제3발표장 : 생물생산시설 및 환경공학 분야 ; 온실의 잉여 공기열 히트펌프 활용에 따른 에너지 절감 효과

양승환 ( Seung Hwan Yang ),이춘구2 ( Chun Gu Lee ),아쉬티아니-아라기 ( Alireza Ashtiani Araghi ),김준용 ( Joon Yong Kim ),권태형 ( Tae Hyung Kwon ),이중용 ( Joong Yong Rhee ) 한국농업기계학회 2013 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.18 No.1

멀칭 동시 마늘 정밀 파종기 시작기 개발

이춘구 ( Chun Gu Lee ),최승렬 ( Seung Ryul Choi ),문태익 ( Tae Ick Moon ),유승화 ( Seung-hwa Yu ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

국내 마늘파종기의 경우 한지형 마늘 재배지역 일부에서 경운기 부착형 파종기를 사용하고 있을 뿐 난지형 마늘파종기의 경우 비닐피복 적응성과 파종자세 등의 문제로 이용률이 낮은 상태이다. 농가 인력 감소 및 고령화가 심각해짐에 따라 정밀 파종기술 및 두둑 성형, 비닐 피복을 동시에 수행하는 자주식 마늘파종 복합기계화기술 개발이 필요하다. 이에 따라 기존의 자주식 마늘파종기를 개선하여 멀칭 동시 자주식 마늘 파종기 시작기를 개발하였다. 시작기는 6조식 이앙기의 전륜변속기를 기본모델로 하여 보완 설계를 통하여 제작하였다. 변속은 전진 2단 후진 1단으로 기어를 배치하였고 조향은 핸들을 이용해 할 수 있도록 구성하였다. 작업은 두둑성형, 파종, 비닐피복이 연속적으로 수행될 수 있도록 하였다. 주간 및 조간 간격은 마늘의 생육에 큰 영향을 미치는 요인이므로 스퍼어기어와 체인기어를 혼합하여 주간조절장치를 설계하였다. 작업 속도는 14m/min으로 제작하였고 마늘은 조파식으로 파종하였다 비닐 피복시 잡초 발아를 억제하기 위하여 피복 전 제초제를 살포할 수 있도록 시스템을 구현하였다. 현장 실험 후 동력 전달 부분에 과도한 부하가 걸리는 것을 파악하여 보완하였으며 10월 말에 실제 마늘 파종을 수행하며 추가적인 보완을 수행할 예정이다.

드론 방제기 비산 측정을 위한 비산 입자 수집장치 설계

이춘구 ( Chun-gu Lee ),최용 ( Yong Choi ),최일수 ( Ilsu Choi ),김영화 ( Younghwa Kim ),우제근 ( Jea-keun Woo ),문석표 ( Seok Pyo Moon ),이상봉 ( Sangbong Lee ),이지근 ( Jee-keun Lee ),홍세운 ( Se-woon Hong ),유승화 ( Seung-hwa Yu 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

병해충이 발생하면 작물의 생산량이 큰 폭으로 감소하여 이를 막기 위한 방제작업은 반드시 필요하다. 그러나 방제 중 살포하는 농약으로 인한 환경오염 및 농산물 잔류가 문제시 되고 있다. 국내에서는 2019년부터 농약 허용 기준 강화제도(Positive List System, PLS)가 시행되어 농산물의 잔류 농약에 대해 관리하고 있다. 최근 증가하는 무인항공기를 이용한 항공 방제의 경우 높은 고도에서 살포하는 만큼 약제의 일부가 비산될 가능성이 있으며 이는 이웃한 경작지에 PLS 위반이라는 피해를 불러일으킬 수 있다. 이를 대비하기 위하여 드론 방제기의 비산량 및 비산거리를 측정하는 방법 마련이 필요하나 국내에서 비산측정에 대한 연구가 부족한 상황이다. 이에 따라 본 연구에서는 비산 측정과 관련된 국제표준인 ISO 22866을 참조하여 비산 입자 측정을 위한 수동 수집 장치를 설계하고자 하였다. 우선 ISO 표준을 참조하여 수집 효율이 좋고 단면적을 명확하게 계산할 수 있는 polyethylene(PE) 튜브를 수집기로 사용하고자 하였다. 수집기 설치는 붐방제기에 대한 기준을 참조하여 지면으로부터 4m 높이까지 1m 간격으로 설치하고자 하였다. 이에 따라 수집기를 설치할 수집 장치의 높이는 4.5m로 설정하였다. 이송 및 보관의 편리성을 위하여 수집 장치는 받침부와 2m 길이의 상·하부 기둥으로 분리하였고 현장에서 조립할 수 있도록 하였다. 설계안을 검토하여 실제 제작한 후 향후 드론 방제기의 비산 측정 실험에 활용하고자 한다.

드론 방제기 비산 저감을 위한 분무 시스템 기초 연구

이춘구 ( Chun-gu Lee ),최용 ( Yong Choi ),최일수 ( Ilsu Choi ),김영화 ( Younghwa Kim ),우제근 ( Jea-keun Woo ),문석표 ( Seok Pyo Moon ),이상봉 ( Sangbong Lee ),이지근 ( Jee-keun Lee ),홍세운 ( Se-woon Hong ),유승화 ( Seung-hwa Yu 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

높은 작업 효율과 작업의 편리성으로 인하여 국내에서 드론 및 무인헬기를 활용한 방제 작업이 점차 증가하고 있다. 2022년 농작업 기계화율 조사에 따르면 국내 벼 농가의 절반 이상이(52.2%) 무인항공기를 이용하여 방제를 수행하였다. 그러나 항공방제 작업이 점차 증가하는 만큼 이로 인한 비산 피해에 대한 우려가 증가하고 있다. 특히 2019년부터 국내에 본격적으로 도입된 농약 허용기준 강화제도(Positive List System, PLS)로 인하여 잔류 농약 기준이 엄격해지면서 농민 간에 분쟁으로까지 이어지고 있다. 드론 방제기의 경우 분무가 공중에서 이루어지기 때문에 지상 방제기보다 측면풍에 영향을 많이 받게 된다. 이에 따라 드론 방제기에서 발생하는 비산을 저감하기 위하여 분무 장치에 이용되는 노즐들의 특성을 분석하고자 하였다. 입도분석기(Spraytec)을 이용하여 분무 입자 지름(Volume median diameter, VMD)을 측정하고 분무 입자를 수집하여 유량을 측정하였다. 분석에는 3가지 노즐(AI, XR, DG)을 활용하였고 압력도 3단계(230, 280, 330kPa)로 조절하며 측정하였다. 노즐별 VMD는 AI > DG > XR 순으로 나타났다. 일반적으로 VMD가 클수록 비산이 덜 되는 만큼 AI 노즐이 비산에는 가장 강한 것으로 판단된다. 압력이 증가함에 따라 세 노즐 모두 VMD는 감소하였고, 유량은 증가하였다. 즉, 압력 조절에 따라 드론 방제기의 분사량을 변화시킬 수는 있었지만, 분무 입자의 직경도 변화하므로 항공 방제시 이를 참고해야 할 것으로 판단된다. 생물학적 방제효과를 고려하여 적정 분무 입자의 크기를 결정하기 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.

드론을 활용한 배 인공수분 시스템 개발을 위한 기초 연구 - 호분 형태에 따른 착과율 분석 -

이춘구 ( Chun-gu Lee ),최일수 ( Ilsu Choi ),최덕규 ( Duck-kyu Choi ),우제근 ( Jea-keun Woo ),이상봉 ( Sangbong Lee ),김애진 ( Aejin Kim ),서호진 ( Ho Jin Seo ),유승화 ( Seung-hwa Yu ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

과수의 수분은 꿀벌 등의 화분 매개 곤충을 통해 주로 이루어졌으나 최근 수분수와 곤충의 감소 등으로 인공수분을 실시하는 농가가 증가하고 있다. 특히 국내 배 생산의 80%를 차지하는 신고배의 경우 꽃가루가 없어 인공수분 작업이 필수적이다. 그러나 인공수분이 가능한 시기가 짧고, 농촌의 노동력 부족으로 인하여 인공수분에 어려움을 호소하는 농가가 늘어나고 있다. 과수 농가의 노동력 절감 및 생산성 증가를 위하여 인공수분을 위한 농작업기 개발이 필요하다. 본 연구에서는 기초 연구로 두 형태의 화분을 드론 살포 후 착과 결과를 분석하여 드론 인공수분의 가능성을 검토하였다. 드론 인공수분 시스템의 살포 방식을 결정하기 위하여 가루형태와 화분현탁액 형태의 화분을 배나무에 살포하여 착과율을 분석하였다. 추가로 망처리에 의한 효과도 함께 분석하였다. 실험은 전남 나주의 신고배 재배 농가에서 수행하였다. 가루화분 살포에는 입제 살포기가 설치된 SG-10P를, 물수분은 약제 살포 장치가 설치된 SG-24 기체를 활용하였다. 드론 수분기의 가능성 검토를 위해 화분 살포량은 인공수분 작업에 비해 약 15배에 달하는 양을 살포하였다. 실험결과 착과율은 가루수분(66.5%), 화분현탁액(49.4%)로 나타났다. 또 화분현탁액 사용시 망처리를 한 경우 착과율이 감소하여 화분 살포에 따른 곤충 유인 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 드론용 배 인공수분기를 개발할 때 가루형태의 화분을 대상으로 하는 것이 적합할 것으로 보이며 살포 성능 향상 및 화분 소모량 감소를 위하여 꽃 근처에서 화분 살포가 가능한 장비 개발이 필요하다고 판단된다.

고추 보온터널 설치기 시험장치 개발

이춘구 ( Chun Gu Lee ),최덕규 ( Duck-kyu Choi ),최일수 ( Ilsu Choi ),우제근 ( Jea-keun Woo ),유승화 ( Seung-hwa Yu ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1

고추 재배면적은 조미채소 재배면적 중 가장 넓은 면적(31,146ha, 34.9%)을 차지하나 기계화율(47.0%)은 다른 작물에 비해 낮은 상황이다. 고추는 노동집약적 작물로 노동투입시간이 타 양념채소 대비 높아 기계화 요구가 높다(고추 142시간/10a, 마늘 114시간/10a, 양파 99시간/10a). 고추 재배를 위한 여러 작업 중 보온터널 설치는 고추의 조숙재배를 위해 수행하며 정식 시기의 생육 불량함을 방지할 수 있다. 또, 수확 시기를 앞당기고 수확량을 높일 수는 있으나 활대 설치에 노동력이 과도하게 투입되는 단점이 있다. 이에 따라 고추 보온 터널 설치기 개발이 필요하나 국내외에서 이에 대한 연구가 부족한 상황이다. 본 연구에서는 고추 보온 터널 설치기 개발을 위하여 고추 재배에 대한 기초 조사를 수행하고 이를 바탕으로 보온터널 설치를 위한 시험장치를 설계, 제작하였다. 기초 조사를 위하여 고추 수확 면적이 넓은 경상북도 2개소, 전라남도 1개소, 전라북도 1개소의 농가를 방문하였다. 현장 방문을 통하여 재배 양식 및 터널 설치 규격, 토양 환경 등을 조사하였다. 기계화를 위한 표준 재배양식을 조사한 결과 고추는 1줄로 재배하며 조간은 120cm, 주간은 35~40cm로 설정하며 두둑 높이와 두둑폭은 각각 25, 60 cm로 조사되었다. 터널재배에 사용하는 터널의 규격도 조사하였으나 농가별로 다양하게 나타났다. 조사된 결과를 바탕으로 보온 터널 설치를 위한 시험장치를 설계하였고, 이를 제작하였다. 향후 이를 이용하여 성능 평가 실험을 수행하여 개선된 제품을 개발하고자 한다.

절연형 벅 컨버터가 적용된 승압형 태양광 피드백 차동전력조절기

이춘구(Chun-Gu Lee),박종후(Joung-Hu Park) 전력전자학회 2016 전력전자학술대회 논문집 Vol.2016 No.7

논 콩 항공방제시 비행조건에 따른 비산저감노즐과 관행노즐의 방제 성능 분석

이춘구 ( Chun Gu Lee ),유승화 ( Seung-hwa Yu ),이지근 ( Jeekeun Lee ),강영호 ( Youngho Kang ) 한국농업기계학회 2022 농업기계공학 Vol.2 No.1

The purpose of this study is to analyze the effects of nozzle types and flight conditions of Unmanned Aerial Vehicle on spraying performance in field condition. Octocopter with conventional nozzles and developed nozzle was tested in soybean field. The performance of nozzles were evaluated in terms of the coverage and penetration ratio accoring to three flight speed (2,3,4 m/s) and three flight altitude (2,3,4 m). Spray droplets were collected with water sensitive paper at upper and middle part of plant. As a result of the experiment, the coverage of the developed nozzle was higher than that of the conventional nozzle under all conditions. As the flight speed increased, the coverage of both nozzles decreased, with the conventional nozzle decreasing even more. As the flight altitude increased, the coverage decreased, but the difference was not significant. In the case of spray droplet penetration rate, developed nozzle was higher than conventioanl nozzle. As a result of analysis, it was found that the developed nozzle had better spraying performance than the conventional nozzle. And since an increase in flight speed has a large effect on the coverage, it seems that the effective application rate of the plant protection product should be identified.

비산 예측 모델 개발을 위한 살포 약제 선정에 관한 연구

이춘구 ( Chun Gu Lee ),이지근 ( Jee-keun Lee ),홍세운 ( Se-woon Hong ),유승화 ( Seung-hwa Yu ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

국내 농촌 인구는 지속적으로 감소하며 고령화가 가속화되고 있어 외국인을 포함한 외부 노동력에 의존하고 있으나 이마저도 부족한 상황이다. 이에 따라 노동력을 절감할 수 있는 신기술 개발이 필요한 상황이다. 최근 기술의 발전에 따라 농업의 스마트화가 진행되고 있는 가운데 드론을 활용 농업이 고령화 농업의 대책으로 부상하고 있다. 드론산업은 첨단기술 융합산업으로 잠재력이 크며, 국내외 드론 시장이 확대되고 농업분야 활용에 대한 관심이 증가되고 있다. 특히 농촌진흥청의 조사에 따르면 국내 보급된 농업용 드론의 93.5%가 방제용 드론으로 방제 분야에 있어 차지하는 비중이 매우 크다고 하겠다. 그러나 드론 방제 작업도 분무 중에 발생하는 비산 문제를 해결할 필요가 있다. 특히 2019년 PLS 제도가 도입된 이후 방제중 발생한 비산으로 인하여 농민들간의 분쟁이 점차 증가하고 있는 만큼 비산을 예측하고 이를 저감할 수 있는 방안을 마련하는 것이 시급하다고 하겠다. 드론에서 발생하는 비산의 양과 거리를 예측하기 위한 모델을 개발하기 위하여 우선 전용 약제와 살포량 선정을 수행하였다. 시중에 공급된 작물보호제 중 항공방제용으로 승인된 약제를 대상으로 조사하였으며 전문가들과의 검토를 통하여 이용비중이 높은 약제를 선정하였다. 또 해당 약제들의 희석 비율에 따른 살포량을 결정하였고 노즐의 분무량에 따른 비행속도에 대한 식도 연구하였다. 향후 해댱 약제들에 대한 물성도 분석하여 비산을 예측할 수 있는 모델을 만들고 현장 실험을 통해 검증을 수행하도록 하겠다.

드론을 이용한 등검은말벌집용 약제 분무시스템 시작기 제작

이춘구(Chun Gu Lee),유승화(Seung-Hwa Yu) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.11

2003년부터 국내에 확산한 등검은말벌로 인한 양봉 농가들의 피해가 심각하다. 등검은말벌을 방제하기 위하여 다양한 방법들을 사용하고 있으나 말벌집이 나무 위에 위치하여 접근이 어렵다. 농업용 드론은 비행할 수 있고 필요한 기능에 따라 다양한 작업기의 부착이 가능하므로 등검은말벌집을 제거하기에 적합할 것으로 판단된다. 이에 따라 본 연구에서는 등검은말벌집용 약제 분무 시스템의 시작기를 제작하고 평가하였다. 약제 분무 시스템은 원거리에서 방제용 약액 분사를 위한 분사대가 장착된 분무 시스템, 탄환을 발사하여 말벌집에 구멍을 뚫어 직간접적인 방제 효과를 노리는 타공장치, 작업자의 드론 조정 및 분무 시스템의 조준을 위한 모니터링 장치, 장치들을 제어하고 분무 시스템 및 타공장치의 각도를 조절하는 원격 통신 장치로 구성되었다. 실내에서 약제 분무 시스템의 원격제어 성능 테스트를 진행한 결과 20m까지 정상적으로 작동하였다. 타공장치와 분무 시스템의 정확도를 측정한 결과 5m까지는 탄환과 분무액이 정확하게 도달하고 정밀도도 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 타공장치를 이용하여 5m 거리에서 말벌집에 구멍을 뚫은 결과 구멍이 생성되는 것을 확인하였다. 따라서 본 약제 분무 시스템을 이용하여 말벌집 방제를 수행하는 경우 말벌집으로부터 5m 이내까지 근접할 필요가 있겠다. 개발한 시작기를 이용하여 현장에 발생한 등검은말벌집에 방제를 수행한 결과 원거리에서 효과적으로 말벌집 방제를 수행하였다. 향후 보완을 통하여 비행시간을 증가시키고 작업 거리를 증가시키는 등의 개선을 수행하여 최종 시제품을 제작하면 국내 등검은말벌의 개체 수를 줄이는 데 일조할 수 있을 것으로 기대된다. The damage to beekeepers due to the Asian hornet is serious. Various methods are used to control the Asian hornet. A hornet hive is difficult to remove because of its location. Agricultural drones are suitable for removing the hive because they can fly, and various working devices can be attached. Accordingly, a prototype of a pesticide spraying system for Asian hornet hives was manufactured and tested. The prototype consisted of a spraying system, a perforation device, a monitoring system, and a remote control system. The remote control performance of the prototype was tested, and it operated normally. The accuracy of the perforation device and the spraying system was good, up to 5m, with reasonable precision. Holes were made due to the use of a perforation device in 5m. Therefore, it is necessary to approach the hive within 5m with the operator control using this spraying system. The developed prototype was effective in controlling the Asian hornet hive in the field. This prototype is expected to help reduce the number of Asian hornet populations by making final prototypes by performing improvements.