一种在预定高度上快速形成消光型生物气溶胶的方法与流程

本发明属于生物气溶胶生成技术领域，具体涉及一种在预定高度上快速形成消光型生物气溶胶的方法。

背景技术：

在大气中形成均匀分布的气溶胶，具有消光作用，以对在气溶胶中传播的特定波长的电磁波造成衰减。

大气中的气溶胶主要源于自然和人类活动的排放。气溶胶的自然来源包括地表源、海洋源、大气自身产生和外部空间注入。人为气溶胶是由人类活动排放的各种粒子，包括原生一次粒子和污染气体化学或光化学反应产生的二次气溶胶，主要来自化石燃料的燃烧、工农业生产活动等。大气气溶胶在许多大气过程中的重要作用能见度、辐射平衡、大气的电子特性、空气污染和云的形成，越来越受到人们的重视，气溶胶质粒的尺度与其光学、电学特性有着密切的关系。现有的方法喷洒出的颗粒形成的气溶胶不能在空中连接成片和形成较长时间的悬浮，无法形成具有一定面积、厚度和浓度的消光型生物气溶胶，达不到消光的目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在预定高度上快速形成消光型生物气溶胶的方法，该方法能够在预定高度上快速形成具有一定面积、厚度和浓度的消光型生物气溶胶，达到消光的目的。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种在预定高度上快速形成消光型生物气溶胶的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一、根据所要形成成片的消光型生物气溶胶的水平方向长度s2、无人机飞行速度v2以及消光型生物颗粒下降速度v1和消光型生物气溶胶扩散速度v0，确定形成成片的消光型生物气溶胶所需要的时间t0；

步骤二、根据所要形成成片的消光型生物气溶胶所需要的时间t0、消光型生物颗粒下降速度v1以及所要形成成片的消光型生物气溶胶上边沿的预定高度h'，计算无人机所要达到飞行高度h；

步骤三、根据所要形成成片的消光型生物气溶胶的水平方向长度s2、消光型生物颗粒下降速度v1和消光型生物气溶胶最小浓度c，计算无人机喷洒装置的喷洒流量q；

步骤四、将消光型生物颗粒装入无人机喷洒装置的消光型生物颗粒箱1后盖上消光型生物颗粒箱1的上端盖子2；

步骤五、控制无人机飞到所要达到飞行高度h后调整无人机姿态，使得喷料管(6)平行于所要形成消光型生物气溶胶所在平面，并将无人机悬停于所要形成气溶胶一侧边沿的上方位置；

步骤六、通过遥控打开鼓风机5；并控制无人机以飞行速度v2在所要形成成片的消光型生物气溶胶的左右两侧之间来回飞行，同时以喷洒流量q进行喷洒。

进一步的，步骤一中，所述所要形成成片的消光型生物气溶胶所需要的时间t0为：

t0＝v1·s2/(v2·v0)；

其中，v1为消光型生物颗粒下降速度，s2为所要形成成片的消光型生物气溶胶的水平方向长度，v2为无人机飞行速度，v0为消光型生物气溶胶扩散速度。

进一步的，步骤二中，所述无人机所要达到飞行高度h；

h＝t0·v1+h'；

其中，t0为所要形成成片的消光型生物气溶胶所需要的时间，v1为消光型生物颗粒下降速度，h'为所要形成成片的消光型生物气溶胶上边沿所处的位置高度。

进一步的，步骤三中，所述无人机喷洒装置的喷洒流量q为：

q＝k·s2·v1·c；

其中，s2为所要形成成片的消光型生物气溶胶的水平方向长度，v1为消光型生物颗粒下降速度，c为消光型生物气溶胶最小浓度，k为形成成片的消光型生物气溶胶的初始时刻浓度和终止时刻浓度的比值。

进一步的，所述无人机喷洒装置包括消光型生物颗粒箱1、鼓风机5和2根喷料管6；

所述消光型生物颗粒箱1的上端盖子2通过无人机旋翼支撑结构3与无人机旋翼连接；所述消光型生物颗粒箱1的底端出料口4与所述鼓风机5的进口相连；所述鼓风机5通过遥控打开和关闭；

所述鼓风机5的两个对称出口51分别与所述2根喷料管6连接；远离所述鼓风机5的喷料管6的另一端口为封闭的；

每个喷料管6侧壁上沿轴向均匀分布有多个喷口61；相邻两个喷口61之间设置有一个控制对应的喷口61喷洒流量占总喷洒流量的风量控制阀62。

进一步的，所述无人机旋翼支撑结构3包括卡口31、支撑臂连接轴32和2根无人机旋翼支撑臂34；

所述卡口31设置在所述上端盖子2的边缘；所述支撑臂连接轴32设置在所述上端盖子2的中间；所述2根无人机旋翼支撑臂34通过所述支撑臂连接轴32实现垂直连接；所述2根无人机旋翼支撑臂34通过对应的卡口31固定；

4个无人机旋翼分别安装在所述2根无人机旋翼支撑臂34的两端33上。

进一步的，所述消光型生物颗粒箱1的形状为上宽下窄的台体。

进一步的，所述喷料管6的结构为伸缩结构。

进一步的，所述喷口61为扁平状喷口；

所述扁平状喷口的长边与所述喷料管6的轴向平行，朝向为水平朝向。

进一步的，所述喷口61的形状为两端宽中间细的形状，且两端均为喇叭形；

所述喇叭形喷口的朝向为水平朝向。

本发明的有益效果：

本发明通过所要形成成片的消光型生物气溶胶的水平方向长度s2、无人机飞行速度v2、消光型生物颗粒下降速度v1、消光型生物气溶胶扩散速度v0、所要形成成片的消光型生物气溶胶的预定高度h'，确定无人机所要达到飞行高度h，以保证形成具有一定面积的消光型生物气溶胶；并根据所要形成成片的消光型生物气溶胶的水平方向长度s2、消光型生物颗粒下降速度v1和消光型生物气溶胶最小浓度c，计算无人机喷洒装置的喷洒流量q，以保证形成具有一定厚度和浓度的消光型生物气溶胶；通过无人机喷洒装置中的喷料管，实现喷洒流量q、无人机飞行速度v2的控制，达到均匀喷洒，实现了在预定高度和预定时间内快速形成具有一定面积、厚度和浓度的消光型生物气溶胶，从而达到消光的目的；同时提高喷洒效率，尤其适应恶劣的环境，成本低。

附图说明

图1为本发明中的无人机喷洒装置结构示意图；

图2为扁平状喷口结构示意图；

图3为喇叭形喷口结构示意图；

图4为生物颗粒喷洒后的消光型生物气溶胶浓度变化曲线示意图；

图5为消光型生物气溶胶与无人机位置及飞行路线示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。

本实施例给出了一种在预定高度上快速形成消光型生物气溶胶的方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、根据所要形成成片的消光型生物气溶胶的水平方向长度s2、无人机飞行速度v2以及消光型生物颗粒下降速度v1和消光型生物气溶胶扩散速度v0，确定形成成片的消光型生物气溶胶所需要的时间t0。

扩散时间越短越好，由于随着时间的增加，烟幕浓度(即消光型生物气溶胶)越来越小，消光性能减弱，各喷口也相隔一定距离，刚喷出时形成的消光型生物气溶胶浓度不均匀，而无人机飞行速度的限制，扩散时间不可能无限制的小。在不考虑风速的情况下，由于重力的影响，喷洒后消光型生物气溶胶浓度最大的点下降，由于湍流的影响，气溶胶扩散。设消光型生物颗粒下降速度为v1m/s，所要形成消光型生物气溶胶扩散速度为v0m/s，无人机往返运动的距离即要形成气溶胶烟幕(即成片的消光型生物气溶胶)的水平方向长度为s2，无人机飞行速度为v2m/s，则一个单程飞行的时间为t2＝s2/v2，消光型生物颗粒下降的距离为s1＝v1·s2/v2。

为了使无人机返回出发点时，再次喷洒出消光型生物颗粒形成的消光型生物气溶胶能够与前一次在该点处喷洒形成的消光型生物气溶胶扩散后能够连成一片，需要的最小扩散时间即所要形成消光型生物气溶胶所需要的时间t0为：

t0＝v1·s2/(v2·v0)；

其中，v1为消光型生物颗粒下降速度，s2为所要形成成片的消光型生物气溶胶的水平方向长度，v2为无人机飞行速度，v0为消光型生物气溶胶扩散速度。

步骤二、根据所要形成成片的消光型生物气溶胶所需要的时间t0、消光型生物颗粒下降速度v1以及所要形成成片的消光型生物气溶胶上边沿的预定高度h'，计算无人机所要达到飞行高度h。

本实施例的无人机所要达到飞行高度h为：

h＝t0·v1+h'；

其中，t0为所要形成成片的消光型生物气溶胶所需要的时间，v1为消光型生物颗粒下降速度，h'为所要形成成片的消光型生物气溶胶上边沿所处的位置高度。

假设t0＝2s，v1＝0.5m/s，v0＝0.125m/s，s2＝5m，则无人机飞行速度为v2＝10m/s，经过t0后烟幕中心点下降的距离为1m，故无人机飞行高度可选择可比需要形成的消光型生物气溶胶上边沿所处的位置高度h'高1m。

步骤三、根据所要形成产品的消光型生物气溶胶的水平方向长度s2、消光型生物颗粒下降速度v1和消光型生物气溶胶最小浓度c，计算无人机喷洒装置的喷洒流量q。

本实施例的无人机喷洒装置的喷洒流量q为：

q＝k·s2·v1·c；

其中，s2为所要形成成片的消光型生物气溶胶的水平方向长度，v1为消光型生物颗粒下降速度，c为消光型生物气溶胶最小浓度，k为形成成片的消光型生物气溶胶的初始时刻浓度和终止时刻浓度的比值，终止时刻气溶胶浓度为满足消光要求的最低气溶胶浓度，保证喷洒后的消光型生物气溶胶浓度仍然满足消光要求。

当消光型生物气溶胶最小浓度为c，消光型生物气溶胶的竖直向长度为h”，则最小喷洒流量为qmin＝s2·v1·c，实际中由于喷洒后气溶胶的扩散造成浓度下降，喷洒后消光型生物气溶胶归一化浓度变化曲线如图4所示，为了形成竖直向长度h”的消光型生物气溶胶，需要的时间t3＝h”/v1。假设c＝10g/m²，h”＝5m，则t3＝10s，对照浓度变化曲线图发现10s后的浓度为0.1，即为初始浓度的0.1倍，为了使喷洒后10s的消光型生物气溶胶浓度仍然满足消光要求，实际的喷洒流量为q＝10·s2·v1·c＝250g/s。

步骤四、将消光型生物颗粒装入无人机喷洒装置的消光型生物颗粒箱1后盖上消光型生物颗粒箱1的上端盖子2。

本实施例中，无人机喷洒装置结构参考图1，包括消光型生物颗粒箱1、鼓风机5和2根喷料管6。消光型生物颗粒箱1的上端盖子2通过无人机旋翼支撑结构3与无人机旋翼连接；消光型生物颗粒箱1的底端出料口4与鼓风机5的进口相连；鼓风机5通过遥控打开和关闭；鼓风机5的两个对称出口51分别与2根喷料管6连接；远离鼓风机5的喷料管6的另一端口为封闭的；每个喷料管6侧壁上沿轴向均匀分布有多个喷口61；相邻两个喷口61之间设置有一个控制对应的喷口61喷洒颗粒流量占总流量比例的风量控制阀62。采用多口喷出的方式，在相邻喷口之间设置风量控制阀，可以调整每个喷口的流量，使得喷洒的颗粒均匀，为形成均匀消光型生物气溶胶提供可能。

本实施例的无人机旋翼支撑结构3包括卡口31、支撑臂连接轴32和2根无人机旋翼支撑臂34。卡口31设置在上端盖子2的边缘；支撑臂连接轴32设置在上端盖子2的中间；2根无人机旋翼支撑臂34通过支撑臂连接轴32实现垂直连接；2根无人机旋翼支撑臂34通过对应的卡口31固定；4个无人机旋翼分别安装在所述2根无人机旋翼支撑臂34的两端33上。

本实施例的消光型生物颗粒箱1的形状为上宽下窄的台体，上口较宽便于装填消光型生物颗粒，下口较窄，便于和鼓风机进料口相连。

本实施例的喷料管6的结构为伸缩结构，当形成消光型生物气溶胶水平方向的长度小于喷料管的最大长度，可将喷料管的长度缩短为消光型生物气溶胶水平向的长度；当形成消光型生物气溶胶水平方向的长度大于等于喷料管的最大长度，可将喷料管的长度调整为最大长度。。

旋翼无人机在飞行时旋翼下方会形成向下的气流，而喷料管6位于旋翼的正下方，为了减小旋翼形成的气流对消光型生物气溶胶下降和扩散的影响，应使喷洒出的消光型生物气溶胶尽快远离旋翼正下方的位置，因此，喷料管6上喷口61设置在喷管的侧壁，喷口61的朝向为水平朝向。

本实施例的喷口61可为扁平状喷口，扁平状喷口的长边与喷料管6的轴向平行，参考图2，以保证相邻喷口喷洒的消光型生物气溶胶扩散后能连在一起。由于每个喷口之间相隔一定距离，使用扁平状可以缩小相邻两个喷口的距离，并且保证喷出消光型生物颗粒形成消光型生物气溶胶的初始形状也是扁平状，相邻喷口喷出的颗粒可以快速相连形成空间上连续的消光型生物气溶胶。也可为两端宽中间细的形状，且两端均为喇叭形，参考图3，可以加快消光型生物颗粒的喷出速度，使喷洒出的消光型生物颗粒以较快的水平速度向喷管侧面喷出，尽快远离旋翼形成的气流。

步骤五、控制无人机飞到所要达到飞行高度h后调整无人机姿态，使得喷料管6平行于所要形成消光型生物气溶胶所在平面，并将无人机悬停于所要形成气溶胶一侧边沿的上方位置；

本实施例控制无人机飞到所要达到飞行高度h并悬停在所要形成成片的消光型生物气溶胶的一侧边沿的上方位置，参考图5。

步骤六、通过遥控打开鼓风机5；并控制无人机以飞行速度v2在所要形成成片的消光型生物气溶胶的左右两侧之间来回飞行，同时以喷洒流量q进行喷洒。

本实施例控制无人机以飞行速度v2在所要形成成片的消光型生物气溶胶的左右两侧之间来回飞行，无人机飞行路线参考图5。

实际操作中，当消光型生物气溶胶浓度过淡，则增加鼓风机5风量；当消光型生物气溶胶的浓度过稠，则减小鼓风机5风量。当消光型生物气溶胶在竖直方向的浓度分布不均匀，则提高无人机水平方向来回运动的速度。

本实施例通过所要形成消光型生物气溶胶的水平方向长度s2、无人机飞行速度v2、消光型生物颗粒下降速度v1、所要形成消光型生物气溶胶扩散速度v0、所要形成消光型生物气溶胶的预定高度h'，确定无人机所要达到飞行高度h，以保证形成具有一定面积的消光型生物气溶胶；并根据所要形成消光型生物气溶胶的水平方向长度s2、消光型生物颗粒下降速度v1和消光型生物气溶胶最小浓度c，计算无人机喷洒装置的喷洒流量q，以保证形成具有一定厚度和浓度的消光型生物气溶胶；通过无人机喷洒装置中的喷料管，实现喷洒流量q、无人机飞行速度v2的控制，达到均匀喷洒，实现了在预定高度和预定时间内快速形成具有一定面积、厚度和浓度的消光型生物气溶胶，从而达到消光的目的，有利于增加在消光型生物气溶胶中传播的特定波长电磁波的衰减；同时提高喷洒效率，尤其适应恶劣的环境，成本低。

以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。