CN112781890A - 一种灭火飞机投放试验地面附着密度测量方法 - Google Patents

一种灭火飞机投放试验地面附着密度测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于民机适航审定试飞领域，涉及一种灭火飞机投放试验地面附着密度测量方法。该方法包括：在目标区域按照杯测点网格方案布局杯测点，每个网格作为一个杯测点，其内固定一个用于接收阻燃剂的杯子；其中，测点网格正交于飞行方向的中心1/3区域需要加密；当大型水陆两栖飞机的投水任务投撒阻燃剂时，对每个杯子进行称重、标记；根据上述称重和标记的测试数据，确定地面沉降的阻燃剂覆盖目标区域的情况。

Description

一种灭火飞机投放试验地面附着密度测量方法
技术领域
本发明属于民机适航审定试飞领域，涉及一种灭火飞机投放试验地面附着密度测量方法。
背景技术
阻燃剂投放的地面附着特性是表征飞机灭火效能的关键参量，是腹箱式灭火飞机任务系统性能评估的主要指标，森林航空消防的主要目的就是确认旋翼飞机和固定翼飞机的灭火阻燃剂投放系统的投放图案。我国首架自主研发的大型水陆两栖灭火飞机已进入任务系统性能验证阶段，目前试验没有满足对于该型飞机灭火任务系统的适航验证的要求。
发明内容
发明目的：主要解决腹箱式灭火飞机特种任务系统投放试验精度测量与评估的问题，为后续该类型飞机任务系统的适航性能验证提供一种参考实现方案。
技术方案
一种灭火飞机投放试验地面附着密度测量方法，包括：
在目标区域按照杯测点网格方案布局杯测点，每个网格作为一个杯测点，其内固定一个用于接收阻燃剂的杯子；
其中，测点网格正交于飞行方向的中心1/3区域需要加密；
当大型水陆两栖飞机的投水任务投撒阻燃剂时，对每个杯子进行称重、标记；
根据上述称重和标记的测试数据，确定地面沉降的阻燃剂覆盖目标区域的情况。
进一步的，所述方法还包括：
根据大型水陆两栖飞机的投水任务系统投水特性的仿真计算，得到落水分布仿真计算等值云图；
以落水分布仿真计算等值云图为依据，给出了进行杯测点网格方案；
其中，等值云图落水中密度梯度越大的区域，其网格间距缩越小。
进一步的，根据上述称重和标记结果，确定地面沉降的阻燃剂覆盖目标区域的情况，包括：
将上述称重和标记结果与等值云图进行一一对应的比对，使用阻燃剂的密度将质量换算为L·m-2；
根据换算的结果，确定该目标区域是全覆盖、部分覆盖和偏离覆盖中哪种情况。
进一步的，杯测点布局采用杯格法。
进一步的，所述根据换算的结果，确定该目标区域是全覆盖、部分覆盖和偏离覆盖中哪种情况，包括：
对换算结果采用线性插值的方法估计，扩充测试数据的数据库；
按照数据库中的测试数据，确定目标区域是全覆盖、部分覆盖和偏离覆盖中哪种情况。
进一步的，若地面沉降的水体完全覆盖投水目标区域，将其定义为全覆盖。
进一步的，若地面沉降的水体只有部分落在目标区域内，称其为部分覆盖。
进一步的，若地面沉降的水体全未落在目标区域内，则视其为偏离覆盖。
有益效果：为了满足对于该型飞机灭火任务系统的适航验证试验的要求，我们基于其灭火任务系统的投水特性，建立了一套适用于该型飞机投放试验地面附着密度量化的杯格测量法，整体涵盖了阻燃剂着地后数据采集、数据分析和计算以及落水精度评估的具体操作程序，形成了能够科学评价森林灭火特种飞机任务系统液滴地面沉降特性效能评估的有效测量方案。
附图说明
图1为落水分布仿真计算等值云图；
图2为测点网格方案的布局图；
图3为落水位置地面测量效果图。
具体实施方式
本发明提出一种灭火飞机投放试验地面附着密度测量方法，包括：
步骤1：测点数据采集
杯格法是一种将容器按适当间距固定在地面方阵点上，用来测量空气中释放阻燃化学品产生的地面沉积模式的标准程序。灭火飞机以一定的速度和高度飞过测点矩阵的上方，将携带的阻燃剂投放在有规则间隔的网格杯子中，记录每个杯子中阻燃剂的质量和在栅格中的位置。
步骤2：数据插值与分析
通过计算机软件绘制液滴沉积区域的边界图和等值线云图，进而确定阻燃剂在预计投放区域的覆盖水平和投水落到地面的区域轮廓，由于试验场地资源和费用成本的限制，杯格法获得的有效数据通常都是稀疏的，因此采用线性插值的方法对点进行估计，扩充测试数据的数据库，以便获取更加精确的投水试验评估结果。
步骤3：着点精度评估
飞机在执行投水任务时，设计速度较大，温度、风速和观察员的判断等因素都在一定程度上影响投水的位置和效能，落水的位置和落水区域存在偏离期望值的情况，致使测点矩阵无法发挥出预期的功效。针对上述情况，对这种由于落水偏离引起的有效投水量(即恰好掉落在火灾发生区域的落水量)进行了分类计算，进而确定了杯测法在不同情况下的相对有效性。
本发明的优点：通过发明可以实现水陆两栖飞机灭火任务系统效能评估适航审定试飞，填补了该型特种飞机考核方法的空白。
具体实施方式：
下面对本发明做进一步详细描述。本发明提供的技术方案具体如下：
步骤1：测点网格方案分析。建立杯测试验矩阵前，需要对测点的布局进行分析，达到减少试验成本和工序的目的。因此，本发明中根据大型水陆两栖飞机的投水任务系统投水特性的仿真计算，获得了理论上的液滴地面沉降结果(如图1所示)，并以此为依据，给出了进行杯测测点矩阵布置的参考方案。
不同投水构型的着水区域中心位置不同，为了覆盖不同构型的着水区域中心，选择在测点网格矩阵长度方向的中心1/3区域进行加密，以满足不同构型投水时着水密度对于测点的精度要求。通过线性插值分析，文中确定了该种型号飞机测点布局的网格最小间距取4m，并在落水密度梯度较大的区域进行间距缩小，与落水分布云图的状态相适应。经过对过去数百次投水试验的比较分析可知，正交于飞行方向的横向着水覆盖量的变化速率要大于飞行路线方向上的着水覆盖量的变化速率[9]，特别是在投水速度较大的情况下，因此文中只对沿着正交于飞行方向的测点进行了加密处理，如图2所示。若是有条件限制或成本满足要求，也可以缩小网格最大间距，采用同等间距的常规网格处理，详细布局参见杯测法测点网格方案，如表1。
表1
Figure BDA0002857588620000031
步骤2：布置测点矩阵。投放试验前，在平整的土地上按照测点网格方案布置金属桩并且固定牢靠，每一个木桩的顶部都系着一个塑料或纸质的杯子，并通过橡皮筋将其配套的杯盖固定在木桩周围。待投水试验结束后，所有粘有投水痕迹的杯子都必须尽快地盖上杯盖以减小蒸发，并根据每个阵列末尾提前放好的标记版数字，在盖子上面快速标记行号和列号，以标识量杯在测点阵列当中的位置。随后收集这些杯子到称重的区域，记录每个杯子里的阻燃剂重量和位置信息，用于完成投水图案的特性报告。
步骤3：数据采集、称重和记录。常温条件下，即使当天投水试验的所有称重杯子都有密封盖，一些材料也会随着时间慢慢蒸发掉，另外若标记和分类整理出现错误也会致使投水实验当天的数据作废。因此，若情况允许，当天实验的杯子尽量保证即时称重，以减小误差。称重程序的设计已尽可能地满足用户需要，过程指令无法包含所有可能出现的程序错误的解决步骤，最佳的解决方式是三人同时进行，单人称重,单人记录，单人监看。在进行称重的过程中，每个量杯的重量和位置信息被录入计算机。空杯及盖子的重量会被从总重量中减去，得到以克为单位的液体重量，为了与仿真计算结果进行一一对应的比对，使用液体的密度将质量换算为L·m-2。
步骤4：飞机投放点精度评估。假设测点矩阵所在的位置为目标区域，则整个投水过程可能会遇到三种情况：全覆盖、部分覆盖和偏离覆盖。若地面沉降的水体完全覆盖投水目标区域，将其定义为全覆盖；若地面沉降的水体只有部分落在目标区域内，称其为部分覆盖；若地面沉降的水体全未落在目标区域内，则视其为偏离覆盖，具体情况如图3所示。每种覆盖方式所对应的有效投水计算量会些许差别，以全覆盖状态下的落水量为参考量，分别通过积分计算三种状态下的有效投水比。
针对森林灭火特种飞机灭火任务系统的适航验证要求，分析了适用于灭火飞机跌落试验地面着点密度的测量方法，结合大型水陆两栖飞机的投放试验地面着水特性，建立了使用杯格法进行数据采集的试验程序，并通过线性插值法确立测测点网格方案的参考方案，提出了该种测量方法精度评估的具体计算方式，形成了一套系统完整的液滴地面沉降特性效能评估的有效测量方法。为该类飞机灭火任务系统后续的性能验证提供了依据，弥补了国内在该领域的技术缺口，并且达到了国际同步的技术水平，取得了良好的效果。

Claims (8)

1.一种灭火飞机投放试验地面附着密度测量方法，其特征在于，包括：
在目标区域按照杯测点网格方案布局杯测点，每个网格作为一个杯测点，其内固定一个用于接收阻燃剂的杯子；
其中，测点网格正交于飞行方向的中心1/3区域需要加密；
当大型水陆两栖飞机的投水任务投撒阻燃剂时，对每个杯子进行称重、标记；
根据上述称重和标记的测试数据，确定地面沉降的阻燃剂覆盖目标区域的情况。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据大型水陆两栖飞机的投水任务系统投水特性的仿真计算，得到落水分布仿真计算等值云图；
以落水分布仿真计算等值云图为依据，给出了进行杯测点网格方案；
其中，等值云图落水中密度梯度越大的区域，其网格间距缩越小。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据上述称重和标记结果，确定地面沉降的阻燃剂覆盖目标区域的情况，包括：
将上述称重和标记结果与等值云图进行一一对应的比对，使用阻燃剂的密度将质量换算为L﹒m-2；
根据换算的结果，确定该目标区域是全覆盖、部分覆盖和偏离覆盖中哪种情况。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，杯测点布局采用杯格法。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据换算的结果，确定该目标区域是全覆盖、部分覆盖和偏离覆盖中哪种情况，包括：
对换算结果采用线性插值的方法估计，扩充测试数据的数据库；
按照数据库中的测试数据，确定目标区域是全覆盖、部分覆盖和偏离覆盖中哪种情况。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若地面沉降的水体完全覆盖投水目标区域，将其定义为全覆盖。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若地面沉降的水体只有部分落在目标区域内，称其为部分覆盖。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若地面沉降的水体全未落在目标区域内，则视其为偏离覆盖。
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