Введение к работе
Актуальность. Одним и.і перспективных направлений развития :ельскохозяйетвенного производства яаляется применение авиационных :пособов обработки лосенок - апнаинонно-химиче'жие работы (АХР), кото->ые проводятся сельскохолшстиенными летательиьши аппаратами (СЛА), :амолетами (СХС) и вертолетами (СХВ). Современные АХР снижают себестоимость и повышакп конкурентоспособность сельхозпродукции.
Переход к интенсивным технологиям возделывания
:ельскохозяйственны> культур требует широкого и экологически )боснованного применении современных удобрений и химикатов. Стоимость и эффективность чтих препаратов очень высока и требуется :трогое дозирование при внесении на больших плошадях при сжатых ігротехнических сроках
Возможность обраолп.шать посевы в период их роста и развития, не тричиняя механических повреждений, доступность выполнения полетов ид полями во время р;< шикания почвы (когда невозможно использование іаземньїх машин), высок;»! технологичность: равномерное распределение удобрений, химикатов, большая производительность в сочетании с высоким качеством, экономическая эффективность - все это является основными предпосылками широкомасштабного применения СЛА в сельском и аесном хозяйствах.
Практика показынаот, что научно-обоснованное своевременное применение химических удобрений и средств зашиты растений авиационным :пособом может обеспечить до половины прироста урожайности сельскохозяйственных культур
В последние годы (1993...1996) по России проводится свыше 35 ви-зов самых разнообора.чных АХР. Потенциальная потребность страны, при :оответствующей экономической стабилизации, составляет около 65 видов АХР.
Недостаточно разннты теоретические положения, не решена научная проблема, связанная с принципами и методами формирования оптимального парка СЛА для авиационно-химических.работ. Отсутствует и системное їланирование перспектіїн развития сельскохозяйственной авиации как :ложной технико-экономической системы с нестационарным характером условий функционирования рынка услуг по АХР.
Тенденции развитии и масштабность АХР требуют аналитического эпределения особенностей применения сельскохозяйственных самолетов и вертолетов при разных нида.ч и методах АХР, обоснования оптимального по размерности и структуре авиационного парка как функциональной подсистемы в аеяааионноі'і специализированной системе (АСС). Необходим учет рыночных отношений и динамики изменения технологий проведения
АХР, социальных и финансово-экономических направлений реализациі конверсионных программ. Тема диссертационной работы непосредствен^ связана с планом госбюджетных научно-исследовательских работ, провс димых кафедрами "СИЛА" и "АиАП" Оренбургского Государственног университета (№ гос. регистрации 01960011340).
Цель исследований состоит в разработке концепции, теоретиче ских положений, принципов и методов функционального моделировани АСС, формировании оптимального по структуре и размерности парка C7L для проведения АХР, моделировании перспектив развития.
Объект исследований - авиационная специализированная систем для выполнения авиаиионно-химических работ по Российской Федерации странам СНГ с использованием сельскохозяйственных самолетов и вертс летов.
Задачи исследований:
1. Анализ тенденций, проблем и перспектив применения АХР
сельском хозяйстве. Обобщение функциональных схем предыдущих и<
следований.
-
Разработка концепции, функциональной схемы исследования и вь бор критериев.
-
Создание банков данных по СЛА и АХР, выбор обобщенных пок; зателей и ограничений.
-
Разработка модели функционирования АСС (компонентный а< пект) и модели структуры АСС (структурный аспект).
-
Формализация задачи оптимизации. Создание алгоритмов пар, метрического анализа и технико-экономической оценки.
-
Оптимизация режимов производственного полета на АХР.
7. Выбор рациональной организационной структуры и технолоп
ческой последовательности проведения АХР.
-
Определение областей предпочтительного применения каждого ті па СЛА в сравнении с наземными средствами.
-
Выделение зон специализации по всей номенклатуре АХР.
10. Анализ вариантов АСС, синтез структуры и размерности парі
СЛА, определение перспектив развития.
И. Формирование технических требований на новый СЛА и рек мендаций по конструктивным параметрам и эксплуатационным характер стикам вертолетов сельскохозяйственной модификации.
12. Разработка оптимальных агротехнических требований к сельск хозяйственной аппаратуре СЛА.
Методы исследований. В работе использован системный подхо основанный на комплексном использовании моделей и результатов мног факторного анализа, исследования операций и общей теории систем, к
;ов декомпозиции заанч большой размерности, факторного анализа, иг-іатического программирующий, [юлаксацин ограничений.
На научные концепции аптора наиболее существенное влияние ока-їй работы СМ. Егерл, Л.Л Бадягина, Х.Г. Сарымсакова, И.С. Голубева бласти параметрического моделирования СЛА.
Научная новизна. Впервые разработан комплекс операционных и паметрических модемен и алгоритмов исследования авиационной спе-ализированной системи для проведения авиационно-химических работ.
Сформулированы теоретические положения синтеза структуры и шерности парка, концепции исследования, в которых выделяются об-:ти предпочтительного применения разных типов СЛА и на базе этого строены принципы формнронания парка.
Предложена математическая модель АСС для проведения АХР с уче-« взаимодействия составляющих подсистем и новая функциональная эма исследования.
В ходе проведения научного исследования впервые выполнены:
анализ устойчивости рынка услуг по АХР;
прогноз потребности в типах и вариантораэмерах СЛА;
комплексные расчеты показателей эффективности для разных типов варианторазмеров СЛЛ. технологий АХР, территориальных и климатнче-их условий;
формализация н решение математической задачи отыскания опти-;льных параметров СЛЛ и технологии АХР.
Выявлены и проанализированы ограничения по технической, органи-ционной, технологической, энергетической, экономической целесообраз-істи проведения АХР с применением СЛА.
Впервые определены области предпочтительного применения авиаци-іньїх средств по сравнению с наземными методами обработки, определе-,] зоны рациональной специализации по всей номенклатуре АХР.
Поставлена и реи юна комплексная проблема определения параметри-:ских условий конкурентоспособности новой техники с учетом рыночных эрм хозяйствования,
Совокупность разработанных теоретических положений представляет ібой новое направление и области оптимизации технологий и парка ма-ин для проведения сельскохозяйственных авиационно-химических работ.
Практическая значимость. Результаты работы позволили обосно-іть потребность в сельскохозяйственных авиаработах с расширением )?еры применения авиатехники по программе Департамента воздушного эанспорта 054.05, по конверсионным программам Департамента ракетно-эсмической промышленности Министерства оборонной промышленности, Ынистерства сельского хозяйства и продовольствия РФ и Постановления
Правительства РФ № 878 от 17.11.92 г.
Предложенная функциональная схема исследования и модель системы универсальны и могут быть применены в планировании развития АХР. Методики оценки эффективности и определения условий конкурентоспособности могут быть использованы организациями: ОКБ, отделами ПАНХ территориальных управлений ГА, станциями зашиты растений, управлениями сельского хозяйства, руководителями хозяйств. Кроме того:
формулы и методики расчета могут использоваться в практике экономических расчетов при оценке эффективности применения авиации в сельском и лесном хозяйствах; - объяснен механизм влияния специфики назначения системы на технико-экономические показатели и выбор типа СЛА:
доказана перспективность применения СЛА для обработки посевов и внедрения новых видов АХР.
Благодаря гибкости и универсальности, разработанные модели могут быть применены при выборе состава и некоторых параметров технических объектов другого класса. Эффективность разработанных в диссертации теоретических положений: функциональной схемы исследования, структурного моделирования и исследования системы, операционных и параметрических моделей, методик и алгоритмов обусловлена не только увеличением круга новых задач, доведенных до численной реализации, но и сокращением сроков получения решений и улучшением их качества.
Достоверность результатов. Трехуровневая критериальная оценка позволяет проанализировать большее число вариантов АСС с использованием апробированных методов исследования. Расчетные показатели эффективности сравниваются с отчетно-статистическими данными эксплуатации систем-аналогов. Основные результаты, касающиеся размерности парка СЛА, подтверждаются независимыми исследованиями в этой области Краснодарского филиала ГосНИИГА, заявками управлений ГА.
Реализация результатов исследований. Материалы диссертации в части параметрического моделирования и определения оптимальных параметров летательных аппаратов в виде методик расчета используются в опытно-конструкторской работе Ташкентского авиационного производственного объединения им. В.П. Чкалова (ТАПОиЧ) с 1980 года, внедрены при проведении НИР "Разработка методических основ формирования воздушной транспортной системы для перевозки крупногабаритных и тяжеловесных грузов" (Минавиапром, Москва, 1982 г.), а в части областей предпочтительного применения и эффективности системы использованы при разработке "Комплексного прогноза научно-технического прогресса в ГА на 1991-2010 г.г." (ГосНИИГА, Москва, 1983 г.).
Изложенные в диссертации функциональная схема, модель системы, алгоритм, значения оптимальных параметров и выводы были использова-
ны: - в пятилетней (l!)7(i.. 1980 годы) госбюджетной НИР "Исследование перспектив применении іїимацнн в народном хозяйстве" (№ гос. регистрации 79014481, тема 12Г./2). - и госбюджетных НИР (1981...1982 годы) по теме 172/10 "Исслглинлнт- авиационном системы для аэрофотосъемки городских вооружении" и "Исследование дирижабельной системы для перевозки нефти и гази" (Ташкент, ТашПИ); - по теме 5/84 "Определение рациональных областгн применения многоцелевых вертолетов КА-32 и КА-126 в народном \<пнпстно республик Средней Азии" (КБ "Камов" УВЗ, г. Ухтомск. 19N-1 .1!)8Г> годы), - е учебном процессе авиакосмического факультета Ташкентского Государственного авиационного института.
Автором решались теоретические и практические вопросы определения прочности резерй\'а|>он СЛА для жидких грузов, оптимизировались сечения по показателю носовом эффективности при разных полетных условиях по заказу ТашХ'ГП и ТАПОнЧ (1989... 1992 годы). Математическая модель АСС для проиож'мня АХР, функциональная схема исследования, области предпочтительного применения, зоны специализации сельскохозяйственных вертолетов п самолетов, методики и алгоритмы параметрического и технико-экономического анализа: - внедрены при определении устойчивости рынка гслуг но АХР; - использовались при составлении прогноза потребности в сельскохозяйственных вертолетах и вариантов развития .АХР в Российской Федерации и странах СНГ (Постановление Правительства РФ № 15/Ні от 28.12.96 г.).
Материалы исследований также реализованы при разработке "Условий конкурентоспособности вертолета КА-126 сельскохозяйственной модификации", при проведении НИР "Исследование и разработка модели комплексной оптимизации параметров и характеристик вертолета сельскохозяйственной модификации и режимоч эксплуатации на АХР" по теме 7/И-95 (1995...1997 г.) на ПО "Стрела".
По эффективному применению новой техники на АХР (по рекомендациям диссертации) проведены семинары и специальные занятия для специалистов, выполнены серии плакатов, разработаны новые технические требования.
По материалам диссертации разработаны:
-
Рекомендации по использованию новой техники на сельскохозяйственных авиационно-хнмических работах (Министерство оборонной промышленности РФ, Москва, 1997).
-
Рекомендации но эффективному применению вертолетов КА-126 сельскохозяйственной модификации (Министерство сельского хозяйства и продовольствия РФ. Москва. 1997).
Результаты исслімішіаніш также нашли отражение в учебном процессе авиационных ВУЗон. В процессе выполнения работы были поставлены
новые учебные дисциплины: "Эффективность авиационных систем" "Системы оборудования летательных аппаратов специального примене ния". Существенно переработаны и дополнены соответствующими разде лами данной работы и традиционные учебные дисциплины. Методик; определения параметров авиационной системы и другие фрагменты ис пользованы при написании учебных пособий: - "Руководство по дипломно му проектированию". - Ташкент: ТашПИ, 1981; - "Определение эффектив ности авиационной системы по вероятности выполнения основных стадиі функционирования". - Оренбург: ОГУ. 1997 (подготовлено к изданию).
Апробация работы. Основные положения, материалы и результаті работы докладывались и обсуждались:
на 19-ти научно-теоретических и технических конференциях Таш кентского политехнического (1977...1992 годы), химико-технологическогс (1992...1994 годы) институтов;
на первой (г. Самарканд, 1978) и второй (г. Ташкент, 1980) Республиканских конференциях молодых ученых и специалистов АН Уз.ССР;
на НТС отдела Главного конструктора ТАПОиЧ, на заседаниях ка федр 101 МАИ (г. Москва) и "Конструкция и проектирование самолетов' ТашПИ, Ученого совета самолетостроительного факультета ТашГТЬ (1981...1984 годы);
на 18-ой научно-технической конференции в ОКБ им. O.K. Антоно ва (г. Киев, 1987);
в отделе 011 "Перспективная авиационная техника" ГосНИИГА (г Москва), Московской зональной лаборатории ВНИИПАНХ, в Грузинско* политехническом институте, Иркутском институте инженеров транспорта Ухтомском вертолетном заводе им. Н.И. Камова, Ульяновском авиацион ном комплексе, на предприятиях п/я: Г-4903, Р-6327, М-5050, А-3395, В 2481, в лаборатории "Вертолетный транспорт" УзНПО "Кибернетика" (г Ташкент), Куйбышевском и Харьковском авиационных институтах, Мо сковском институте инженеров Гражданской авиации, на НПО "Красмаш' (1983...1993 годы);
на Международной конференции "Памяти пионеров космонавтик и астронавтики" (г. Москва, 1990);
на ПО "СТРЕЛА" с участием Главного конструктора фирмь "Камов" (г. Оренбург, 1995...1997), на научных семинарах в Оренбургскол Государственном университете (1995...1997 годы), на первом Международ ном конгрессе "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышлен ности и энергетики будущего" (г. Тюмень, 1996);
на второй и третьей Международных научно-технических конфе ренциях "Концепции развития и высокие технологии производства и ре монта транспортных средств-в условиях постиндустриальной экономики'
(г. Оренбург, 1995...19!)"/ і оди), па отдельном рабочем заседании Всероссийской научно-методическом конференции (г. Рубцовск, 1995);
- на Ученых соврт;і\ Оренбургского Государственного университета (1996...1997 годы), на стлнцнн аашнти растений, НТС Главного управления сельского хозяйств Оренбургской области, отдела ПАНХ Оренбургского объединенного авиаотряда (1995...1997 годы).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 75 работ, в том числе 13 отчетов по заш'рішчміим НИР и депонированным во ВНТИЦ, 22 статьи, четыре учебных посопші, дне рекомендации по выполнению сельскохозяйственных АХР, лма методических указания. 16 тезисов в материалах Всесоюзных, Всероссийских и Международных конгрессов, конференций и семинаров, 16 информационных листков Оренбургского ЦНТИ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, семи глин и иыводов и занимает 265 страниц машинописного текста. Содержат»- иллюстрировано 74 рисунками и 46 таблицами. 12 приложений к диссертации оформлены на 90 страницах. Список литературы - 220 наименований.
