CN104787341A - 一种基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置 - Google Patents

Abstract

一种基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置，包括大荷载航模直升飞机，大荷载航模直升飞机下方设有钛合金测量吊舱，钛合金测量吊舱的一侧设有钛合金真空抽吸管，钛合金真空抽吸管的端口设有真空吸盘，钛合金真空抽吸管上设有可摆动测量杆；可摆动测量杆上设有静压传感器、风速传感器，钛合金测量吊舱内设有与数据采集仪连接的测量控制器、数据采集仪、无线传输模块、真空泵，数据采集仪与测量控制器相连，测量控制器与无线传输模块相连，真空泵与钛合金真空抽吸管相连；钛合金测量吊舱外壁设有与数据采集仪连接的太阳辐射强度传感器、温度传感器、相对湿度传感器、空气质量传感器。本发明测点不受限制、参数测量全面、安全性高。

Description

一种基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置

技术领域

本发明涉及一种基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置。

背景技术

我国《民用建筑设计通则》GB50352—2005规定：建筑高度超过100m时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。由于玻璃幕墙具有自重轻、易于工业化生产、外观美观和采光性好等优点，所以超高层建筑一般都大量采用玻璃幕墙外围护结构。基于安全性、集中空调系统设计需要、美观要求和超高层建筑风场的考虑，超高层建筑的玻璃幕墙在100m以上部分很少有可开启外窗。

在进行超高层建筑的结构体系研究、暖通空调系统研究和优化时，超高层建筑在100m以上部位的风场、温度场情况是超高层结构风荷载研究、风致振动动力特性研究、CFD（计算流体动力学）模拟和能耗模拟所需要的重要参数依据。但超高层建筑在高楼层处缺少可开启外窗，在高空设置测点难度大，难以测得其风场、温度场等情况。

伴随着科技的发展，各种航模飞机大量普及，其性能已非常出色，制造成本也迅速下降。在军事、农业、地理测绘等领域已大量使用了航模飞机技术进行一些人力无法完成的工作。其中，航模直升飞机由于起飞空间需求小，操控简单，具有空中悬停功能等优点，除了由于科研生产外，也已在普通爱好者当中大量普及。

目前，超高层建筑的室外参数测量和采集，主要有以下几种方式：（1）在设备层或有可通向室外孔洞的其他层，由测量人员手持风速仪、温度仪等测量设备进行测量和采集；（2）在设备层或超高层建筑表面等位置安放自动参数测量装置进行测量和采集；（3）使用擦窗机作为室外测量平台，安放自动参数测量装置进行测量和采集。

方式（1）和（2）存在测点受限，不能在超高层建筑外表面任意点进行测量的问题。方式（3）的使用成本高，操作复杂，每次测量均动用擦窗机，且长期测量采集参数时影响建筑立面观感。且擦窗机造价高，台数有限，不能同时在多个外表面的测点进行测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种测点不受限、操作较简单、成本较低、参数测量全面、智能化程度高、安全性较高的基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置，包括大荷载航模直升飞机，所述大荷载航模直升飞机下方设有钛合金测量吊舱，所述钛合金测量吊舱底部设有起飞支架；

所述钛合金测量吊舱的一侧设有钛合金真空抽吸管，钛合金真空抽吸管水平穿过吊舱侧壁且与吊舱侧壁固定，钛合金真空抽吸管的端口设有真空吸盘，真空吸盘与钛合金真空抽吸管连通，钛合金真空抽吸管上靠近真空吸盘的位置设有真空破坏电动阀和可摆动测量杆；所述真空破坏电动阀与测量控制器连接，所述可摆动测量杆上设有静压传感器、风速传感器，所述钛合金真空抽吸管上还设有测量杆摆动执行器，测量杆摆动执行器分别与测量控制器、可摆动测量杆相连；

所述钛合金测量吊舱内设有测量控制器、数据采集仪、无线传输模块、真空泵、真空泵控制器、锂电池，所述数据采集仪与测量控制器相连，测量控制器与无线传输模块相连，所述真空泵控制器分别与测量控制器、真空泵相连，真空泵与钛合金真空抽吸管相连；所述锂电池与测量控制器、数据采集仪、无线传输模块、真空泵、真空泵控制器、真空破坏电动阀、测量杆摆动执行器相连；所述大荷载航模直升飞机的外壁顶部设有可旋转高清摄像头，可旋转高清摄像头与测量控制器相连；

所述钛合金测量吊舱外壁设有太阳辐射强度传感器、温度传感器、相对湿度传感器、空气质量传感器；所述太阳辐射强度传感器、温度传感器、相对湿度传感器、空气质量传感器、静压传感器、风速传感器均与数据采集仪连接。

进一步，所述钛合金测量吊舱内还设有防坠毁降落伞包、导引伞、微型压缩空气瓶、压缩空气导向管、压缩空气瓶放气电动阀，所述微型压缩空气瓶与压缩空气瓶放气电动阀相连，压缩空气瓶放气电动阀与压缩空气导向管的一端相连，所述导引伞放置在压缩空气导向管的另一端，导引伞与防坠毁降落伞包相连；所述压缩空气瓶放气电动阀还分别与测量控制器、锂电池相连。

进一步，所述钛合金测量吊舱内设有加速度传感器，加速度传感器与数据采集仪连接；钛合金测量吊舱的侧面开有降落伞释放板洞口，降落伞释放板洞口内设有降落伞释放板，钛合金测量吊舱的壁面上设有降落伞释放板电动开启器，降落伞释放板电动开启器位于降落伞释放板洞口边；降落伞释放板电动开启器分别与测量控制器、降落伞释放板相连，降落伞释放板电动开启器还与锂电池相连。

进一步，所述降落伞释放板通过合页与钛合金测量吊舱侧壁连接，所述降落伞释放板电动开启器通过合页与降落伞释放板连接。

进一步，所述钛合金真空抽吸管设有至少3个端口，每个端口上设有真空吸盘。

进一步，所述钛合金真空抽吸管设有4～6个端口，每个端口上设有真空吸盘。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

（1）设有真空吸盘，可在超高层建筑外表面的任意高度、任意位置设置测量点，测量所需的各种研究参数，测点不受限。

（2）真空吸盘的数量便于设置多个，能够同时在超高层建筑多个外表面的测点进行测量，且操作较简单、成本较低。

（3）设有多种传感器，包括太阳辐射强度传感器、温度传感器、相对湿度传感器、空气质量传感器；太阳辐射强度传感器、温度传感器、相对湿度传感器、空气质量传感器、加速度传感器、静压传感器、风速传感器，可对超高层建筑围护结构表面的风速、风压、温度、湿度、太阳辐射强度设有等各种参数进行全面测量。

（4）设有测量控制器、数据采集仪、无线传输模块，可自动完成各种数据的实时采集和无线传输，测量控制器可通过无线传输模块与地面操控设备和人员进行通讯，智能化程度高。

（5）设有防坠落安全组件，防坠落安全组件包括防坠毁降落伞包、导引伞、微型压缩空气瓶、压缩空气导向管、压缩空气瓶放气电动阀等，在意外情况下，可保证本装置安全运行，避免发生安全意外时对人体造成损害以及对设备造成损坏，安全性较高。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1所示实施例的钛合金测量吊舱内部的结构示意图。

图中：1—大荷载航模直升飞机，2—钛合金测量吊舱，3—测量控制器，4—数据采集仪，5—无线传输模块，6—太阳辐射强度传感器，7—温度传感器，8—相对湿度传感器，9—空气质量传感器，10—加速度传感器，11—静压传感器，12—风速传感器，13—可旋转高清摄像头，14—真空泵，15—真空泵控制器，16—钛合金真空抽吸管，17—真空破坏电动阀，18—真空吸盘，19—锂电池，20—防坠毁降落伞包，21—导引伞，22—微型压缩空气瓶，23—压缩空气导向管，24—压缩空气瓶放气电动阀，25—降落伞释放板，26—降落伞释放板电动开启器，27—可摆动测量杆，28—测量杆摆动执行器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

参照图1，本实施例包括：大荷载航模直升飞机1，大荷载航模直升飞机1下方设有钛合金测量吊舱2，钛合金测量吊舱2底部设有起飞支架；

钛合金测量吊舱2的一侧设有钛合金真空抽吸管16，钛合金真空抽吸管16水平穿过吊舱2侧壁且与吊舱2侧壁固定，钛合金真空抽吸管16的端口设有真空吸盘18，真空吸盘18与钛合金真空抽吸管16连通，钛合金真空抽吸管16上靠近真空吸盘18的位置设有真空破坏电动阀17和可摆动测量杆27；真空破坏电动阀17与测量控制器3连接，可摆动测量杆27上设有静压传感器11、风速传感器12，钛合金真空抽吸管16上还设有测量杆摆动执行器28，测量杆摆动执行器28分别与测量控制器3、可摆动测量杆27相连；

参照图2，钛合金测量吊舱2内设有测量控制器3、数据采集仪4、无线传输模块5、加速度传感器10、真空泵14、真空泵控制器15、锂电池19，数据采集仪4与测量控制器3相连，测量控制器3与无线传输模块5相连，真空泵控制器15分别与测量控制器3、真空泵14相连，真空泵14与钛合金真空抽吸管16相连；锂电池19与测量控制器3、数据采集仪4、无线传输模块5、真空泵14、真空泵控制器15、真空破坏电动阀17、测量杆摆动执行器28相连；大荷载航模直升飞机1的外壁顶部设有可旋转高清摄像头13，可旋转高清摄像头13与测量控制器3相连；

钛合金测量吊舱2外壁设有太阳辐射强度传感器6、温度传感器7、相对湿度传感器8、空气质量传感器9；太阳辐射强度传感器6、温度传感器7、相对湿度传感器8、空气质量传感器9、加速度传感器10、静压传感器11、风速传感器12均与数据采集仪4连接；

钛合金测量吊舱2内还设有防坠毁降落伞包20、导引伞21、微型压缩空气瓶22、压缩空气导向管23、压缩空气瓶放气电动阀24，微型压缩空气瓶22与压缩空气瓶放气电动阀24相连，压缩空气瓶放气电动阀24与压缩空气导向管23的一端相连，导引伞21放置在压缩空气导向管23的另一端，导引伞21与防坠毁降落伞包20相连；压缩空气瓶放气电动阀24还分别与测量控制器3、锂电池19相连；

钛合金测量吊舱2的侧面开有降落伞释放板洞口，降落伞释放板洞口内设有降落伞释放板25，钛合金测量吊舱2的壁面上设有降落伞释放板电动开启器26，降落伞释放板电动开启器26位于降落伞释放板洞口边；降落伞释放板电动开启器26分别与测量控制器3、降落伞释放板25相连，降落伞释放板电动开启器26控制降落伞释放板25的打开与关闭；降落伞释放板电动开启器26还与锂电池19相连。

降落伞释放板25为一块方形钛合金板，降落伞释放板25通过合页与钛合金测量吊舱2侧壁连接，降落伞释放板电动开启器26通过合页与降落伞释放板25连接，降落伞释放板电动开启器26可带动合页及合页上的降落伞释放板25进行转动。

钛合金真空抽吸管16设有3个端口，每个端口上设有真空吸盘18。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于：钛合金真空抽吸管16设有4个端口，每个端口上设有真空吸盘18。其余同实施例1。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于：钛合金真空抽吸管16设有5个端口，每个端口上设有真空吸盘18。其余同实施例1。

本发明中，锂电池19为测量控制器3、数据采集仪4、无线传输模块5、真空泵14、真空泵控制器15、真空破坏电动阀17、压缩空气瓶放气电动阀24、降落伞释放板电动开启器26、测量杆摆动执行器28供电；可旋转高清摄像头13的供电由测量控制器3提供；太阳辐射强度传感器6、温度传感器7、相对湿度传感器8、空气质量传感器9、加速度传感器10、静压传感器11、风速传感器12的供电由数据采集仪4提供。

大荷载航模直升飞机1作为运载工具使用，可将钛合金测量吊舱2、钛合金测量吊舱2内的部件及固定在大荷载航模直升飞机1上的钛合金真空抽吸管16等运载至超高层建筑的高楼层所在的高度，并可在遥控下进行上、下、左、右、前进、后退、悬停等自由运动。大荷载航模直升飞机1处于停放状态时，钛合金测量吊舱2底部的起飞支架触地。

测量控制器3可通过无线传输模块5与地面操控设备和人员进行通讯，测量控制器3根据预设的程序或操控指令对采集装置中的可旋转高清摄像头13、真空泵控制器15、真空破坏电动阀17、压缩空气瓶放气电动阀24、降落伞释放板电动开启器26、测量杆摆动执行器28进行控制。数据采集仪4可采集太阳辐射强度传感器6、温度传感器7、相对湿度传感器8、空气质量传感器9、加速度传感器10、静压传感器11、风速传感器12的各种数据参数，将数据参数传输到地面操控设备内的存储器进行存储。

当大荷载航模直升飞机1运载钛合金测量吊舱2、钛合金真空抽吸管16等飞行至超高层建筑的高楼层的玻璃幕墙边时，真空泵14在真空泵控制器15的控制下，可通过钛合金真空抽吸管16将真空吸盘18内的空气抽空，使真空吸盘18紧紧贴附在建筑物的玻璃幕墙上。真空吸盘18贴附在玻璃幕墙上后，将大荷载航模直升飞机1的发动机停机。

钛合金测量吊舱2内的太阳辐射强度传感器6、温度传感器7、相对湿度传感器8、空气质量传感器9的参数会受到大荷载航模直升飞机1的桨叶气流以及发动机的散热和尾气的干扰。所以，使用本装置进行测试时，应在本装置吸附到超高层建筑玻璃幕墙上，且大荷载航模直升飞机1的发动机停机一段时间后，再进行有效参数的采集，避免大荷载航模直升飞机1的桨叶气流、发动机的散热和尾气的干扰。消除干扰的待机时间因气候条件不同、风速不同而不同，消除干扰的待机时间可根据测试的环境条件灵活设定。

可旋转高清摄像头13可通过测量控制器3、数据采集仪4和无线传输模块5将大荷载航模直升飞机1飞行中的实时图像传输至地面操控设备和人员处，地面操控设备和人员在实时图像的帮助下，可实现本装置贴附玻璃幕墙动作时的精确控制。

考虑到玻璃幕墙的承载能力，本采集装置的总重量一般控制在3.5kg以下，并在使用前对将要测量的高层建筑的玻璃幕墙进行强度验算。如玻璃幕墙强度难以达标，本采集装置可在可旋转高清摄像头13的指引下，将真空吸盘18对准玻璃幕墙的铝合金框架处或受力钢构件节点附近表面的玻璃幕墙进行吸附，避免对玻璃幕墙产生安全隐患。

当参数采集结束后，真空破坏电动阀17可在测量控制器3的控制下打开，破坏真空吸盘18的真空状态，使真空吸盘18脱离玻璃幕墙表面。

本发明设有防坠落安全组件，防坠落安全组件包括防坠毁降落伞包20、导引伞21、微型压缩空气瓶22、压缩空气导向管23、压缩空气瓶放气电动阀24等，在意外情况下，可保证本装置安全运行，避免发生安全意外时对人体造成损害以及对设备造成损坏。在意外情况下，本装置发生自由落体下坠时，加速度传感器10可立即感知，并向数据采集仪4发出下坠报警信号，报警信号由数据采集仪4传输至测量控制器3。测量控制器3收到下坠报警信号后，向地面操控设备发出报警信号，同时，立即启动降落伞释放板电动开启器26，降落伞释放板电动开启器26控制降落伞释放板25打开，然后，迅速打开压缩空气瓶放气电动阀24，微型压缩空气瓶22中的高压空气沿着压缩空气导向管23吹出，高压空气气流将导引伞21从降落伞释放板洞口吹出，导引伞21被高压空气吹出后，马上张开，产生气动拉力，拉出防坠毁降落伞包20中的主降落伞，主降落伞在空气阻力作用下，使本装置慢速下降，安全着陆。

本装置在地面状态下，可摆动测量杆27收起，贴附在钛合金真空抽吸管16下方。大荷载航模直升飞机1起飞后，在本装置完成贴附玻璃幕墙动作后，测量杆摆动执行器28动作，可摆动测量杆27放下，与钛合金真空抽吸管16呈90度夹角，实现静压传感器11、风速传感器12远离真空吸盘18的气流绕流区，避免真空吸盘18对测量参数产生影响。可摆动测量杆27在大荷载航模直升飞机1降落时可收起。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置，其特征在于：包括大荷载航模直升飞机（1），所述大荷载航模直升飞机（1）下方设有钛合金测量吊舱（2），所述钛合金测量吊舱（2）底部设有起飞支架；

所述钛合金测量吊舱（2）的一侧设有钛合金真空抽吸管（16），钛合金真空抽吸管（16）水平穿过吊舱（2）侧壁且与吊舱（2）侧壁固定，钛合金真空抽吸管（16）的端口设有真空吸盘（18），真空吸盘（18）与钛合金真空抽吸管（16）连通，钛合金真空抽吸管（16）上靠近真空吸盘（18）的位置设有真空破坏电动阀（17）和可摆动测量杆（27）；所述真空破坏电动阀（17）与测量控制器（3）连接，所述可摆动测量杆（27）上设有静压传感器（11）、风速传感器（12），所述钛合金真空抽吸管（16）上还设有测量杆摆动执行器（28），测量杆摆动执行器（28）分别与测量控制器（3）、可摆动测量杆（27）相连；

所述钛合金测量吊舱（2）内设有测量控制器（3）、数据采集仪（4）、无线传输模块（5）、真空泵（14）、真空泵控制器（15）、锂电池（19），所述数据采集仪（4）与测量控制器（3）相连，测量控制器（3）与无线传输模块（5）相连，所述真空泵控制器（15）分别与测量控制器（3）、真空泵（14）相连，真空泵（14）与钛合金真空抽吸管（16）相连；所述锂电池（19）与测量控制器（3）、数据采集仪（4）、无线传输模块（5）、真空泵（14）、真空泵控制器（15）、真空破坏电动阀（17）、测量杆摆动执行器（28）相连；所述大荷载航模直升飞机（1）的外壁顶部设有可旋转高清摄像头（13），可旋转高清摄像头（13）与测量控制器（3）相连；

所述钛合金测量吊舱（2）外壁设有太阳辐射强度传感器（6）、温度传感器（7）、相对湿度传感器（8）、空气质量传感器（9）；所述太阳辐射强度传感器（6）、温度传感器（7）、相对湿度传感器（8）、空气质量传感器（9）、静压传感器（11）、风速传感器（12）均与数据采集仪（4）连接。

2.如权利要求1所述的基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置，其特征在于：所述钛合金测量吊舱（2）内还设有防坠毁降落伞包（20）、导引伞（21）、微型压缩空气瓶（22）、压缩空气导向管（23）、压缩空气瓶放气电动阀（24），所述微型压缩空气瓶（22）与压缩空气瓶放气电动阀（24）相连，压缩空气瓶放气电动阀（24）与压缩空气导向管（23）的一端相连，所述导引伞（21）放置在压缩空气导向管（23）的另一端，导引伞（21）与防坠毁降落伞包（20）相连；所述压缩空气瓶放气电动阀（24）还分别与测量控制器（3）、锂电池（19）相连。

3.如权利要求2所述的基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置，其特征在于：所述钛合金测量吊舱（2）内设有加速度传感器（10），加速度传感器（10）与数据采集仪（4）连接；钛合金测量吊舱（2）的侧面开有降落伞释放板洞口，降落伞释放板洞口内设有降落伞释放板（25），钛合金测量吊舱（2）的壁面上设有降落伞释放板电动开启器（26），降落伞释放板电动开启器（26）位于降落伞释放板洞口边；降落伞释放板电动开启器（26）分别与测量控制器（3）、降落伞释放板（25）相连，降落伞释放板电动开启器（26）还与锂电池（19）相连。

4.如权利要求3所述的基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置，其特征在于：所述降落伞释放板（25）通过合页与钛合金测量吊舱（2）侧壁连接，所述降落伞释放板电动开启器（26）通过合页与降落伞释放板（25）连接。

5.如权利要求1至4中任一项所述的基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置，其特征在于：所述钛合金真空抽吸管（16）设有至少3个端口，每个端口上设有真空吸盘（18）。

6.如权利要求5所述的基于航模飞机的超高层建筑多参数采集装置，其特征在于：所述钛合金真空抽吸管（16）设有4～6个端口，每个端口上设有真空吸盘（18）。