thay thế làm cản trở phát triển xoáy đầu mũi cánh, dẫn đến lực kéo tăng.
Với cùng khoảng cách 0.5m nhưng lực kéo khi bay trên tán cây nhỏ hơn trường hợp bay trên mặt đất nhưng vẫn lớn hơn rõ rệt khi so với trường hợp bay ở độ cao 8m (Hoàn toàn không có hiệu ứng mặt đất). Tuy không có ảnh hưởng của mặt đất nhưng tán cây cũng gây một hiệu ứng làm tăng lực kéo của trực thăng.
Vậy ta có thể kết luận rằng: tổng quát hơn của hiệu ứng mặt đất là hiện tượng khi
500 600 700 800 900
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Lực kéo (N)
Thời gian (s)
0.5m 0.5m trên tán cây 8m
43 trực thăng bay gần một vật thể khác. Điều này đặt ra vấn đề cần nghiên cứu về từng loại cây trồng để xây dựng bộ số liệu điều khiển trực thăng trước khi tiến hành hoạt các động bay.