一種航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)，包括：真實飛行風(fēng)速模擬裝置和噴霧控制裝置；真實飛行風(fēng)速模擬裝置包括：風(fēng)機裝置、穩(wěn)定腔和收縮腔；穩(wěn)定腔和收縮腔依次相連，風(fēng)機裝置設(shè)置在穩(wěn)定腔的入口處；收縮腔入口的橫截面面積與出口的橫截面面積的比值大于第一預(yù)設(shè)閾值；噴霧控制裝置包括：儲水罐、隔膜泵、導(dǎo)流管道、噴霧噴頭、激光粒度儀和數(shù)據(jù)采集裝置；噴霧控制裝置還包括：流量調(diào)節(jié)裝置和/或管壓調(diào)節(jié)裝置；其中，噴霧噴頭設(shè)置在收縮腔的出口處，激光粒度儀設(shè)置在噴霧噴頭遠離收縮腔的一側(cè)，用于測量噴霧噴頭噴出霧滴的粒徑，并將測量的霧滴粒徑發(fā)送給數(shù)據(jù)采集裝置。本發(fā)明能夠有效模擬真實飛行風(fēng)速，直接獲得噴頭噴出的霧滴粒徑分布。
【專利說明】
一種航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 固定翼飛機植保作業(yè)具有航速快，噴幅大，載藥量多，繼航時間長，受地形限制少 等特點，與傳統(tǒng)的人工、半機械化植保作業(yè)方式相比，其作業(yè)經(jīng)濟效益非常顯著。然而，由于 側(cè)風(fēng)等環(huán)境因素導(dǎo)致的霧滴飄移問題目前仍是固定翼飛機在植保作業(yè)過程中面臨的主要 問題。帶來嚴重的水土資源污染、非目標作物藥害、人畜健康威脅等問題。而霧滴粒徑大小 是影響霧滴飄移的重要因素之一。
[0003] -般來說，霧滴粒徑越大，其飄移損失越小，但其噴施均勻性和冠層穿透性較差。 當霧滴粒徑減小后，其在目標區(qū)域的沉積均勻性提高，但同時會降低沉積率，增大飄移損 失。目前對霧滴粒徑分布的測量方式主要有地面噴霧實驗和真實飛行實驗兩種。
[0004] 在地面噴灑實驗過程中，霧滴粒徑大小主要受到管道壓力，噴頭類型等影響。目前 關(guān)于地面噴灑實驗的發(fā)明主要用于模擬地面及果園噴霧環(huán)境，所需風(fēng)速較低（l〇m/ S以下）， 風(fēng)速變化主要影響霧滴空間分布，并不能對霧滴粒徑產(chǎn)生明顯影響。因此可見，地面噴灑實 驗方式無法模擬農(nóng)用飛行器飛行時的高速氣流(50m/s以上)對霧滴粒徑分布的重要影響。
[0005] 在航空噴藥過程中，霧滴粒徑除了受到管道壓力，噴頭類型等影響外，還會受到來 流風(fēng)速，噴頭安裝角度等條件影響。真實飛行測試由于無法直接將霧滴粒徑測量儀安裝在 噴頭出口處，一般只能采用水敏試紙收集沉積到地面的霧滴，并通過圖像識別的方式統(tǒng)計 霧滴粒徑分布規(guī)律。這一方式一方面受空氣溫濕度和氣象環(huán)境影響較大，噴頭產(chǎn)生霧滴和 沉積到地面的霧滴存在粒徑差異，高蒸發(fā)率和側(cè)風(fēng)都會對結(jié)果造成極大影響。另一方面，該 方式需要協(xié)調(diào)飛機配合實驗，測試成本極高，無法開展多參數(shù)、大數(shù)據(jù)樣本的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種半航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)，能夠有 效模擬真實飛行風(fēng)速，直接獲得噴頭噴出的霧滴粒徑分布。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
[0008] -種航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)，包括:真實飛行風(fēng)速模擬裝置和噴霧控制裝置；
[0009] 所述真實飛行風(fēng)速模擬裝置包括:風(fēng)機裝置、穩(wěn)定腔和收縮腔；
[0010] 所述穩(wěn)定腔和收縮腔依次相連，所述風(fēng)機裝置設(shè)置在所述穩(wěn)定腔的入口處;所述 收縮腔的入口的橫截面面積與出口的橫截面面積的比值大于第一預(yù)設(shè)閾值；
[0011] 所述風(fēng)機裝置用于產(chǎn)生第一風(fēng)速的初始模擬風(fēng)，所述初始模擬風(fēng)通過所述穩(wěn)定腔 和收縮腔之后達到第二風(fēng)速的實驗?zāi)M風(fēng);其中，第二風(fēng)速大于第一風(fēng)速；
[0012] 所述噴霧控制裝置包括:儲水罐、隔膜栗、導(dǎo)流管道、噴霧噴頭、激光粒度儀和數(shù)據(jù) 采集裝置;所述噴霧控制裝置還包括:流量調(diào)節(jié)裝置和/或管壓調(diào)節(jié)裝置；
[0013] 其中，所述噴霧噴頭設(shè)置在所述收縮腔的出口處，所述激光粒度儀設(shè)置在所述噴 霧噴頭遠離所述收縮腔的一側(cè)，用于測量所述噴霧噴頭噴出霧滴的霧滴粒徑，并將測量的 霧滴粒徑發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集裝置；
[0014] 通過控制所述風(fēng)機裝置產(chǎn)生的初始模擬風(fēng)的第一風(fēng)速、所述噴霧噴頭的設(shè)置角 度、所述流量調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)的流量大小和/或所述管壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)的管壓大小，對所述噴 霧噴頭噴出霧滴的霧滴粒徑進行測試。
[0015] 優(yōu)選地，所述收縮腔為依據(jù)下述至少一種收縮曲線設(shè)計得到的收縮腔：
[0016] 維辛斯基曲線、雙3次曲線、5次方曲線和/或多軸維辛斯基曲線。
[0017] 優(yōu)選地，所述穩(wěn)定腔為圓柱形腔狀結(jié)構(gòu)；
[0018] 其中，所述穩(wěn)定腔的長度大于所述收縮腔的長度，所述收縮腔的長度不小于所述 穩(wěn)定腔的直徑。
[0019] 優(yōu)選地，所述穩(wěn)定腔中設(shè)置有蜂窩器和/或阻尼網(wǎng)。
[0020] 優(yōu)選地，所述第一預(yù)設(shè)閾值為6。
[0021] 優(yōu)選地，所述真實飛行風(fēng)速模擬裝置還包括依次相連的:方轉(zhuǎn)圓連接腔、軟連接腔 和擴散腔；
[0022] 其中，所述擴散腔與所述穩(wěn)定腔相連;相應(yīng)地，所述風(fēng)機裝置設(shè)置在所述方轉(zhuǎn)圓連 接腔的入口處；
[0023] 其中，所述方轉(zhuǎn)圓連接腔用于接收所述風(fēng)機裝置產(chǎn)生的風(fēng)，所述擴散腔出口的橫 截面面積大于所述擴散腔入口的橫截面面積，所述擴散腔用于將氣體進行擴散，保證氣體 快速流入所述穩(wěn)定腔。
[0024] 優(yōu)選地，所述風(fēng)機裝置包括:變頻器以及風(fēng)機;所述風(fēng)機包括離心式風(fēng)機和/軸流 式風(fēng)機;所述變頻器用于控制所述風(fēng)機的出風(fēng)風(fēng)速。
[0025]優(yōu)選地，所述噴霧噴頭包括離心式霧化器和/或壓力噴頭。
[0026] 優(yōu)選地，所述流量調(diào)節(jié)裝置包括流量控制閥和流量計;所述管壓調(diào)節(jié)裝置包括減 壓閥和壓力傳感器；
[0027] 其中，所述流量計和/或所述壓力傳感器與所述數(shù)據(jù)采集裝置相連。
[0028] 優(yōu)選地，所述噴霧控制裝置還包括:霧滴收集器；
[0029] 所述霧滴收集器用于收集所述噴霧噴頭噴出的霧滴，并通過相應(yīng)管道返回儲水 罐。
[0030] 由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明所述的航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)，利用真實飛行 風(fēng)速模擬裝置模擬出真實的飛行風(fēng)速氣流，然后采用噴霧控制裝置進行噴霧相關(guān)參數(shù)控 制，進而直接測量噴霧噴頭噴出霧滴的霧滴粒徑分布。本實施例實現(xiàn)了在地面上進行航空 施藥噴霧的真實模式測試實驗，實驗得到的霧滴粒徑分布較為接近實際操作結(jié)果，因而具 有實際指導(dǎo)意義。
[0031] 此外，本發(fā)明所述的航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)，提供了一種植保作業(yè)中規(guī)范及 定量化測量農(nóng)業(yè)航空施藥霧滴粒徑分布規(guī)律的自動測試系統(tǒng)。相比現(xiàn)有的測試系統(tǒng)，本實 施例能夠?qū)崿F(xiàn)噴施壓力，噴灑流量，作業(yè)風(fēng)速，噴頭角度的全方位調(diào)節(jié)，為農(nóng)業(yè)航空施藥所 需藥量及霧滴粒徑范圍提供理論指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0032] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明 的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 這些附圖獲得其他的附圖。
[0033] 圖1是本發(fā)明第一個實施例提供了一種航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0034] 圖2是本發(fā)明第一個實施例中真實飛行風(fēng)速模擬裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖3是本發(fā)明第一個實施例中噴霧控制裝置200的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4是本發(fā)明第二個實施例中收縮腔103的設(shè)計曲線；
[0037] 圖5是本發(fā)明第三個實施例中真實飛行風(fēng)速模擬裝置100的一種具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0038] 圖6是本發(fā)明第四個實施例中真實飛行風(fēng)速模擬裝置100的一種具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0039] 圖7是本發(fā)明第六個實施例中噴霧控制裝置200的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖8是霧滴體積中徑受風(fēng)速和管道壓力影響的響應(yīng)曲面示意圖；
[0041 ]圖9是受噴頭角度及管道壓力影響的響應(yīng)曲面示意圖。
【具體實施方式】
[0042] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0043] 由于霧滴初始粒徑分布對于固定翼飛機霧滴飄移問題的研究十分重要，而針對真 實飛行環(huán)境進行飛行實驗一方面花費較大，一方面缺乏直接的霧滴粒徑測量手段，只能采 用間接的地面沉積測量方法，受空氣溫濕度和環(huán)境因素影響較大。
[0044] 針對上述問題，本發(fā)明提供了一種航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)，在地面上模擬出 飛機真實飛行的風(fēng)速氣流，以直接測量飛機在植保作業(yè)過程中航空噴頭噴出霧滴的霧滴粒 徑。
[0045] 本發(fā)明第一個實施例提供了一種航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)，參見圖1~圖3,該 系統(tǒng)包括:真實飛行風(fēng)速模擬裝置100和噴霧控制裝置200;
[0046] 其中，圖1示出了本發(fā)明第一個實施例提供了一種航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)示意圖。圖2示出了真實飛行風(fēng)速模擬裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3示出了噴霧控制裝置 200的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 參見圖2,所述真實飛行風(fēng)速模擬裝置100包括:風(fēng)機裝置101、穩(wěn)定腔102和收縮腔 103；
[0048] 所述穩(wěn)定腔102和收縮腔103依次相連，所述風(fēng)機裝置101設(shè)置在所述穩(wěn)定腔102的 入口處;所述收縮腔103的入口的橫截面面積與出口的橫截面面積的比值大于第一預(yù)設(shè)閾 值;優(yōu)選地，為了保證所述收縮腔的收縮效果，所述第一預(yù)設(shè)閾值可以取值6,即收縮腔103 的入口的橫截面面積與出口的橫截面面積的比值大于6。
[0049] 所述風(fēng)機裝置101用于產(chǎn)生第一風(fēng)速的初始模擬風(fēng)，所述初始模擬風(fēng)通過所述穩(wěn) 定腔102和收縮腔103之后達到第二風(fēng)速的實驗?zāi)M風(fēng);其中，第二風(fēng)速大于第一風(fēng)速;第二 風(fēng)速和第一風(fēng)速存在一定的關(guān)系，該關(guān)系取決于穩(wěn)定腔的長度、穩(wěn)定腔出口和入口的橫截 面面積、收縮腔的長度以及收縮腔的出口和入口的橫截面面積。
[0050] 其中，所述穩(wěn)定腔102用于對風(fēng)機裝置101產(chǎn)生的第一風(fēng)速的初始模擬風(fēng)進行導(dǎo)順 和拉勻，以保證氣流的品質(zhì);所述收縮腔103用于對風(fēng)機裝置101產(chǎn)生的第一風(fēng)速的初始模 擬風(fēng)進行加速，以達到第二風(fēng)速的實驗?zāi)M風(fēng);所述收縮腔103除了可以提高氣流速度之 外，還具有提高氣流均勻性的作用。
[0051] 優(yōu)選地，為了更好地起到導(dǎo)順和拉勻的效果，所述穩(wěn)定腔102為圓柱形腔狀結(jié)構(gòu)。 不過所述穩(wěn)定腔102的結(jié)構(gòu)并不限于此。由于所述穩(wěn)定腔的長度一般較長，因此所述穩(wěn)定腔 102的入口的橫截面面積和出口的橫截面面積不一定必須相等，即所述穩(wěn)定腔102的入口的 橫截面面積和出口的橫截面面積的比值可以控制在一定范圍內(nèi)，如0.8~1.2之間。
[0052]參見圖3，所述噴霧控制裝置200包括:儲水罐201、隔膜栗201、導(dǎo)流管道203、噴霧 噴頭204、激光粒度儀205和數(shù)據(jù)采集裝置206;所述噴霧控制裝置200還包括:流量調(diào)節(jié)裝置 207和/或管壓調(diào)節(jié)裝置208;
[0053]其中，所述噴霧噴頭204設(shè)置在所述收縮腔103的出口處，所述激光粒度儀205設(shè)置 在所述噴霧噴頭204遠離所述收縮腔103的一側(cè)，用于測量所述噴霧噴頭204噴出霧滴的霧 滴粒徑，并將測量的霧滴粒徑發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集裝置206;
[0054]通過控制所述風(fēng)機裝置101產(chǎn)生的初始模擬風(fēng)的第一風(fēng)速、所述噴霧噴頭204的設(shè) 置角度、所述流量調(diào)節(jié)裝置207調(diào)節(jié)的流量大小和/或管壓調(diào)節(jié)裝置208調(diào)節(jié)的管道壓力大 小，對所述噴霧噴頭噴出霧滴的霧滴粒徑進行測試。
[0055] 本實施例所述的航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)，利用真實飛行風(fēng)速模擬裝置模擬出 真實的飛行風(fēng)速氣流，然后采用噴霧控制裝置進行噴霧相關(guān)參數(shù)控制，進而直接測量噴霧 噴頭噴出霧滴的霧滴粒徑分布。本實施例實現(xiàn)了在地面上進行航空施藥噴霧的真實模式測 試實驗，實驗得到的霧滴粒徑分布較為接近實際操作結(jié)果，因而具有實際指導(dǎo)意義。
[0056] 此外，本實施例所述的航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)，提供了一種植保作業(yè)中規(guī)范 及定量化測量農(nóng)業(yè)航空施藥霧滴粒徑分布規(guī)律的自動測試系統(tǒng)。相比現(xiàn)有的測試系統(tǒng)，本 實施例能夠?qū)崿F(xiàn)噴施壓力，噴灑流量，作業(yè)風(fēng)速，噴頭角度的全方位調(diào)節(jié)，為農(nóng)業(yè)航空施藥 所需藥量及霧滴粒徑范圍提供理論指導(dǎo)。
[0057]本發(fā)明第二個實施例提供了上述收縮腔103的一種具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
[0058] 在本發(fā)明第二個實施例中，所述收縮腔103為依據(jù)下述至少一種收縮曲線設(shè)計得 到的收縮腔：
[0059] 維辛斯基曲線、雙3次曲線、5次方曲線和/或多軸維辛斯基曲線。
[0060] 其中，維辛斯基曲線在收縮腔進口處收縮快，后部收縮緩慢，出口速度較均勻。但 因進口處收縮太快，會出現(xiàn)一個明顯的逆壓梯度。而雙3次曲線和5次方曲線進口處收縮較 平滑，無逆壓梯度現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此優(yōu)選采用雙3次曲線和5次方曲線。
[0061] 優(yōu)選地，本實施例可以采用5次方曲線來設(shè)計收縮腔103的壁面型線。參見圖4,圖4 示出了本實施例中的收縮腔103的設(shè)計曲線(將該曲線沿X軸旋轉(zhuǎn)360度形成收縮腔內(nèi)部曲 面，左邊為入口，右邊為出口）。
[0062] 其中，收縮腔103的設(shè)計控制方程如下：
[0063]
[0064] 其中R為收縮腔流向不同截面半徑，單位為mm;C為收縮比，L為收縮腔長度，單位為 mm; X為收縮腔流向位置，單位為mm; D為收縮腔的出口直徑，單位為mm。其中，所述收縮比為 收縮腔的出口直徑與收縮腔腔的入口直徑的比值。
[0065] 優(yōu)選地，下面給出所述收縮腔的一種具體實現(xiàn)尺寸。其中，所述收縮腔的出口直徑 為D = 300mm，入口直徑為960mm，收縮比為C= 10.24(大于第一預(yù)設(shè)閾值6)，該尺寸能夠?qū)⒎€(wěn) 定腔內(nèi)擾動降低一個數(shù)量級。
[0066]本發(fā)明第三個實施例提供了上述穩(wěn)定腔102的一種具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
[0067] 在本發(fā)明第三個實施例中，所述穩(wěn)定腔102為圓柱形腔狀結(jié)構(gòu);為進一步考慮收縮 效果，優(yōu)選地，所述穩(wěn)定腔102的長度大于所述收縮腔103的長度，所述收縮腔103的長度不 小于所述穩(wěn)定腔102的直徑。假設(shè)穩(wěn)定腔102的直徑為lm，那么收縮腔103的長度應(yīng)該不小于 Im0
[0068] 其中，穩(wěn)定腔102還可以為其他形狀的腔狀結(jié)構(gòu)，并不限于圓柱形腔狀結(jié)構(gòu)。
[0069] 此外，為了破碎旋渦，導(dǎo)順和拉勻氣流，減弱尖跳流動，優(yōu)選地，參見圖5,所述穩(wěn)定 腔102中設(shè)置有蜂窩器1021，所述蜂窩器1021采用不銹鋼材料制成，優(yōu)選為正六邊形，當量 直徑為I Omm，孔深10倍孔型當量直徑，即I OOmm。
[0070] 此外，還可以在距離所述蜂窩器1021的出口一定距離（如150mm)處設(shè)置一層細絲 阻尼網(wǎng)1022,開度比約60%。在該層阻尼網(wǎng)下游共設(shè)置了8層阻尼網(wǎng)1022'，其中。各阻尼網(wǎng) 的設(shè)置方案依據(jù)下述兩點原則：
[0071] a.阻尼網(wǎng)之間間隔和阻尼網(wǎng)絲徑選擇合理。阻尼網(wǎng)絲徑d，對應(yīng)雷諾數(shù)Red〈60，阻 尼網(wǎng)間距L'>500d。由于絲徑過大會導(dǎo)致流體通過阻尼網(wǎng)絲產(chǎn)生較強的圓柱繞流尾渦，因此 以絲徑為特征長度的雷諾數(shù)不能超過圓柱繞流的臨界雷諾數(shù)。而阻尼網(wǎng)之間需要留出足夠 距離使上游阻尼網(wǎng)絲產(chǎn)生的尾流擾動完全耗散。
[0072] b.阻尼網(wǎng)目數(shù)選取需要遵循適當規(guī)律。一般來說上游阻尼網(wǎng)的絲徑要大于下游阻 尼網(wǎng)，其目數(shù)相應(yīng)也會少于下游阻尼網(wǎng)。另外兩層目數(shù)較少的阻尼網(wǎng)組合效果會好于一層 目數(shù)較多的阻尼網(wǎng)。
[0073]綜合以上兩點原則，本實施例最終選擇兩層18目，兩層24目，兩層30目和兩層48目 阻尼網(wǎng)沿流向排列。其中，最后一層48目阻尼網(wǎng)下游還需要留出一定的旋渦衰減距離LO 0.2D(D為穩(wěn)定腔出口處的當量直徑）。本實施例預(yù)留的漩渦衰減距離為L1 = 0.3m。
[0074] 本發(fā)明第四個實施例提供了上述真實飛行風(fēng)速模擬裝置100的一種更為具體的實 現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
[0075] 在本發(fā)明第四個實施例中，參見圖6,所述真實飛行風(fēng)速模擬裝置100除了包括上 述的風(fēng)機裝置101、穩(wěn)定腔102以及收縮腔103之外，還包括依次相連的:方轉(zhuǎn)圓連接腔104、 軟連接腔105和擴散腔106;
[0076] 其中，所述擴散腔106與所述穩(wěn)定腔102相連;相應(yīng)地，所述風(fēng)機裝置101設(shè)置在所 述方轉(zhuǎn)圓連接腔104的入口處；
[0077] 其中，所述方轉(zhuǎn)圓連接腔104用于接收所述風(fēng)機裝置101產(chǎn)生的風(fēng)。其中，方轉(zhuǎn)圓連 接腔104的入口截面為方形形狀、出口截面為圓形形狀。
[0078] 由于方形形狀相對于圓形形狀更容易收集風(fēng)機裝置101產(chǎn)生的風(fēng)，因此，本實施例 采用了方轉(zhuǎn)圓連接腔104,用于接收所述風(fēng)機裝置101產(chǎn)生的風(fēng)。
[0079] 所述擴散腔106出口的橫截面面積大于所述擴散腔106入口的橫截面面積，所述擴 散腔106用于將氣體進行擴散，保證氣體快速流入穩(wěn)定腔102。
[0080] 此外，所述真實飛行風(fēng)速模擬裝置100還包括:支撐軌道107和支架108。所述支撐 軌道107用于提供承載上述102-106的軌道設(shè)施，所述支架用于支撐整個真實飛行風(fēng)速模擬 裝置100。
[0081] 其中，圖6所示的真實飛行風(fēng)速模擬裝置100給出了一些具體長度參數(shù)，比如方轉(zhuǎn) 圓連接腔104的長度為550mm、軟連接腔105的長度為600mm、擴散腔106的長度為1196mm、穩(wěn) 定腔102的長度為996+1992 = 1988mm、收縮腔的長度為1000mm、整個實飛行風(fēng)速模擬裝置 100的長度為6334mm、蜂窩器1021的厚度為100mm、旋渦衰減距離1^為30〇111111、收縮腔的入口 直徑為960mm、出口直徑為300mm等等。其中，圖6所示的數(shù)據(jù)只作為一種優(yōu)選方案，并不用于 限制本發(fā)明。
[0082]本發(fā)明第五個實施例提供了上述風(fēng)機裝置101的一種具體實現(xiàn)方式。
[0083] 在本實施例中，所述風(fēng)機裝置101包括:變頻器以及風(fēng)機;所述風(fēng)機包括離心式風(fēng) 機和/軸流式風(fēng)機;所述變頻器用于控制所述風(fēng)機的出風(fēng)風(fēng)速。
[0084] 優(yōu)選地，所述風(fēng)機選用離心式風(fēng)機，這是因為離心式風(fēng)機產(chǎn)生的氣流更接近真實 飛行時的氣流。
[0085] 本實施例采用離心式風(fēng)機，配合控制氣流品質(zhì)的穩(wěn)定段及提高氣流速度和均勻性 的收縮腔，組成最高風(fēng)速達98m/s的下吹式開口風(fēng)洞，并以此作為模擬實際飛行飛速的裝 置。利用變頻器控制離心式風(fēng)機轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)作業(yè)風(fēng)速的效果。
[0086]本發(fā)明第六個實施例給出了上述噴霧控制裝置200的一種具體實現(xiàn)方式。
[0087]在本實施例中，參見圖7，所述噴霧控制裝置200包括:儲水罐201、隔膜栗201、導(dǎo)流 管道203、噴霧噴頭204、激光粒度儀205和數(shù)據(jù)采集裝置206、流量控制閥2071、流量計2072、 減壓閥2081、壓力傳感器2082、霧滴收集器209和穩(wěn)壓罐210;
[0088]其中，所述噴霧噴頭204設(shè)置在所述收縮腔103的出口處，所述激光粒度儀205設(shè)置 在所述噴霧噴頭204遠離所述收縮腔103的一側(cè)，用于測量所述噴霧噴頭204噴出霧滴的霧 滴粒徑，并將測量的霧滴粒徑發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集裝置206;
[0089]優(yōu)選地，所述噴霧噴頭204包括離心式霧化器和/或壓力噴頭。
[0090] 優(yōu)選地，上述實施例中提到的流量調(diào)節(jié)裝置207進一步包括流量控制閥2071和流 量計2072;上述實施例中提到的管壓調(diào)節(jié)裝置208包括減壓閥2081和壓力傳感器2082;所述 流量計2072和/或所述壓力傳感器2082與所述數(shù)據(jù)采集裝置206相連。
[0091]其中，本實施例優(yōu)選采用離心式霧化器，這是因為離心式霧化器噴出的霧滴更接 近與真實飛行中產(chǎn)生的霧滴，且離心式霧化器對壓力調(diào)節(jié)的需求較低，可以不需要調(diào)壓閥 等器件。
[0092] 若采用壓力噴頭，則需要設(shè)置減壓閥2081，通過調(diào)節(jié)減壓閥2081，進一步控制出口 壓力。
[0093]優(yōu)選地，所述噴霧控制裝置200還包括:霧滴收集器209;所述霧滴收集器209用于 收集所述噴霧噴頭噴出的霧滴，并通過相應(yīng)管道返回儲水罐，以保證系統(tǒng)的循環(huán)運轉(zhuǎn)。
[0094] 優(yōu)選地，所述噴霧控制裝置200還包括:穩(wěn)壓罐210;所述穩(wěn)壓罐210用于穩(wěn)定水壓， 減小管道內(nèi)的壓力波動。
[0095] 參見圖7,圖7示出了噴霧控制裝置200的整體構(gòu)架示意圖。本實施例通過噴霧控制 裝置200控制噴施壓力，噴灑流量，實時采集壓力及流量值并通過數(shù)據(jù)采集裝置記錄。該噴 霧控制裝置200由儲水罐201，隔膜栗202，流量控制閥2071，穩(wěn)壓罐210，減壓閥2081，流量 2072計，壓力傳感器2082，數(shù)據(jù)采集裝置206，噴霧噴頭204，霧滴收集器209組成。
[0096]在具體使用時，噴霧控制裝置200的工作過程為：
[0097] Sl.通過隔膜栗輸出較高管道壓力的水，并通過流量控制閥對出口流量進行初步 控制。管道中段的穩(wěn)壓罐用于穩(wěn)定水壓，減小管道內(nèi)的壓力波動。在針對離心式霧化器時， 對流量的調(diào)節(jié)需求高于對壓力的調(diào)節(jié)需求，該流量調(diào)節(jié)方案已經(jīng)足夠。
[0098] S2.針對壓力噴頭時，還可以通過調(diào)節(jié)減壓閥，進一步控制出口壓力及流量，并將 流量計及壓力傳感器所測流量值和壓力值實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0099] S3.通過激光粒度儀測量霧滴粒徑分布，并將結(jié)果實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0100] S4.噴出的霧滴進入霧滴收集器，并通過管道返回儲水罐，保證系統(tǒng)循環(huán)運轉(zhuǎn)。
[0101] S5.可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)洞風(fēng)速及噴頭角度，配合管道壓力和流量的調(diào)節(jié)進行多參數(shù) 耦合實驗。
[0102] S6.數(shù)據(jù)處理，通過對不同參數(shù)下的霧滴粒徑分布的測量結(jié)果進行響應(yīng)面分析或 多元線性回歸等方式，分析控制不同類型噴頭產(chǎn)生霧滴粒徑的主要影響因素。為農(nóng)業(yè)航空 施藥作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化提供依據(jù)。
[0103] 本發(fā)明所述的航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)可以模擬真實飛行速度下的作業(yè)環(huán)境， 同時具備噴施壓力，噴灑流量，作業(yè)速度，噴頭角度等多參數(shù)調(diào)節(jié)的農(nóng)業(yè)航空霧滴粒徑分布 評估能力，為農(nóng)業(yè)航空施藥所需藥量及霧滴粒徑范圍提供理論指導(dǎo)。
[0104] 本發(fā)明通過將高速風(fēng)洞整合到噴霧實驗系統(tǒng)中，實現(xiàn)了大范圍內(nèi)可變風(fēng)速條件下 的霧滴粒徑分布測量，尤其是實現(xiàn)了針對高速飛行作業(yè)時的氣流模擬。
[0105] 本發(fā)明通過管路系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)管路流量和壓力可控且能夠?qū)毫Σ▌涌刂圃谳^ 小范圍。該管路不僅適用于接入傳統(tǒng)的壓力噴頭，也能夠接入對流量控制要求較高的離心 式霧化噴頭，為其提供可變流量的介質(zhì)輸入。管路流量及壓力信息能夠?qū)崟r記錄成隨時間 變化的曲線，便于數(shù)據(jù)處理。
[0106] 本發(fā)明依托高速風(fēng)洞和噴霧控制系統(tǒng)，實現(xiàn)多參數(shù)可調(diào)的霧滴粒徑分布測量功 能。從而達到對作業(yè)速度10m/s-90m/s(調(diào)節(jié)風(fēng)洞風(fēng)速），作業(yè)流量lL/min-20L/min(調(diào)節(jié)流 量控制閥和減壓閥），管道壓力0.1 MPa-l.5MPa(調(diào)節(jié)減壓閥），噴頭角度0-90度（調(diào)節(jié)安裝 角)等參數(shù)的定量化精確調(diào)節(jié)。最終實現(xiàn)對影響霧滴粒徑分布的相關(guān)參數(shù)的定量化研究。
[0107] 由于本發(fā)明基于多參數(shù)可調(diào)的噴霧測量系統(tǒng)，既能夠精確模擬復(fù)雜作業(yè)參數(shù)，盡 可能接近真實作業(yè)條件，又能夠簡便的控制多余參數(shù)，獲取研究對象的相關(guān)關(guān)系，因此擁有 很強的科研和實際應(yīng)用價值。例如在實際應(yīng)用中，如果需要研究不同作業(yè)速度下霧滴粒徑 的分布情況，就可以保持其他噴霧參數(shù)一致，通過調(diào)節(jié)風(fēng)洞驅(qū)動電機頻率，從而獲得霧滴粒 徑分布受風(fēng)速變化的影響。從而有針對性的選擇合適的施藥施藥作業(yè)速度，保障霧滴粒徑 處于合適范圍之內(nèi)。
[0108] 又比如還可以同時調(diào)節(jié)管道壓力，環(huán)境風(fēng)速和噴頭角度，從而獲得多個參數(shù)對霧 滴粒徑分布的影響，便于定量化分析占主導(dǎo)地位的參數(shù)。也可以據(jù)此對霧滴粒徑分布進行 多參數(shù)回歸擬合。
[0109] 下面給出具體實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果。本實驗采用上述實施例提供的真實飛行風(fēng)速 模擬裝置100對實驗風(fēng)速進行調(diào)節(jié)。本實驗中，控制風(fēng)速為16.8m/s，25.5m/s，33.8m/s， 42.6m/s，51 · 5m/s，60 · 7m/s，70.4m/s，77 · lm/s和84.9m/s。此外，本實驗還采用上述實施例 提供的噴霧控制裝置200對噴霧參數(shù)進行控制。本實驗控制管道壓力為0.3MPa，0.4MPa和 0.5MPa。噴頭角度為0度，45度和90度。
[0110] 本實驗針對Lechler公司的LU-120-02扇形壓力噴頭開展相關(guān)實驗。采用馬爾文 Spray tec激光粒度儀測量霧滴粒徑分布。
[0111] 本實驗共完成81組實驗，每組實驗為3次測量平均值。對測量結(jié)果進行響應(yīng)面分析 法，研究霧滴體積中徑等分布參數(shù)受風(fēng)速、管道壓力、噴頭角度的影響。其實驗參數(shù)見表1:
[0113] 表2為風(fēng)速，管道壓力及噴頭角度等三參數(shù)影響下的霧滴粒徑分布情況。
[0114] 表2三參數(shù)影響下的霧滴粒徑分布情況

[0117] 依據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)對霧滴粒徑分布進行多參數(shù)二次回歸。回歸方程如下：
[0118] Y=AXi+BX2+CX3+DXiX2+EXiX3+FX2X3+GXi 2+HX22+IX32
[0119] 其中，Y =霧滴粒徑分布參數(shù)（Dv0.5, ％〈100μπι，％〈200μπι等）、X1 =管道壓力 (MPa)、X2 =風(fēng)速(m/s)、X3 =噴頭角度(度）、A至I =各參數(shù)前的系數(shù)。其中，各項參數(shù)的回歸 系數(shù)及決定系數(shù)見表3。
[0120] 表3各項參數(shù)的回歸系數(shù)及決定系數(shù)

[0123] 下面以霧滴體積中徑為例進行進一步分析。
[0124] 本實施例對風(fēng)速、管道壓力和噴頭角度展開二次回歸擬合，最后得到的二次回歸 擬合效果和實驗測量結(jié)果十分吻合。
[0125] 圖8和圖9示出了霧滴體積中徑受風(fēng)速和管道壓力影響（圖8)以及受噴頭角度及管 道壓力影響（圖9)的響應(yīng)曲面。根據(jù)以上分析，針對多元回歸參數(shù)進行優(yōu)化，剔除管道壓力 和噴頭角度對霧滴體積中徑影響參數(shù)的二次項，重新進行回歸分析后得到表4。
[0126] 表4簡化后各項參數(shù)的回歸系數(shù)及決定系數(shù)

L〇129」通過上_實驗，最終可以得到以下結(jié)果：
[0130] A.壓力噴頭霧滴體積中徑與風(fēng)速成二次相關(guān)關(guān)系，隨風(fēng)速增大先增加后減小。風(fēng) 速對霧滴粒徑分布的影響起決定性作用。
[0131] B.壓力噴頭霧滴體積中徑在低風(fēng)速情況下隨管道壓力增大而減小。在高風(fēng)速情況 下隨管道壓力增大而增大。
[0132] C.壓力噴頭霧滴體積中徑隨噴頭角度的增加而減小。
[0133] 以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例 對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:其依然可以對前述各實施 例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換;而這些修改或替 換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種航空施藥噴霧自動測試系統(tǒng)，其特征在于，包括:真實飛行風(fēng)速模擬裝置和噴霧 控制裝置； 所述真實飛行風(fēng)速模擬裝置包括:風(fēng)機裝置、穩(wěn)定腔和收縮腔； 所述穩(wěn)定腔和收縮腔依次相連，所述風(fēng)機裝置設(shè)置在所述穩(wěn)定腔的入口處;所述收縮 腔的入口的橫截面面積與出口的橫截面面積的比值大于第一預(yù)設(shè)閾值； 所述風(fēng)機裝置用于產(chǎn)生第一風(fēng)速的初始模擬風(fēng)，所述初始模擬風(fēng)通過所述穩(wěn)定腔和收 縮腔之后達到第二風(fēng)速的實驗?zāi)M風(fēng);其中，第二風(fēng)速大于第一風(fēng)速； 所述噴霧控制裝置包括:儲水罐、隔膜栗、導(dǎo)流管道、噴霧噴頭、激光粒度儀和數(shù)據(jù)采集 裝置;所述噴霧控制裝置還包括:流量調(diào)節(jié)裝置和/或管壓調(diào)節(jié)裝置； 其中，所述噴霧噴頭設(shè)置在所述收縮腔的出口處，所述激光粒度儀設(shè)置在所述噴霧噴 頭遠離所述收縮腔的一側(cè)，用于測量所述噴霧噴頭噴出霧滴的霧滴粒徑，并將測量的霧滴 粒徑發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集裝置； 通過控制所述風(fēng)機裝置產(chǎn)生的初始模擬風(fēng)的第一風(fēng)速、所述噴霧噴頭的設(shè)置角度、所 述流量調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)的流量大小和/或所述管壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)的管壓大小，對所述噴霧噴 頭噴出霧滴的霧滴粒徑進行測試。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述收縮腔為依據(jù)下述至少一種收縮曲線 設(shè)計得到的收縮腔： 維辛斯基曲線、雙3次曲線、5次方曲線和/或多軸維辛斯基曲線。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定腔為圓柱形腔狀結(jié)構(gòu)； 其中，所述穩(wěn)定腔的長度大于所述收縮腔的長度，所述收縮腔的長度不小于所述穩(wěn)定 腔的直徑。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定腔中設(shè)置有蜂窩器和/或阻尼 網(wǎng)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)閾值為6。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述真實飛行風(fēng)速模擬裝置還包括依次相 連的:方轉(zhuǎn)圓連接腔、軟連接腔和擴散腔； 其中，所述擴散腔與所述穩(wěn)定腔相連;相應(yīng)地，所述風(fēng)機裝置設(shè)置在所述方轉(zhuǎn)圓連接腔 的入口處； 其中，所述方轉(zhuǎn)圓連接腔用于接收所述風(fēng)機裝置產(chǎn)生的風(fēng)，所述擴散腔出口的橫截面 面積大于所述擴散腔入口的橫截面面積，所述擴散腔用于將氣體進行擴散，保證氣體快速 流入所述穩(wěn)定腔。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)機裝置包括:變頻器以及風(fēng)機;所述 風(fēng)機包括離心式風(fēng)機和/軸流式風(fēng)機;所述變頻器用于控制所述風(fēng)機的出風(fēng)風(fēng)速。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述噴霧噴頭包括離心式霧化器和/或壓 力噴頭。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流量調(diào)節(jié)裝置包括流量控制閥和流量 計;所述管壓調(diào)節(jié)裝置包括減壓閥和壓力傳感器； 其中，所述流量計和/或所述壓力傳感器與所述數(shù)據(jù)采集裝置相連。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述噴霧控制裝置還包括:霧滴收集器；
【文檔編號】G01N15/02GK105842132SQ201610280140
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】唐青, 陳立平, 張瑞瑞, 伊銅川, 姜洪亮, 徐剛, 徐旻
【申請人】北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心