一种压缩空气泡沫智能炮射流俯仰角的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动灭火技术，具体涉及一种压缩空气泡沫智能炮射流俯仰角的计算 方法。
【背景技术】
[0002] 智能消防炮是针对体育场馆、会展中心、大型仓库等高大空间场所而专门开发的 一种新型自动灭火装置，其工作原理为：依靠火灾自动探测定位系统自动探测火源并进行 定位，依据定位数据自动调节消防炮的姿态，进而精确向火源喷射，达到"精确打击，快速灭 火"的目标。目前市场上已有的智能消防炮，都是以水为灭火介质，故又称为智能消防水炮 或自动寻的消防水炮，这类智能炮主要用于火灾类型为A类火的场所，而对于公路隧道、汽 车库、机库等存在B类火、A类火及AB类混合火的典型场所，则难以满足实际火灾扑救需求。
[0003] 压缩空气泡沫灭火技术是一种新型高效灭火技术，它采用正压方式将一定比例的 压缩空气（或氮气）注入到泡沫溶液中，充分混合后形成压缩空气泡沫，通过管路进行输 送，再经压缩空气泡沫释放装置进行喷射释放。与传统负压吸气式泡沫相比，压缩空气泡沫 具有泡沫均勾、稳定性好、灭火效能高、适宜扑救A类火、B类火、AB类混合火等突出特点，因 此具备解决公路隧道、汽车库、机库等典型场所火灾扑救技术难题的优势和潜力。但是，目 前压缩空气泡沫灭火技术主要应用在移动式压缩空气泡沫消防车上，压缩空气泡沫释放装 置主要包括消防枪与消防炮，操作方式为手动，即由人工操控进行泡沫释放和灭火，目前尚 无压缩空气泡沫智能炮自动灭火装置。
[0004] 气液两相流的压缩空气泡沫与单相流的水完全不同。压缩空气泡沫是一种由微溶 性或不溶性的气体分散于液体中形成的分散体系，并且是一个热力学不稳定体系，其密度 随着压力的变化而变化，这就导致压缩空气泡沫在空中的射流轨迹与水的射流轨迹完全不 同。现有智能消防水炮的自动跟踪定位方法不适用于压缩空气泡沫智能炮。为了开发压缩 空气泡沫智能炮，确保压缩空气泡沫射流能够准确地喷射到火源点，亟需建立一种压缩空 气泡沫射流俯仰角的计算方法。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种压缩空气泡沫智能炮射流俯仰角的 计算方法。压缩空气泡沫智能炮安装完成后，自动监测周围火灾情况，当火灾发生时，炮口 对准火源完成火源位置定位，控制系统反馈得到此时炮筒的火源定位角，然后按照射流俯 仰角计算方法计算得出压缩空气泡沫射流喷射到火源点所需的俯仰角，最后控制伺服电机 完成炮筒角度的调整。
[0006] 为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种压缩空气泡沫智能炮射流 俯仰角的计算方法，其特征在于，所述计算方法有如下步骤：
[0007] 步骤一.初始参数设定
[0008] ①.在压缩空气泡沫智能炮安装完成后，让炮口归到零位，手动测量炮口到地面 的安装高度，记为H，单位为米；
[0009] ②.通过量角仪测量此时炮筒与水平面的绝对夹角，记为α，单位为度，当炮筒高 于水平面时，α为负值，当炮筒低于水平面时，α为正值；
[0010] ③.压缩空气泡沫产生装置设定泡沫混合比、水流量Q7ic、空气流量Qn;
[0011] ④.将炮口到地面的安装高度Η、绝对夹角α、水流量Q7ic和空气流量Q n输入初始 界面，初始化参数；
[0012] 步骤二.压缩空气泡沫智能炮射流俯仰角以及炮口所需调整角度的计算
[0013] ①.根据以下公式，计算出压缩空气泡沫射流的初始速度V。和空气阻力系数K :
[0014] 压缩空气泡沫液相部分按水的物理特性取值，
[0015] 压缩空气泡沫气液比：
【主权项】
1. 一种压缩空气泡沫智能炮射流俯仰角的计算方法，其特征在于，所述计算方法有如 下步骤： 步骤一.初始参数设定 ① .在压缩空气泡沫智能炮安装完成后，让炮口归到零位，手动测量炮口到地面的安 装高度，记为H，单位为米； ② .通过量角仪测量此时炮筒与水平面的绝对夹角，记为a，单位为度，当炮筒高于水 平面时，a为负值，当炮筒低于水平面时，a为正值； ⑨.压缩空气泡沫产生装置设定泡沫混合比、水流量、空气流量屯t; ④.将炮口到地面的安装高度H、绝对夹角a、水流量Ak和空气流量屯t输入初始界面， 初始化参数； 步骤二.压缩空气泡沫智能炮射流俯仰角W及炮口所需调整角度的计算 ①.根据W下公式，计算出压缩空气泡沫射流的初始速度V。和空气阻力系数K: 压缩空气泡沫液相部分按水的物理特性取值， 压缩空气泡沫气液比：
式（1)中；^为无量纲参数冰流量单^单位为L/min谊气流量屯^单位为m3/h; 压缩空气泡沫质量含气率：
式（2)中；e为无量纲参数；为空气密度，单位为kg/m3;P为水密度，单位为kg/m3; 根据公式
得出压缩空气泡沫平均动力粘度之； 式（3)中；压缩空气泡沫平均动力粘度占单位为化?S; 为空气动力粘度，单位为 Pa?S;y7k为水动力粘度，单位为化?S; 压缩空气泡沫平均密度：
式（4)中：压缩空气泡沫平均密度P单位为kg/m3; 压缩空气泡沫射流初始速度：
式（5)中；V。单位为m/s;d为炮口管径，单位为m; 雷诺数：
式做中；R。为无量纲参数； 压缩空气泡沫射流的空气阻力系数：
式（7)中；K为无量纲参数； ②.当炮口对准火源点P时，控制系统反馈得到此时炮口的火源定位角0，根据公式r=a+P和公式X=H/tan(r)计算炮口的真实火源定位角r和火源点P距离炮口的水平 距离X; ⑨.根据压缩空气泡沫射流轨迹方程，采用牛顿迭代法求解变量《，迭代初值为《 = 1.1，迭代终止精度为1〇-6,其轨迹方程f(?)及一阶导函数壯（《)为：
式巧）中；火源点距离炮口的水平距离X单位为m;g为重力加速度；
④.判断变量《是否收敛，若收敛则输出变量《，执行下一步骤；如果不收敛，输出火 源点距离超出保护半径； ⑥.根据公式0 =arccos(?)和公式0。,= 0 -r计算出压缩空气泡沫智能炮射 流俯仰角0及炮口所需要的调整角度
【专利摘要】本发明公开了一种压缩空气泡沫智能炮射流俯仰角的计算方法。压缩空气泡沫智能炮安装完成后自动监测周围火灾情况，当火灾发生时，炮口对准火源完成火源位置定位，控制系统反馈得到此时炮筒的火源定位角，然后按照计算方法计算得出压缩空气泡沫射流喷射到火源点所需的俯仰角，最后控制伺服电机完成炮筒角度的调整。本发明突破了压缩空气泡沫这种复杂流体的自动跟踪、精确定位的技术瓶颈，实现了压缩空气泡沫灭火技术向自动化、智能化方向的发展，可为公路隧道、汽车库、机库等典型场所提供具有“自动跟踪、精确打击、快速灭火”功能的新型灭火装备。该计算方法简单有效，数据解算复杂度较低，可以由压缩空气泡沫智能炮的控制系统实时完成计算。
【IPC分类】G06F19-00, A62C31-00
【公开号】CN104784852
【申请号】CN201510188460
【发明人】胡成, 陈涛, 傅学成, 张宪忠, 包志明, 夏建军, 靖立帅, 王荣基
【申请人】公安部天津消防研究所
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月20日