一种安装在飞机上的固体粉末播撒装置及播撒方法与流程

1.本专利属于飞机结构设计领域和人工影响天气技术领域，具体为一种安装在飞机上的固体粉末播撒装置和播撒方法。


背景技术：

2.人工影响天气技术早已经被广泛应用于人工增雨、消云减雨、防灾减灾、重大活动保障以至国防等多个领域，随着社会发展，对人工影响天气技术的需求也与日俱增。人工影响天气有多种方式，其中一种方式是利用飞机进行影响天气作业。使用飞机进行人工影响天气作业(以下简称飞机人影作业)，具有对云层数据探测精准、作业效率高、响应速度快、作业面积广、综合成本低、作业效果明显等诸多优点。目前多个国家都在研究和发展飞机人影作业的相关技术。
3.飞机人影作业过程中，需要用到各种不同类型的催化剂，以面对复杂多变的气象条件，其中一大类催化剂被称作“暖云催化剂”。常用的暖云催化剂又包括膨润土、氯化钙、硅藻土等单一催化剂，亦有化工生产出的混合催化剂。总而言之，这些暖云催化剂都在常温常压下呈现固态粉状结构，都具有吸湿性强，流动性差，易堆积的特性，适用于在温度高于0℃的气象环境下进行作业。而在飞机人影作业过程中，若在云中投入适量的暖云催化剂，这些催化剂粉末便会作为凝结核，弥补云中大水滴数量的不足的情况，起到增雨效果；若继续大剂量投入暖云催化剂，便可以大量吸收云中水气，起到消云减雨的效果。
4.目前在飞机人影作业技术领域中，暖云催化剂的在飞机上存储与播撒，是行业内的一大难点。以至于在目前国内外的各型人影飞机上，都没有装备自动化的播撒装置。在人影作业过程中，暖云催化剂主要还是存储在编织袋内(出厂包装)，播撒时需要依靠操作人员在飞行过程中打开编织袋，再使用人力的方式通过机身上简易的开口向机外抛洒。这是一种环境不友好、费力、又危险的方式，稍有不慎便可能会对人员安全造成威胁。同时，编织袋不够密封，抛洒过程更会导致粉尘弥漫，会对飞机舱内造成粉尘污染，对舱内人员健康、机上的系统和设备带来不利影响。
5.因此，在飞机人影作业技术领域，急需一种能够暖云催化剂播撒装置，实现播撒过程的自动化、清洁化，彻底解决“暖云催化剂”播撒作业时的环境不友好、体力耗费大的问题。
6.暖云催化剂播撒装置的最大设计难点在于，暖云催化剂为固体粉末状，其流动性差，播撒过程中容易在料箱侧壁堆积，或在料箱底部形成拱形，最终导致大量粉剂无法播撒出去。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术中飞机播撒暖云催化剂的问题，本发明提出一种安装在飞机上的固体粉末播撒装置和播撒方法。在飞机起飞前将固体粉末状“暖云催化剂”装载到播撒装置的储料容器内，在飞机起飞进入作业空域后，通过控制机构控制，实现“暖云催化剂”的播
撒。
8.一种安装在飞机上的固体粉末播撒装置，其特征在于，所述的播撒装置含有安装架、储料容器、搅拌机构、播撒端口、电动阀门和控制机构，所述的储料容器固定在安装架上，安装架的底部固定在飞机舱内的地轨上，所述的储料容器底部是圆锥形，储料容器底部中心有出料口，所述的电动阀门设置在储料容器底部出料口上，该电动阀门的开闭受控制机构控制；所述的搅拌机构固定在储料容器内，搅拌机构受控制机构控制，所输的播撒端口是一个管状通道固定在飞机机体上，播撒端口的上端与储料容器的出料口连接并连通，播撒端口的下端伸出飞机机体外表面。
9.所述的搅拌机构含有扭力轴、驱动电机和搅拌组件，所述的扭力轴通过轴承座固定在储料容器的中心，扭力轴的上端受驱动电机的驱动，扭力轴的下端固定搅拌组件，驱动电机受控制机构控制，驱动电机通过扭力轴带动搅拌组件转动，搅拌组件对储料容器内的固体粉末进行搅拌。
10.所述的搅拌组件含有中心套筒和固定在中心套筒外侧的第一扫料臂和第二扫料臂，第一扫料臂和第二扫料臂对称分布、第一扫料臂和第二扫料臂向下倾斜，在第一扫料臂的外端有向上倾斜的第一扫料叶片，在第二扫料臂外端有向下倾斜的第二扫料叶片，第一扫料叶片和第二扫料叶片的倾斜角度与储料容器底部的圆锥形倾斜角度一致，使第一扫料叶片向上贴合在储料容器底部圆锥形侧壁上，使第二扫料叶片向下贴合在储料容器底部圆锥形侧壁上；所述扭力轴通过两个轴承座固定在储料容器上，在扭力轴的近上端处设有第一轴承座，在扭力轴的近下端处设有第二轴承座，第一轴承座固定在储料容器的盖板上，第二轴承座通过多个放射状支臂固定在储料容器的内侧壁上。
11.所述的播撒端口的本体是一个刚性管，播撒端口本体的上端设有法兰组件，该法兰组件含有第一法兰、第二法兰和波纹管，波纹管位于第一法兰和第二法兰之间，第一法兰位于波纹管的顶部，第一法兰与储料容器的出料口连接，第二法兰位于波纹管的下端，第二法兰与飞机机体连接；播撒端口本体的下端是播料口，播料口伸出飞机机体外侧，播料口位于播撒端口本体的下端的斜切面上，是一个向后倾斜的椭圆形孔，播料口的前侧管壁长于后侧管壁，播料口的前侧管壁与飞机的航向一致；机体内的储料容器的出料口通过波纹管和播撒端口本体连通形成固体粉末的播撒通道。
12.本技术还提出一种飞机播撒固体粉末的播撒方法，其特征在于包含以下内容：1)使用上述的安装在飞机上的固体粉末播撒装置；2)将电动阀门处于关闭状态，将待播撒的固体粉末放置在储料容器中；3)飞机飞至预定高度和预定的播撒空域时，通过控制机构打开电动阀门和搅拌机构实施固体粉末的播撒作业。
13.本技术的有益效果在于：1)播撒装置的储料容器通过安装架固定在飞机舱内的地轨上，可在飞机客舱有限空间限制条件下，实现固体粉末存储容积最大化。2)在储料容器内设置有控制机构控制的搅拌机构和电动阀门，实现固体粉末的自动播撒，避免了人工抛洒带来的安全隐患和环境污染，提高了固体粉末的播撒效率和播撒质量；3)搅拌机构扫料叶片的不对称设计，提高了搅拌机构对固体粉末的翻搅功能，打破固体粉末在料箱底部的堆积，实现固体粉末的顺利播撒。4)伸出飞机机体外的播撒端口能避开迎面气流的干扰，并在播料口处形成一个负压区，催化剂播撒出后被气流包裹、加速，可以到达远离后侧机身和平尾的效果，有利于粉末状固体催化剂的播撒，避免在潮湿云粒作用下附着到飞机蒙皮外表
面。
14.以下结合实施例附图对本技术做进一步详细描述。
附图说明
15.图1为安装在飞机上的固体粉末播撒装置结构示意图。
16.图2为储料容器与搅拌机构连接关系示意图。
17.图3为搅拌机构结构示意图。
18.图4为搅拌组件结构示意图。
19.图5为播撒端口连接关系示意图。
20.图中编号说明：1安装架、2储料容器、3搅拌机构、4驱动电机、5电动阀门、6播撒端口、7扭力轴、8第一轴承座、9第二轴承座、10放射状支臂、11搅拌组件、12圆锥形、13出料口、14中心套筒、15第一扫料臂、16第二扫料臂、17第一扫料叶片、18第二扫料叶片、19第一法兰、20波纹管、21第二法兰、22播料口、23飞机机体。
具体实施方式
21.参见附图，本技术提出的安装在飞机上的固体粉末播撒装置，以某型飞机为载机设计一套暖云催化剂播撒装置，目标装载容量为1000kg，目标催化剂为密度为800kg/m3，目标播撒速度1-3kg/s。所述的播撒装置如图1所示，含有安装架1、储料容器2、搅拌机构3、播撒端口6、电动阀门5和控制机构，控制机构为与飞机的机舱内，图中未示出。
22.所述的储料容器2固定在安装架1上，安装架1的底部固定在飞机舱内的地轨上，实施中安装架是一个方形框架，安装架的下端框架宽度与飞机舱内的地轨宽度匹配，储料容器2固定在安装架内；
23.所述的储料容器2底部是圆锥形12，储料容器底部中心有出料口13，所述的电动阀门5设置在储料容器1底部出料口上13，该电动阀门5的开闭受控制机构控制，当电动阀门5打开时，出料口上13与播撒端口6的播料口22连通，当电动阀门5关闭时，储料容器2内固体粉末则不能通过出料口上13进入播撒端口6，实施中储料容器2的外形尺寸必须满足飞机舱内空间限制，同时做到容积的最大，储料容器2的下端是圆锥形12，其上部可以是圆形、方形或椭圆形均可。
24.所述的搅拌机构3固定在储料容器1内，搅拌机构3受控制机构控制，所述的搅拌机构3含有扭力轴7、驱动电机4和搅拌组件11，所述的扭力轴7通过轴承座固定在储料容器1的中心，实施中，扭力轴7通过两个轴承座固定在储料容器上，在扭力轴7的近上端处设有第一轴承座8，在扭力轴7的近下端处设有第二轴承座9，第一轴承座8固定在储料容器2的盖板上，第二轴承座9通过多个放射状支臂10固定在储料容器1的内侧壁上。扭力轴7的上端受驱动电机4的驱动，扭力轴7的下端固定搅拌组件11，驱动电机4受控制机构控制，驱动电机4通过扭力轴7带动搅拌组件11转动，搅拌组件11对储料容器1内的固体粉末进行搅拌，避免固体粉末的堆积残留。
25.实施中，搅拌组件11含有中心套筒14和固定在中心套筒外侧的第一扫料臂15和第二扫料臂16，第一扫料臂15和第二扫料臂16对称分布、第一扫料臂15和第二扫料臂16向下倾斜，在第一扫料臂15的外端有向上倾斜的第一扫料叶片17，在第二扫料臂16外端有向下
倾斜的第二扫料叶片18，第一扫料叶片17和第二扫料叶片18的倾斜角度与储料容器底部的圆锥形12倾斜角度一致，使第一扫料叶片17向上贴合在储料容器底部圆锥形12侧壁上，使第二扫料叶片18向下贴合在储料容器底部圆锥形12侧壁上，第一扫料叶片17和第二扫料叶片18的反方向错位的非对称布局方式，有利于对储料容器内固体粉末的搅拌，对固体粉末施加一个向下的搅动力，非常有效的避免了固体粉末的堆积残留，使播撒更加顺畅。
26.所输的播撒端口6是一个管状通道固定在飞机机体23上，播撒端口6的上端与储料容器2的出料口13连接并连通，播撒端口6的下端伸出飞机机体23外表面至少150毫米。实施中的播撒端口6的本体是一个刚性管，播撒端口6本体的上端设有法兰组件，该法兰组件含有第一法兰19、第二法兰21和波纹管20，波纹管20位于第一法兰19和第二法兰21之间，第一法兰19位于波纹管20的顶部，第一法兰19与储料容器2的出料口13连接，第二法兰21位于波纹管20的下端，第二法兰21与飞机机体23连接；播撒端口6本体的下端是播料口22，播料口22伸出飞机机体23外侧，播料口22位于播撒端口6本体的下端的斜切面上，是一个向后倾斜的椭圆形孔，播料口22的前侧管壁长于后侧管壁，播料口22的前侧管壁与飞机的航向一致，播料口22的后侧管壁伸出飞机机体23外表面至少150毫米，以保证播撒出去的固体粉末不会粘贴在飞机表面；飞机机体内的储料容器2的出料口13通过波纹管20和播撒端口6本体连通形成固体粉末的播撒通道。
27.使用上述安装在飞机上的固体粉末播撒装置进行空中增雨作业时，将待播撒的固体粉末状增雨剂放置在储料容器1中；飞机飞至预定高度和预定的播撒空域时，通过控制机构打开电动阀门5和搅拌机构3实施固体粉末的播撒作业。播撒作业中，搅拌组件11转速设计是该播撒装置的一个难点，转速过快，不仅会徒劳的消耗能源，反而会使料箱内固体粉末挤压的更结实，阻碍粉剂的播撒；转速太慢，则达不到打破固体粉末堆积的目的；所以设计一个合理的转速至关重要。最终，通过综合分析与实测验证，搅拌组件11扭力轴的转速控制在8-15转/分最佳。