CN111151088A - 一种机场雾气高效消除***及其消雾方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机场雾气高效消除***及其消雾方法，其包括驻波场合成***、吸湿剂施放***和运载平台；驻波场合成***包括相位同步单元和基于跑道的中轴线对称布置于跑道的两边的多个强声发声单元；基于跑道的中轴线相对设置的强声发声单元之间形成消雾作业空间；相位同步单元与强声发声单元电连接，相位同步单元实现对多个强声发声单元的同步控制；吸湿剂施放***设于强声发声单元上，强声发声单元设于运载平台上，运载平台带动强声发声单元沿跑道的延伸方向往复运动。另外，本发明还提供一种消雾方法。该***通过两个强声发声单元沿跑道的轴线往复运动以及向消雾作业空间施放吸湿剂，消除消雾作业空间内的雾，具有不影响交通运行等优势。

Description

一种机场雾气高效消除***及其消雾方法

技术领域

本发明涉及消雾领域，尤其涉及一种机场雾气高效消除***及其消雾方法。

背景技术

大雾天气是影响民航、公路和航运等的正常安全运行的主要气象条件之一。军事上，云雾影响对目标区域的侦查和航空兵力运用、干扰精确制导武器和激光武器的打击等。常规消除云雾的方法主要包括播撒催化剂，空气扰动法和局部加热法，这些方法受环境气象、地形条件、雾体结构和特性影响较大。播撒催化剂一般适用于消除冷雾，存在污染跑道、作业时间长的问题。空气扰动法和局部加热法的能量消耗巨大，对能见度100米以下的浓雾改善效果不明显。

依据声凝聚理论和相关实测规律，声凝聚消雾效果与作用声波强度、频率和雾粒径分布特性与浓度有关。最佳作用频率随云雾颗粒尺寸的增大而降低。普遍认为声波消雾较优频率在低频(约20至100赫兹)。云雾的颗粒数目浓度较低，即使是浓雾，最大浓度一般在1000个每立方厘米以内，这使得需要很高的声波强度(130至140分贝)和较长的作用时间(数分钟至十数分钟)才能达到理想的凝聚效果。同时，由于低频声波衍射作用较强，对于大范围作业，即使声源出口辐射声强很高，远距离传播后声波强度显著下降，使得在较远距离处消雾效果显著下降。一般飞机起降时的跑道为400米，常规万瓦至十万瓦量级强声***出口十米处声压级140分贝左右，100米至400米范围内声压级仅为110至120分贝，已经无法达到理想凝聚效果所需的条件。即由于雾滴浓度太小，单纯自由场中低频强声波作用，所需能耗远远高于目前一般大功率低频发声***所能提供的能量范围，使得在机场跑道狭长的大范围内实施声凝聚消雾作业不具备实用价值，目前应对较大范围的暖雾，实现方便、快捷、经济和有效的作业效果仍具有较大难度，不能同时有效解决消雾效果的普适性、消雾作业的实时性、经济性和不影响交通运行的方便性等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种机场雾气高效消除***及消雾方法，旨在解决现有的消雾方法影响交通运行和不适合大范围作业的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：驻波场合成***、吸湿剂施放***和运载平台；

所述驻波场合成***包括相位同步单元和基于跑道的中轴线对称布置于跑道的两边的多个强声发声单元；基于跑道的中轴线相对设置的所述强声发声单元之间形成消雾作业空间；所述相位同步单元与所述强声发声单元电连接，所述相位同步单元能够实现对多个所述强声发声单元的集中相位同步控制，以在所述消雾作业空间产生低频驻波声场；

所述强声发声单元设于所述运载平台上，所述运载平台能够带动所述强声发声单元沿所述跑道的延伸方向往复运动；所述吸湿剂施放***设于所述强声发声单元上，以能够向所述消雾作业空间内施放吸湿剂。

优选地，所述强声发声单元能够在所述消雾作业空间内产生120dB～150dB范围内的低频强声驻波场。

优选地，相对设置的所述强声发声单元之间的距离为作用声波波长的整数倍。

优选地，所述强声发声单元包括空气压缩机、低频辐射器、同相控制部件和多个成对设置的流体强声源；所述空气压缩机与所述流体强声源通过管路连接，所述流体强声源与所述低频辐射器连接，所述同相控制部件和所述流体强声源电连接，所述相位同步单元与所述同相控制部件电连接，所述同相控制部件用于对所述流体强声源的相位测量与控制。

优选地，所述空气压缩机能产生0.6MPa～1.3MPa的压缩高压气流。

优选地，所述低频辐射器、所述流体强声源、所述吸湿剂施放***均设于所述运载平台上，所述运载平台能够带动所述低频辐射器、所述流体强声源、所述吸湿剂施放***沿所述跑道的延伸方向往复运动。

优选地，所述运载平台包括承载板和滚轮；所述滚轮设于所述承载板的底部，所述低频辐射器、所述流体强声源、所述吸湿剂施放***均安装于所述承载板上。

优选地，所述吸湿剂施放***包括吸湿剂发生器和多组喷头；所述吸湿剂发生器和所述喷头通过加压管路连接，所述喷头设于所述低频辐射器上，所述喷头能够向所述消雾作业空间内喷射吸湿剂。

优选地，所述吸湿剂发生器采用的吸湿剂为气溶胶。

进一步地，本发明还提供一种机场雾气高效消除***的消雾方法，所述消雾方法方包括以下步骤：

S1：空气压缩机将产生的高压压缩空气送进流体强声源内，同相控制部件完成对多个流体强声源的相位测量以及实现对多个流体强声源的组阵和同相辐射，相位同步单元对多个相对设置的强声发声单元实现相位同步控制；

S2：成对的强声发声单元沿跑道的延伸方向往复运动，吸湿剂施放***向消雾作业空间施放气溶胶，完成消雾作业空间内雾的分段消除。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：在实施消雾作业的过程中，通过多个强声发声单元沿跑道的轴线往复运动，吸湿剂施放***向强声发声单元之间的区域施放吸湿剂，能够完成消雾作业空间内雾的分段消除；通过两个强声发声单元的往复运动作业，对于已完成作业的区段可能出现雾扩散回来的情况，往复作业有利于跑道保持长时间的高能见度。在机场跑道狭长地带产生特定频率的强声场，通过在消雾作业空间施放特定粒径分布和浓度的气溶胶，形成催化-声凝聚复合作用，调控凝聚频率和增强声波定向性，达到提升凝聚效率、缩短作业时间、降低能耗的目的，实现方便快捷和经济有效的理想消雾效果。本发明提供机场雾气高效消除***还具有适用范围广、无污染、经济性相对较好、作业区域灵活可控、不影响交通运行等优势，是一种应用前景良好的新型消雾方法。

附图说明

图1为本发明提供的机场雾气高效消除***的工作示意图；

图2为为本发明提供的机场雾气高效消除***的工作原理图。

【附图标记说明】

1：驻波场合成***；11：相位同步单元；12：强声发声单元；121：空气压缩机；122：流体强声源；123：低频辐射器；124：同相控制部件；13：消雾作业空间；

2：吸湿剂施放***；21：吸湿剂发生器；22：加压管路；23：喷头。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种机场雾气高效消除***，如图1所示，其包括驻波场合成***1、吸湿剂施放***2和运载平台；驻波场合成***1包括相位同步单元11和基于跑道的中轴线对称布置于跑道的两边的多个强声发声单元12；基于跑道的中轴线相对设置的强声发声单元12之间形成消雾作业空间13；相位同步单元11与强声发声单元12电连接，相位同步单元11能够实现对多个强声发声单元12的集中相位同步控制，即集中控制各强声发声单元频率和相位，使得各强声发声单元同步工作，以在消雾作业空间13产生低频驻波声场；强声发声单元12设于运载平台上，运载平台能够带动强声发声单元12沿跑道的延伸方向往复运动；吸湿剂施放***2设于强声发声单元12上，以能够向消雾作业空间13内施放吸湿剂。

本发明提供的机场雾气高效消除***，在实施消雾作业的过程中，通过多个强声发声单元12沿跑道的轴线往复运动，吸湿剂施放***2向强声发声单元12之间的区域施放吸湿剂，能够完成消雾作业空间13内雾的分段消除；通过两个强声发声单元12的往复运动作业，对于已完成作业的区段可能出现雾扩散回来的情况，往复作业有利于跑道保持长时间的高能见度。在机场跑道狭长地带产生特定频率的强声场，通过在消雾作业空间13施放由特定粒径分布和浓度的气溶胶，形成催化-声凝聚复合作用，调控凝聚频率和增强声波定向性，达到提升凝聚效率、缩短作业时间、降低能耗的目的，实现方便快捷和经济有效的理想消雾效果。本发明提供机场雾气高效消除***还具有适用范围广、无污染、经济性相对较好、作业区域灵活可控、不影响交通运行等优势，是一种应用前景良好的新型消雾方法。

如图1和图2所示，强声发声单元12包括空气压缩机121、低频辐射器123、同相控制部件124和多个成对设置的流体强声源122；空气压缩机121与流体强声源122通过管路连接，此处的管路为软管，流体强声源122与低频辐射器123连接，同相控制部件124和流体强声源122电连接，相位同步单元11与同相控制部件124电连接，同相控制部件124用于对流体强声源122的相位测量与控制。其中，空气压缩机121向流体强声源122中提供高压压缩空气，高压压缩空气能源进入流体强声源122中，流体强声源122通过瞬态气动过程将高压压缩空气能量转化为高声强声波能量，多个流体强声源122组阵后产生的高声强声波能量经低频辐射器123完成波形整形和声波阻抗变换，向消雾作业空间13高效定向辐射低频声波能量，并在出口形成指向性声束，同时，同相控制部件124对多个流体强声源122实施相位测量、控制和实现声源阵列同相辐射。另外，多个强声发声单元12对称布置于跑道的两边，由相位同步单元11完成对多个强声发声单元12频率和相位的集中相位同步控制，进而在消雾作业空间13内能够产生特定频率和强度的低频驻波声场，从而在机场跑道上形成特定频率和强度的低频驻波声场。

进一步的，本发明提供的机场雾气高效消除***依据气溶胶声凝聚原理，利用低频强声波与云雾中多分散粒子的相互作用，以非接触方式将微小云雾液滴凝聚为更大尺寸液滴并沉降，在下降过程中碰到周围的雾滴，进一步凝结变大而沉降，从而改变云雾粒子特性、降低雾滴浓度，进而改善大气能见度。

在一种优选的实施方式中，强声发声单元12能够在消雾作业空间13内产生120dB～150dB范围内的低频强声驻波场。空气压缩机121产生0.6MPa～1.3MPa的压缩高压气流。强声发声单元12频率调节范围300至2000Hz，距低频辐射器123出口十米处，基频声压级不低于130dB。其中，相对设置的强声发声单元12之间的距离为作用声波波长的整数倍，以保证消雾作业空间13内都能形成驻波场。

进一步的，如图1所示，低频辐射器123、流体强声源122、吸湿剂施放***2均设于运载平台上，运载平台能够带动低频辐射器123、流体强声源122、吸湿剂施放***2沿跑道的延伸方向往复运动。其中，运载平台包括承载板和滚轮，滚轮设于所述承载板的底部，低频辐射器123、流体强声源122、吸湿剂施放***2均安装于承载板上。对于持续长时间的浓雾，已完成作业的区段可能出现雾扩散回来的情况，运载平台往复作业有利于跑道保持长时间的高能见度。

如图1和图2所示，吸湿剂施放***2包括吸湿剂发生器21和多组喷头23；吸湿剂发生器21和喷头23通过加压管路22连接，喷头23设于低频辐射器123上，喷头23能够向消雾作业空间13内喷射吸湿剂。其中，吸湿剂发生器21采用的吸湿剂为气溶胶。其中，加压管路22为软管，施放的吸湿剂气溶胶数目浓度为1e5个/cm³～1e7个/cm³，释放的吸湿剂气溶胶数目浓度取决于要求的作业时间，时间越短，浓度越高；施放吸湿剂的多分散气溶胶粒径分布范围为0.3微米～5微米，粒径峰值为1微米～3微米。吸湿剂发生器21用于产生催化声凝聚作业所需特定粒径分布和浓度的气溶胶，加压管路22用于将气溶胶输送至消雾作业空间13；多组喷头23与加压管路22相连，用于将吸湿剂气溶胶均匀布撒在消雾作业空间13内；通过设置吸湿剂施放***2能够在消雾作业空间13的跑道内均匀释放特定浓度和粒径分布的吸湿剂气溶胶。通过驻波场合成***1和吸湿剂施放***2的共同作用，在机场跑道内产生特定频率的强声场，然后通过在消雾作业空间13施放特定粒径分布和浓度的气溶胶，以形成催化-声凝聚复合作用，进而达到高效消雾的目的。

本发明提供的机场雾气高效消除***消雾原理为：首先，由空气压缩机121产生的高压压缩空气进入流体强声源122内，流体强声源122将压缩空气能量转化为高声强声波能量，同相控制部件124完成对多个流体强声源122的相位测量与控制，实现多个流体强声源122的组阵和同相辐射，多个流体强声源122组阵后产生的低频声波经低频辐射器123完成波形整形和声波阻抗变换，向消雾作业空间13高效定向辐射特定频率声波能量。多个强声发声单元12对称布置于跑道的两边，由相位同步单元11完成对多个强声发声单元12的集中相位同步控制，进而在消雾作业空间13内产生特定频率和强度的低频驻波声场。

其次，吸湿剂发生器21将气溶胶与压缩空气相混合，产生特定浓度和粒径分布的气溶胶，气溶胶经加压管路22输送至多组喷头23内，多组喷头23将所产生的气溶胶均匀布撒于消雾作业空间13，消雾作业空间13内形成多分散雾滴、吸湿剂颗粒和低频强声波的相互作用，即催化-声凝聚的复合作用。通过气溶胶粒径分布的改变调控最优凝聚频率，提高声场指向性，在输入功率不变的前提下提高作业空间内声波强度。通过增强吸湿剂颗粒与雾滴的混合效率、提高颗粒浓度、实现雾滴的高效快速凝聚与消除。

以下通过对机场雾气高效消除***进行的消雾方法进行说明来进一步阐述本发明的技术方案，上述消雾方法包括以下步骤：

S1：空气压缩机121将产生的高压压缩空气送进流体强声源122内，同相控制部件124完成对多个流体强声源122的相位测量以及实现对多个流体强声源122的组阵和同相辐射，相位同步单元11对多个相对设置的强声发声单元12实现相位同步控制；

S2：成对的强声发声单元12沿跑道的延伸方向往复运动，吸湿剂施放***2向消雾作业空间13施放气溶胶，完成消雾作业空间13内雾的分段消除。

相对于传统方法，本发明提供的机场雾气高效消除***进行的消雾方法，是基于驻波场中催化声凝聚原理实现单纯的持续物理作用，可广泛适用于冷暖雾，且不造成环境污染。通过合理选择作用参数，数分钟左右的作用时间即可达到理想的消雾效果。由于是非接触作用，且多个强声发声单元12可灵活控制，因此作业区域可方便调整，作业也不影响航空正常运行。声凝聚消雾通过声波能量作用实现雾滴凝并，大尺寸雾滴利用自然重力沉降，因此相对于空气扰动法和局部加热法等直接作用消除方法，本发明提供的机场雾气高效消除***进行的消雾方法所需能耗较低，实现高效消雾。

以上实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机场雾气高效消除***，其特征在于，所述机场雾气高效消除***包括驻波场合成***、吸湿剂施放***和运载平台；

所述驻波场合成***包括相位同步单元和基于跑道的中轴线对称布置于跑道的两边的多个强声发声单元；基于跑道的中轴线相对设置的所述强声发声单元之间形成消雾作业空间；所述相位同步单元与所述强声发声单元电连接，所述相位同步单元能够实现对多个所述强声发声单元的集中相位同步控制，以在所述消雾作业空间产生低频驻波声场；

所述强声发声单元设于所述运载平台上，所述运载平台能够带动所述强声发声单元沿所述跑道的延伸方向往复运动；所述吸湿剂施放***设于所述强声发声单元上，以能够向所述消雾作业空间内施放吸湿剂。

2.如权利要求1所述的机场雾气高效消除***，其特征在于：所述强声发声单元能够在所述消雾作业空间内产生120dB～150dB范围内的低频强声驻波场。

3.如权利要求1所述所述的机场雾气高效消除***，其特征在于：相对设置的所述强声发声单元之间的距离为作用声波波长的整数倍。

4.如权利要求1所述的机场雾气高效消除***，其特征在于：所述强声发声单元包括空气压缩机、低频辐射器、同相控制部件和多个成对设置的流体强声源；所述空气压缩机与所述流体强声源通过管路连接，所述流体强声源与所述低频辐射器连接，所述同相控制部件和所述流体强声源电连接，所述相位同步单元与所述同相控制部件电连接，所述同相控制部件用于对所述流体强声源的相位测量与控制。

5.如权利要求4所述的机场雾气高效消除***，其特征在于：所述空气压缩机能产生0.6MPa～1.3MPa的压缩高压气流。

6.如权利要求4所述的机场雾气高效消除***，其特征在于：所述低频辐射器、所述流体强声源、所述吸湿剂施放***均设于所述运载平台上，所述运载平台能够带动所述低频辐射器、所述流体强声源、所述吸湿剂施放***沿所述跑道的延伸方向往复运动。

7.如权利要求6所述的机场雾气高效消除***，其特征在于：所述运载平台包括承载板和滚轮；所述滚轮设于所述承载板的底部，所述低频辐射器、所述流体强声源、所述吸湿剂施放***均安装于所述承载板上。

8.如权利要求1-7任意一项所述的机场雾气高效消除***，其特征在于：所述吸湿剂施放***包括吸湿剂发生器和多组喷头；所述吸湿剂发生器和所述喷头通过加压管路连接，所述喷头设于所述低频辐射器上，所述喷头能够向所述消雾作业空间内喷射吸湿剂。

9.如权利要求8所述的机场雾气高效消除***，其特征在于：所述吸湿剂发生器采用的吸湿剂为气溶胶。

10.一种基于权利要求1-9中任意一项所述的机场雾气高效消除***进行的消雾方法，其特征在于，所述消雾方法方包括以下步骤：

S1：空气压缩机将产生的高压压缩空气送进流体强声源内，同相控制部件完成对多个流体强声源的相位测量以及实现对多个流体强声源的组阵和同相辐射，相位同步单元对多个相对设置的强声发声单元实现相位同步控制；

S2：成对的强声发声单元沿跑道的延伸方向往复运动，吸湿剂施放***向消雾作业空间施放气溶胶，完成消雾作业空间内雾的分段消除。

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