CN202126367U - 一种飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大气气溶胶航空导流罩，属于大气环境采样及分析技术领域。它包括缓冲器和进样管，进样管的一端设有进样口，进样管贯穿飞机底部并延伸至缓冲器内，进样管的另一端与快速接口相连，所述的缓冲器包括进气口、缓冲腔和出气口，进气口、缓冲腔和出气口顺次密封连接，所述缓冲腔呈圆柱筒状，进气口呈截头圆锥体形，截头圆锥体的右端口圆的直径为左端口圆的直径的10-12倍。采用本实用新型的采样器，高速气流缓冲降低成低速气流，由进样口进入进样管，避免高速气流直接进入采样管，防止气溶胶颗粒物粘附于缓冲罐壁上，提高进入进样口的大气气溶胶颗粒物的收集率，减少颗粒物损失。

Description

一种飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩

技术领域

本实用新型涉及一种空气采样器，具体的说是一种飞机外挂式大气污染物航空导流罩，属于大气环境采样及分析技术领域。 

背景技术

随着大气质量的日益下降以及航空技术的发展，国内外研究者从八十年代中期就开始研究在飞机上进行大气采样的方法——航空采样技术。航空采样技术的运用有利于了解高空的大气质量状况进而研究大气污染的成因。但目前，所使用的大气污染物航空观测采样器具有费用昂贵、运作复杂等缺点。此外，一些科研和气象局等单位为了科研须求，他们从国外公司购买大气污染物航空观测采样器，而这些仪器的尺寸通常与一些飞机底部和上部设置的小口(通常用于拍照片使用)不匹配，需要进一步改装飞机底部再进行安装，安装时还需要对飞机的电路进行改动，不仅改装费用昂贵而且增大了飞机在空中飞行的危险性。 

大气气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。大气中的气溶胶不仅能够直接影响到达地面的太阳辐射，参与大气中其他组分的非均相化学反应，它还可以作为云的凝结核，间接影响大气环境，当大气中的颗粒物通过呼吸道进入人体后，还会直接危害人体的健康。因此对气溶胶的研究及监测是大气环境研究工作中一个重要的内容，目前，国内自行在飞机上设计并安装了缓冲式收集器，但是这些收集器主要用来测量气体而非测定气溶胶颗粒。这些缓冲收集器都无法采集高空中稀少的气溶胶颗粒。中国专利CN201000405Y(200720017689.4)公开了一种新型大气污染物航空观测采样器，该装置包括输样管、缓冲罐、空气进样管、气溶胶进样管，输样管的一端设有采样口，另一端与缓冲罐一端连通，缓冲罐的另一端与空气进样管连通，在缓冲罐的侧壁上与气溶胶进样管连通，高速的气流由采样口进入采样管，并在采样管内保持相同的速度进入缓冲罐，气体在缓冲罐内速度减缓以后由柱体顶部的空气进样管和气溶胶进样管分别进入气体检测仪和气溶胶检测仪，此装置虽然具有采集气溶胶的功能，但存在以下缺点：采样管的管口方向相对于飞机飞行的方向，采样过程中高速气流冲击采样管，高速的气流容易使气溶胶颗粒粘附与采样管的弯管处，气溶胶损失率非常高，导致气溶胶检测不准确。另外，该装置在机舱内体积比较大，占用较大空间，这不利于小型飞机内部容纳其它大气观测仪器。 

发明内容

为解决以上技术上的不足，本实用新型提供了一种结构简单、经济实用的飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，它能提高气溶胶的收集率，其进样的压力更加稳定，更有利于气溶胶的收集，大大降低收集气溶胶颗粒的损失率，不对飞机进行任何改动，降低安全隐患，提高航空采样技术的可行性与实用性。 

本实用新型是通过如下技术方案实现的： 

一种飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，包括缓冲器和进样管，进样管的一端设有进样 口，其特征在于：缓冲器固定设置在飞机的底部，进样管贯穿飞机底部并延伸至缓冲器内，进样口设置在缓冲器内部，进样管的另一端与快速接口相连，所述的缓冲器包括进气口、缓冲腔和出气口，进气口、缓冲腔和出气口顺次密封连接，所述缓冲腔呈圆柱筒状，进气口呈截头圆锥体形，截头圆锥体的右端口圆的直径为左端口圆的直径的10-12倍，截头圆锥体的右端口与缓冲腔密封连接，截头圆锥体的右端口圆的直径与缓冲腔的内径相同。本实用新型采样器中缓冲器的进气口呈截头圆锥体形设计，该技术特点的优点：高速流动的气样通过进气口进入缓冲腔，由于截头圆锥体的右端口圆的直径为左端口圆的直径的10-12倍左右，高速流动的气样经进气口进入缓冲腔后减速至初始流度的百分之一，此种设计可以把外界高速气流降低为较低流速，在缓冲降速过程中，降低颗粒物的损失率，从而防止高速运动的气溶胶颗粒直接打击缓冲器内壁并粘附在表面。 

所述的进气口左端口圆的直径为3.6-5mm，进气口右端口圆的直径44-50mm，缓冲腔的长度为400-450mm。 

所述的出气口的直径小于缓冲腔的内径，出气口的直径30-35mm。出气口的直径小于缓冲腔内径是为了防止缓冲腔内的气样直接冲出缓冲腔，降低内部气体流动速和气溶胶的损失率。 

所述的缓冲器与飞机底部之间设置有固定支架，固定支架与飞机底部通过法兰盘固定连接，进样管贯穿法兰盘中间的孔延伸至飞机内部。此种设计的优点：降低整体构架的重量和保护进样管，防止进样管在高空中受气流冲击折断受损，提高进样管的使用寿命。 

所述的进样管与快速接口之间设置有中空箱体，所述的箱体为直径为10mm和高为15mm的柱体。中空箱体能起到二次减速稳压作用：因为飞机通常在高空作业，气压会变低，所以中空箱体会适当缓解压力，使得外部低气压接近机舱内部气压。 

优选的，进样管与中空箱体通过软管相连通，软管优选特氟龙材质的软管。特氟龙软管内壁具有对气溶胶吸附力小的特点，并且可以任意弯曲，根据机舱内大小，可方便灵活放置中空箱体，从而方便快速接口与监测仪器相连。 

所述的快速接口为1-4个，均匀的分布在中空箱体的外部，快速接口为标准的6.36毫米快速接口。根据目前大气研究的多目标性，这些快速接口可以分别连接不同的大气污染物监测仪器，如SO₂、NO_x、气溶胶等监测仪器。此采样器不仅适用于气溶胶颗粒，还适用于其他气体，适用范围较广。 

本实用新型的缓冲器、固定支架和进样管均采用内外抛光不锈钢材质。 

本实用新型的有益效果在于： 

1、采用本实用新型的采样器，气流经缓冲罐、中空箱体，其进样的压力更加稳定，进样流速小于1m/s，更有利于气溶胶收集；位于飞机外部的缓冲器能将高速气流缓冲降低成低速气流，由进样口进入进样管，一改以往采样器的直管式进样口，避免高速气流直接进入采样管，防止气溶胶颗粒物粘附于缓冲罐壁上，提高进入进样口的大气气溶胶颗粒物的收集率，减少颗粒物损失。 

2、本实用新型结构简单、经济实用，原材料易得，加工方便，无需加热，不会产生静电； 

3、本实用新型用途广泛，投资少，运用便捷，具有实践意义，提高航空采样技术的可行性与实用性，可用于日常采样，气溶胶科学研究采样，以及高空作业收集样品等； 

4、本实用新型在进行航空采样时不对飞机进行任何改动，利用飞机底部现有的小洞及飞机地板上的地脚螺栓进行安装固定，不会造成飞行的安全隐患。 

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图； 

图2是图1中法兰结构示意图； 

其中，1、缓冲器；2、进气口；3、缓冲腔；4、进样口；5、出气口；6、固定支架；7、进样管；8、法兰盘；9、特氟龙软管；10、箱体；11、快速接口；12、固定板；13、螺丝孔；14、固定螺丝。 

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做详细地说明，但不限于此。 

实施例1 

如图1所示，一种飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，包括缓冲器1和进样管7，缓冲器1与固定支架6相连，缓冲器1通过固定支架6固定在飞机底部。固定支架6上设置有法兰盘8，采用四个固定螺丝14将法兰盘固定于飞机底部固定板12上，从而将缓冲器1固定在飞机底部，如图2所示。这可以在很大程度地提高了采样器的稳定性，提升高空作业的安全性。法兰罗盘的大小及结构可以根据飞机底部的口径大小来改变，由此本实用新型飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩适用范围宽泛。 

进样管7的一端设有进样口4，进样管7贯穿飞机底部并通过法兰盘8中间的孔延伸至缓冲器1内，进样口4设置在缓冲器1内部，进样口4呈弯曲状，弯曲处与缓冲腔内中间线正对，这样可以尽可能地通过主动式低速采样方法获得缓冲腔内气溶胶颗粒进入中空箱体10。进样管7的另一端设在飞机内部，进样管7的另一端与特氟龙软管9的一端相连，特氟龙软管9的另一端与中空箱体10相连通，箱体10为直径为10mm和高为15mm的圆柱体。飞机在高空作业时，气压会变低，中空箱体10会适当缓解压力，使得外部低气压接近机舱内部气压。特氟龙软管购自赛克玛科学仪器有限公司，特氟龙软管9内壁具有对气溶胶吸附力小的特点，并且可以任意弯曲，根据机舱内大小，可方便灵活放置中空箱体10，从而方便快速接口与监测仪器相连。中空箱体10外部均匀地分布设置有4个快速接口11。快速接口11为标准的6.36毫米(1/4英寸)的快速接口。目前大气研究的多目标性，这些快速接口可以分别连接不同的大气污染物监测仪器，如SO₂、NO_x、气溶胶等监测仪器。此采样器不仅适用于气溶胶颗粒，还适用于其他气体，适用范围较广。 

缓冲器1包括进气口2、缓冲腔3和出气口5，缓冲腔3呈横卧的圆柱筒状，进气口2呈横卧的截头圆锥体形，截头圆锥体的右端口圆的直径为左端口圆的直径的12倍，截头圆锥体的右端口与缓冲腔3的一端密封连接，截头圆锥体的右端口圆的直径与缓冲腔3的内径 相同。缓冲腔3的一另端与出气口5密封相连。进样口4一改以往直管式进样口。进气口2采用截头锥体形设计，由小口进入、大口导出，此过程可以把外部高速气流降低为较低流速，从而减低进入采样口的大气气溶胶颗粒物的损失效率。出气口5的直径小于缓冲腔3的内径，出气口5的直径30mm。进气口2左端口圆的直径为3.6mm，进气口2右端口圆的直径44mm，缓冲腔3的长度为400mm。本实用新型的缓冲器1、固定支架6、进样管7和中空箱体10均采用内外抛光不锈钢材质，缓冲器1、固定支架6和进样管7为一体结构塑成。 

理论公式： 

Q＝S×V    公式(1) 

公式(1)中，Q＝气样流量； 

S＝进气口左端口圆的面积或缓冲腔截面面积(进气口右端口圆的面积)；v＝气样流速。 

其中S＝πr²  r＝进气口左端口圆半径或缓冲腔半径(进气口右端口圆的半径)； 

理论公式的推导： 

设气样流量Q一定时，通过进气口左端口3进入的气样流量：Q₁＝πr₁ ²×V₁

V₁相当于飞机飞行速度，通常气象部门飞机飞行速度在200-300km/h 

由进气口左端口进入气体流量和缓冲腔内截面上气体流量相等，也就是Q₁＝Q₂

Q₂＝πr₂ ²×V₂，其中r₂为缓冲腔内半径值。 

根据以上推倒可得到如下等式： 

πr₁ ²×V₁＝πr₂ ²×V₂

因此可推导出：气体流速和半径平方分之一成正比，即v₁/v₂＝r₂ ²/r₁ ²。 

大气气溶胶航空观测采样器具体的工作原理： 

由公式(1)推出的v₁/v₂＝r₂ ²/r₁ ²，缓冲腔的内半径为进气口左端口圆半径十倍左右，高速流动的气样经进气口的左端口进入缓冲器后减速至初速度的百分之一，接着在缓冲器保持相同的速度并由主动采样方式经进样管进入中空箱体内，此时气体流速小于1m/s，符合大气监测仪监测标准。由于整个过程都是在低流速的条件下进行，不会造成空气中气溶胶颗粒较大损失。气样最后由快速接口进入的气溶胶检测仪器进行在线检测分析。 

本实用新型的飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩已成功在山西等地航天作业中采集样。 

实施例2 

如实施例1所述的一种飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，其不同之处在于： 

截头圆锥体的右端口圆的直径为左端口圆的直径的12倍，出气口5的直径30mm。 

进气口2左端口圆的内直径为3.6mm，进气口2右端口圆的内直径44mm，缓冲腔3的长度为450mm。 

实施例3 

如实施例1所述的一种飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，其不同之处在于： 

截头圆锥体的右端口圆的直径为左端口圆的直径的10倍，出气口5的直径35mm。 

进气口2左端口圆的直径为4.6mm，进气口2右端口圆的直径46mm，缓冲腔3的长度为400mm。 

Claims (7)

1.一种飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，包括缓冲器和进样管，进样管的一端设有进样口，其特征在于：缓冲器固定设置在飞机的底部，进样管贯穿飞机底部并延伸至缓冲器内，进样口设置在缓冲器内部，进样管的另一端与快速接口相连，所述的缓冲器包括进气口、缓冲腔和出气口，进气口、缓冲腔和出气口顺次密封连接，所述缓冲腔呈圆柱筒状，进气口呈截头圆锥体形，截头圆锥体的右端口圆的直径为左端口圆的直径的10-12倍，截头圆锥体的右端口与缓冲腔密封连接，截头圆锥体的右端口圆的直径与缓冲腔的内径相同。

2.根据权利要求1所述的飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，其特征在于，所述的进气口左端口圆的直径为3.6-5mm，进气口右端口圆的直径44-50mm，缓冲腔的长度为400-450mm。

3.根据权利要求1所述的飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，其特征在于，所述的出气口的直径小于缓冲腔的内径，出气口的直径30-35mm。

4.根据权利要求1-3所述的任一飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，其特征在于，所述的缓冲器与飞机底部之间设置有固定支架，固定支架与飞机底部通过法兰盘固定连接，进样管贯穿法兰盘中间的孔延伸至飞机内部。

5.根据权利要求1所述的飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，其特征在于，所述的进样管与快速接口之间设置有中空的箱体，所述的箱体为直径为10mm和高为15mm的柱体。

6.根据权利要求5所述的飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，其特征在于，进样管与中空箱体通过软管相连通，软管优选特氟龙软管。

7.根据权利要求5所述的飞机外挂式大气气溶胶航空导流罩，其特征在于，所述的快速接口为1-4个，均匀的分布在中空箱体的外部，快速接口为标准的6.36毫米的快速接口。

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