一種基于高壓水槍的被動式驅鳥系統及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于高壓水槍的被動式驅鳥系統，包括飛鳥探測及瞄準裝置和水槍射擊液壓裝置；飛鳥探測及瞄準裝置包括機載合成孔徑雷達和跟蹤瞄準控制器；水槍射擊液壓裝置主管路的一端連接至第一水箱，第一水箱的出口依次通過柱塞泵和減壓閥連接至四位四通閥，四位四通閥的出口分別連接有三條支路，三條支路上均分別由各自的增壓泵和水槍組成；柱塞泵的出口的旁路回路上依次通過溢流閥和濾篩連接至第二水箱；減壓閥的出口旁通一蓄能器；跟蹤瞄準控制器控制柱塞泵、四位四通閥和三個增壓泵的狀態。本發明安裝于飛機本體，驅鳥效率高、驅鳥方式安全、操縱便捷，適應于軍民兩用。
【專利說明】一種基于高壓水槍的被動式驅鳥系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種驅鳥系統，尤其涉及一種基于水槍的被動式驅鳥系統。
【背景技術】
[0002]隨著中國的經濟快速的增長，人民的收入水平不斷提高，航空運輸的便利性、快捷性的特點越來越明顯，成為了一些普通人民的出行方式。所以，航空器的安全性就受到了較大的關注。航空運輸的安全性相比于其他交通工具，發生事故率是非常低的，但一旦飛機出現安全事故，人員財產的損失將是相當大的，所以，對于飛機來說，保證安全還是最為重要的事情。
[0003]除了一些機械故障和人員維護、操縱失誤外，飛機在飛行過程中受到鳥撞擊的事情還是時有發生，有時就會造成機毀人亡的慘劇。由于飛機在空中飛行的速度大，因此當小鳥撞擊飛機時，沖擊力會很大，很有可能會造成飛機結構的損壞，造成飛行事故。國際民航組織從1980年建立了鳥撞信息管理系統(IBIS)，截止到1996年，該系統從全世界190多個國家和地區收集了約78000起鳥擊事件。從發生鳥擊的地點看，在機場發生鳥擊事件占總數的79%，機場附近空域發生鳥擊事件約占11%，航線中發生的鳥擊事件占10% [1]。
[0004]從發生鳥擊的高度來看，Dolbeer對美國民航每年的2200例鳥撞事件進行統計發現，96%的鳥撞發生在2700m以下，67%的鳥撞發生在152m以下，51%的鳥撞發生在35m以下的低空[2]。對2008年中國民用航空鳥撞事件進行統計發現，O?100米的鳥擊事件占59%, 100?1000米發生的鳥擊事件占23%，所以飛機被鳥擊多發生在起飛和著陸過程中
[3]
O
[0005]據統計數據表明，大約有20%的鳥擊事件對飛機的飛行安全造成了嚴重威脅，導致飛機中斷起飛或帶警戒著陸。另一方面，鳥擊給航空公司帶來巨大的經濟損失[1]。僅北美地區每年鳥擊所造成的軍用和民用航空經濟損失就超過5億美元。據民航總局統計，中國民航在2001-2007年間，報告的鳥擊事件共1055次，造成中等程度以上損傷217起，在維修中統計的直接損失超過2.7億人民幣，間接損失更加難以計算。
[0006]隨著國內外生態環境的改善和人民保護鳥類的意識的提高，鳥類越來越多；同時，現代軍民用飛機數量也在逐年增加；這使得由鳥擊引起的軍民用航空事故大大增多，嚴重威脅航空器和人民安全。因此，驅鳥必將成為軍民用航空安全關注的熱點話題。
[0007]驅鳥專指軍民用機場為了保護飛行器起降安全，為了防止飛機高速起降時飛鳥被吸入飛機發動機，或撞擊飛機機體、起落架、尾翼、擋風玻璃等所有飛機機體，從而在機場關鍵飛行區、尤其是飛機起飛和降落的跑道或滑行道上采取的防止鳥類入侵的聽覺恐嚇、視覺震懾、直接捕殺、化學、生態或雷達預警等一切手段[4?5]。傳統的驅鳥設備只能在機場和機場附近空域中起作用，對高空飛行的鳥類不起作用，且效率不高。
[0008]參考文獻
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[0013][5]周加良，飛機鳥撞事故及預防[J]，洪都科技，1997-02-15。
【發明內容】
[0014]針對現有技術中存在的問題，為了改進驅鳥方法，提高驅鳥效率，設計一種高效、便捷、安全的驅鳥系統。本發明提供一種基于高壓水槍的被動式驅鳥系統，將該系統安裝于飛機本體中，利用高壓水射流進行有效驅鳥，可以從飛機發動機啟動到停車整個過程中起作用，驅鳥效率高；驅鳥系統的結構緊湊，且采用被動式控制驅鳥，操縱便捷；其中配置的水槍本身具有不燃、不爆等特點，驅鳥方式安全，適應于軍民兩用。
[0015]為了解決上述技術問題，本發明提出的一種基于高壓水槍的被動式驅鳥系統，包括飛鳥探測及瞄準裝置，第一水槍，第二水槍，第三水槍和水槍射擊液壓裝置；所述第一水槍、第二水槍、第三水槍的噴頭均可轉動，所述第一水槍設有電熱防冰結構，所述第二水槍和第三水槍均分別設有引氣防冰結構；所述飛鳥探測及瞄準裝置包括機載合成孔徑雷達和跟蹤瞄準控制器；所述水槍射擊液壓裝置包括主管路、第一水箱、第二水箱、三個增壓泵和一個四位四通閥，所述主管路的一端連接至第一水箱，所述主管路上、自與所述第一水箱的連接端依次通過柱塞泵和減壓閥連接至所述四位四通閥的一端口，自所述四位四通閥的另外三個端口分別連接有三條支路，三條支路上均分別通過各自的一增壓泵連接至第一水槍、第二水槍和第三水槍；所述柱塞泵的出口連接有一旁路，所述旁路上依次通過溢流閥和濾篩連接至所述第二水箱；所述減壓閥的出口旁通一蓄能器；所述跟蹤瞄準控制器控制所述第一水槍、第二水槍、第三水槍、柱塞泵、減壓閥、四位四通閥和三個增壓泵的狀態。
[0016]本發明一種基于高壓水槍的被動式驅鳥方法，采用上述基于高壓水槍的被動式驅鳥系統，將第一水槍布置在飛機的機頭處，將第二水槍布置在飛機的左發動機附近，將第三水槍布置在飛機的右發動機附近，所述機載合成孔徑雷達的天線也布置在機頭處、左發動機附近和右發動機附近；并包括以下步驟:
[0017]步驟一、判斷飛機發動機是否啟動，如果判斷發動機沒有啟動，則飛鳥探測及瞄準裝置關閉，所述水槍射擊液壓裝置關閉，其中的四位四通閥處于中位；如果判斷飛機發動機已經啟動，則啟動飛鳥探測及瞄準裝置；
[0018]步驟二、所述飛鳥探測及瞄準裝置探測飛機機頭前方和機翼兩側是否有飛鳥飛過；當探測到有飛鳥經過時，則開啟柱塞泵，同時，機載合成孔徑雷達將飛鳥相對于飛機的坐標位置、飛行速度和飛行方向探測出來，并且讀取飛機自身的飛行速度和飛行方向，將這些信息傳送給跟蹤瞄準控制器，對飛鳥進行跟蹤瞄準；
[0019]步驟三、跟蹤瞄準控制器對上述探測到的信息進行處理分析，當飛鳥飛進對于飛機來說是危險區域時，跟蹤瞄準控制器控制水槍射擊液壓裝置中的四位四通閥及三個增壓泵和第一水槍、第二水槍和第三水槍，對飛鳥進行射水，實現驅鳥；驅鳥完畢，首先關閉三個增壓泵，然后，四位四通閥回復中位，最后關閉柱塞泵；返回上述步驟二；直到發動機停車，關閉飛鳥探測及瞄準裝置和水槍射擊液壓裝置，四位四通閥回中位；
[0020]在上述整個過程中，蓄能器儲蓄部分液壓能以備使用；設置在柱塞泵出口處旁通的溢流閥實現水槍射擊液壓裝置的穩壓；所述第一水槍采用電熱防冰，所述第二水槍和第三水槍均分別采用引氣防冰。
[0021 ] 與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0022]將基于高壓水槍的被動式驅鳥系統安裝于飛機本體中，利用高壓水射流進行有效驅鳥，可以從飛機發動機啟動到停車整個過程中起作用，驅鳥效率高；驅鳥系統的結構緊湊，且采用被動式控制驅鳥，操縱便捷；其中配置的水槍本身具有不燃、不爆等特點，驅鳥方式安全，適應于軍民兩用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明中驅鳥水槍與液壓系統結構示意簡圖；
[0024]圖2是本發明一種基于高壓水槍的被動式驅鳥系統工作原理圖。
[0025]圖中:1、2-水箱,3-柱塞栗,4-濾篩,5-溢流閥,6-減壓閥,7-畜能器,8-四位四通閥,9、10、11一增壓栗，12-第一水槍，13_第_■水槍，14第二水槍。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0027]如圖1所示，本發明提出的一種基于高壓水槍的被動式驅鳥系統，包括飛鳥探測及瞄準裝置，第一水槍12、第二水槍13、第三水槍14和水槍射擊液壓裝置。
[0028]所述飛鳥探測及瞄準裝置包括機載合成孔徑雷達和跟蹤瞄準控制器。
[0029]所述水槍射擊液壓裝置包括主管路、第一水箱1、第二水箱2、三個增壓泵和一個四位四通閥8，所述主管路用能承受高壓的材料制成的管道，所述主管路的一端連接至第一水箱1，所述主管路上、自與所述第一水箱I的連接端依次通過柱塞泵3和減壓閥6連接至所述四位四通閥8的一端口，自所述四位四通閥8的另外三個端口分別連接有三條支路，三條支路上均分別通過各自的一增壓泵連接至第一水槍12、第二水槍13和第三水槍14，即所述主管路將增壓后的水引到第一水槍12、第二水槍13和第三水槍14，所述第一水槍12設有電熱防冰結構，所述第二水槍13和第三水槍14均分別設有引氣防冰結構；
[0030]所述柱塞泵3的出口連接有一旁路，所述旁路上依次通過溢流閥5和濾篩4連接至所述第二水箱；所述減壓閥的出口旁通一蓄能器7 ；
[0031]所述跟蹤瞄準控制器控制所述第一水槍12、第二水槍13、第三水槍14、柱塞泵3、減壓閥6、四位四通閥8和三個增壓泵的狀態。
[0032]如圖1所示，本發明中的水槍射擊液壓裝置的工作過程是:第一水箱I中的水通過柱塞泵3的抽吸作用進入主管路，在柱塞泵3出口處旁通有溢流閥5，以保持系統液體壓力的穩定，實現穩壓，該旁通管路繼續通過濾篩4連入第二水箱2，收集為實現穩壓而溢流的水。主管路中的水繼續通過減壓閥6實現減壓。從減壓閥6流出后還可以通過旁通的蓄能器7以儲蓄部分液壓能以備使用。之后主管路中的水到達四位四通閥8，該四位四通閥8分別連接至與第二水槍12所連接的增壓泵9、與第二水槍13所連接的增壓泵10、與第三水槍14所連接的增壓泵11，四位四通閥8中的換向導通是根據使用的需求調節換向，使主管路中水液能流入三個水槍支路或者關斷主管路中水的流動，三個增壓泵9、10、11的功用是使流入其支路的水增壓，進而通過水槍噴頭以較大壓力射出。
[0033]將上述基于高壓水槍的被動式驅鳥系統安裝于飛機本體中，其中，機載合成孔徑雷達(SAR)成像分辨率高，探測距離遠，可以全天時、全天候工作，能穿透云霧，并且能夠跟蹤移動目標和突然出現的快速機動目標，并具有目標截獲、火力控制、態勢感知和精確打擊等方面的優異性能(參見:劉亮，吉波，無人機載雷達現狀及發展趨勢[J]，現代導航，2014，3:227-230)，本發明中將體積小、重量輕、分辨率高的SAR雷達安裝在飛機中，雷達天線放置于飛機頭部和兩翼發動機附近；將第一水槍12布置在飛機的機頭處，將第二水槍13布置在飛機的左發動機附近，將第三水槍14布置在飛機的右發動機附近，實現驅鳥包括以下步驟:
[0034]步驟一、判斷飛機發動機是否啟動，如果判斷發動機沒有啟動，則飛鳥探測及瞄準裝置關閉，所述水槍射擊液壓裝置關閉，其中的四位四通閥8處于中位；如果判斷飛機發動機已經啟動，則啟動飛鳥探測及瞄準裝置；
[0035]步驟二、所述飛鳥探測及瞄準裝置探測飛機機頭前方和機翼兩側是否有飛鳥飛過；當探測到有飛鳥經過時，則開啟柱塞泵3，同時，機載合成孔徑雷達將飛鳥相對于飛機的坐標位置、飛行速度和飛行方向等信息探測出來，并且讀取飛機自身的飛行速度和飛行方向，將這些信息傳送給跟蹤瞄準控制器，對飛鳥進行跟蹤瞄準；
[0036]步驟三、跟蹤瞄準控制器對上述探測到的信息進行處理分析，當飛鳥飛進對于飛機來說是危險區域(即在小鳥靠近飛機相關危險區域)時，跟蹤瞄準控制器控制水槍射擊液壓裝置中的四位四通閥8及三個增壓泵9、10、11和第一水槍12、第二水槍13和第三水槍14，三個水槍的噴頭均可轉動，水槍轉動的角度受跟蹤瞄準控制器控制，以便自動旋轉并瞄準鳥類，水槍開始自動攻擊，對飛鳥進行射水，實現驅鳥，自動消除危險，降低鳥擊事件的發生(參見:陳中起，近距引導戰斗機自動攻擊控制律實現[J]，火力與指揮控制，2012-05-15);驅鳥完畢，首先關閉三個增壓泵9、10、11，然后，四位四通閥8回復中位，最后關閉柱塞泵3 ;返回上述步驟一；
[0037]在上述整個過程中，蓄能器7儲蓄部分液壓能以備使用；設置在柱塞泵3出口處旁通的溢流閥5實現水槍射擊液壓裝置的穩壓。
[0038]本發明中，設置在三條支路上的增壓泵9、10、11的增壓壓力以及三個水槍尺寸設計由公式(I)計算得到(參見:魯軍波，陳杰，基于高壓水射流分布特性的清洗參數選擇[J]，2004，14 (12):67-70):
[0039]Pm/P0 = Xc/X(I)
[0040]公式(I)中，Pm—射流斷面軸心上的動壓，MPa ；
[0041]P。一射流在噴嘴出口處的動壓，MPa ；
[0042]X。一初始段長度處射流長度，mm ；
[0043]X—到噴嘴出口的軸向距離，mm。
[0044]另外，由于飛機在高空時溫度很低，水容易結冰，為了防止水槍噴頭結冰，安裝于飛機兩翼發動機附近的第二水槍13和第三水槍14均采用引氣防冰，而安裝一飛機機頭上的第一水槍12由于離發動機較遠，應和風擋玻璃一樣，米用電熱防冰。
[0045]盡管上面結合附圖對本發明發明進行了描述，但是本發明發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明發明的啟示下，在不脫離本發明發明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發明發明的保護之內。
【權利要求】
1.一種基于高壓水槍的被動式驅鳥系統，包括飛鳥探測及瞄準裝置，其特征在于，還包括第一水槍(12)、第二水槍(13)、第三水槍(14)和水槍射擊液壓裝置； 所述第一水槍(12)、第二水槍(13)、第三水槍(14)的噴頭均可轉動，所述第一水槍設有電熱防冰結構，所述第二水槍和第三水槍均分別設有引氣防冰結構； 所述飛鳥探測及瞄準裝置包括機載合成孔徑雷達和跟蹤瞄準控制器； 所述水槍射擊液壓裝置包括主管路、第一水箱(11第二水箱(2)、三個增壓泵和一個四位四通閥(8),所述主管路的一端連接至第一水箱(1),所述主管路上、自與所述第一水箱⑴的連接端依次通過柱塞泵⑶和減壓閥(6)連接至所述四位四通閥⑶的一端口，自所述四位四通閥(8)的另外三個端口分別連接有三條支路，三條支路上均分別通過各自的一增壓泵連接至第一水槍(12)、第二水槍(13)和第三水槍(14)；所述柱塞泵(3)的出口連接有一旁路，所述旁路上依次通過溢流閥(5)和濾篩(4)連接至所述第二水箱；所述減壓閥的出口旁通一蓄能器(7)； 所述跟蹤瞄準控制器控制所述第一水槍(12)、第二水槍(13)、第三水槍(14)、柱塞泵(3)、減壓閥(6)、四位四通閥⑶和三個增壓泵的狀態。
2.一種基于高壓水槍的被動式驅鳥方法，其特征在于，采用如權利要求1所述的基于高壓水槍的被動式驅鳥系統，將第一水槍(12)布置在飛機的機頭處，將第二水槍(13)布置在飛機的左發動機附近，將第三水槍(14)布置在飛機的右發動機附近，所述機載合成孔徑雷達的天線也布置在機頭處、左發動機附近和右發動機附近； 并包括以下步驟: 步驟一、判斷飛機發動機是否啟動，如果判斷發動機沒有啟動，則飛鳥探測及瞄準裝置關閉，所述水槍射擊液壓裝置關閉，其中的四位四通閥(8)處于中位；如果判斷飛機發動機已經啟動，則啟動飛鳥探測及瞄準裝置； 步驟二、所述飛鳥探測及瞄準裝置探測飛機機頭前方和機翼兩側是否有飛鳥飛過；當探測到有飛鳥經過時，則開啟柱塞泵(3),同時，機載合成孔徑雷達將飛鳥相對于飛機的坐標位置、飛行速度和飛行方向探測出來，并且讀取飛機自身的飛行速度和飛行方向，將這些信息傳送給跟蹤瞄準控制器，對飛鳥進行跟蹤瞄準； 步驟三、跟蹤瞄準控制器對上述探測到的信息進行處理分析，當飛鳥飛進對于飛機來說是危險區域時，跟蹤瞄準控制器控制水槍射擊液壓裝置中的四位四通閥(8)及三個增壓泵(11031)和第一水槍(口)、第二水槍(13)和第三水槍(14),對飛鳥進行射水，實現驅鳥；驅鳥完畢，首先關閉三個增壓泵(93031),然后，四位四通閥⑶回復中位，最后關閉柱塞泵(3)；返回上述步驟一； 在上述整個過程中，蓄能器(7)儲蓄部分液壓能以備使用；設置在柱塞泵(3)出口處旁通的溢流閥(5)實現水槍射擊液壓裝置的穩壓；所述第一水槍(12)采用電熱防冰，所述第二水槍(13)和第三水槍(14)均分別采用引氣防冰。
【文檔編號】A01M29/06GK104381243SQ201410722630
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】劉禮平, 張文杰, 陳聰, 鄭亦媚, 郝鵬 申請人:中國民航大學