人工影响天气微型无人驾驶飞机及其撒播作业方法.pdf

一种人工影响天气微型无人驾驶飞机，包括机身、机翼、动力驱动和控制系统，在机身腹部设置降落伞仓，降落伞仓前固定一播撒架，播撒架由横置的铝板和铝板两端的卡环组成，卡环紧箍在圆筒形催化装置的中段；左右机翼的翼根部内藏收发设备舱，机翼外端内藏有机载探空仪，机翼的翼尖部安装有夜航灯。所述催化装置是碘化银末端燃烧器。应用上述人工影响天气微型无人驾驶飞机的撒播作业方法，包括准备、起飞、飞行调整、作业飞行、返航、降落步骤。具有如下特点：对天气的适应性和机动性很强；撒播作业费用低；既是一种新的人工影响天气播撒工具，也是一种人工影响天气探测仪器。

1、  一种人工影响天气微型无人驾驶飞机，包括机身、机翼、动力驱动和控制系统，其特征在于：在机身腹部设置降落伞仓，降落伞仓前固定一播撒架，播撒架由横置的铝板和铝板两端的卡环组成，卡环紧箍在圆筒形催化装置的中段；左、右机翼的翼根部内藏收发设备舱，机翼外端内藏有机载探空仪，机翼的翼尖部安装有夜航灯。

2、  根据权利要求1所述的人工影响天气微型无人驾驶飞机，其特征在于：所述催化装置是碘化银末端燃烧器。

3、  一种人工影响天气微型无人驾驶飞机撒播作业方法，其特征在于有以下步骤：
(1)、观测风向风速，选定起飞和降落点，检查微型无人驾驶飞机、地面控制台和遥控器的工作状态，接通催化装置末端燃烧器点火连线，在投掷起飞点启动发动机；
(2)、准备工作正常后，投掷者握好微型无人驾驶飞机，举过头顶，并站在遥控手右侧2-3米，当遥控手给出指令后，投掷者对准风向，逆风投掷微型无人驾驶飞机；
(3)、微型无人驾驶飞机起飞离地面后，保持飞机在视线内30-60秒；在100-200米高度，减小风门，调整方向，使飞机平直飞行；当飞机消失在视线外，借助接收监视终端调整飞机飞行方向，高度700-800米后，减小风门，调整方向，使飞机平直飞行，保持遥控器操纵杆和微调不动，地面控制台遥控飞机飞行；
(4)、微型无人驾驶飞机在地面控制台控制下逆风飞向作业区，到作业区后，且温度低于摄氏-5度，遥控点燃催化装置末端燃烧器；
(5)、微型无人驾驶飞机完成作业飞行后，控制飞机返航，下降速度保持在4-15米/秒；
(6)、在微型无人驾驶飞机离地高度400-500米时，由遥控操作员控制飞机降低高度，在飞机离地面水平距离和高度80-120米时关闭发动机，打开降落伞。

人工影响天气微型无人驾驶飞机及其撒播作业方法
(一)技术领域
本发明涉及一种人工影响天气的催化剂撒播工具及撒播作业的方式。
(二)背景技术
在人工影响天气领域，技术关键是寻找合适的人工催化剂撒播工具及撒播作业的方式。现有的人工催化剂撒播工具及撒播方式有以下几种：有人驾驶飞机空中催化剂撒播工具、地面碘化银燃烧炉、高炮、火箭等地面撒播工具。这些工具均有一些缺陷。
有人驾驶飞机空中催化剂撒播工具由人工运载催化剂、实施撒播作业，以其机动性能好、撒播范围广而受到全国省、地级人工影响天气工作的应用，但其费用昂贵是限制人工撒播工作开展的一个主要因素。据不完全统计，2003年全国人工影响天气作业费用高达四亿多人民币，而其中一半以上的费用是花费在租用飞机上。
地面碘化银燃烧炉撒播方式只有在极少数地形和天气系统配合较好的地域使用，不能大范围推广。高炮撒播有两个缺陷，其一，目前所用三七高炮射程高度有限，仅为3-4km，我国北方大部分地区，夏季0℃层高度均在4km以上，炮弹达不到碘化银成核的最佳温度-5℃以上高度，撒播效率低。其二，每发炮弹所携带的催化剂—碘化银成核率低，若要达到有效的人工撒播，则发射的炮弹总数相当可观，因此费用也相应的较高。火箭虽然解决了高炮射程高度低的缺陷，但不能准确控制和实时改变火箭的飞行路径，且撒播范围较小。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种人工影响天气微型无人驾驶飞机及其撒播作业方法，解决载人飞机租用费用昂贵，使人工影响天气作业费用居高不下的技术问题。
本发明人工影响天气微型无人驾驶飞机的技术方案：它包括机身、机翼、动力驱动和控制系统，其特征在于：在机身腹部设置降落伞仓，降落伞仓前固定一播撒架，播撒架由横置的铝板和铝板两端的卡环组成，卡环紧箍在圆筒形催化装置的中段；左右机翼的翼根部内藏收发设备舱，机翼外端内藏有机载探空仪，机翼的翼尖部安装有夜航灯。
上述催化装置是碘化银末端燃烧器。
这种人工影响天气微型无人驾驶飞机的撒播作业方法，其特征在于有以下步骤：
(1)、观测风向风速，选定起飞和降落点，检查微型无人驾驶飞机、地面控制台和遥控器的工作状态，接通催化装置末端燃烧器点火连线，在投掷起飞点启动发动机；
(2)、准备工作正常后，投掷者握好微型无人驾驶飞机，举过头顶，并站在遥控手右侧2-3米，当遥控手给出指令后，投掷者对准风向，逆风投掷微型无人驾驶飞机；
(3)、微型无人驾驶飞机起飞离地面后，保持飞机在视线内30-60秒；在100-200米高度，减小风门，调整方向，使飞机平直飞行；当飞机消失在视线外，借助接收监视终端调整飞机飞行方向，高度700-800米后，减小风门，调整方向，使飞机平直飞行，保持遥控器操纵杆和微调不动，地面控制台遥控飞机飞行；
(4)、微型无人驾驶飞机在地面控制台控制下逆风飞向作业区，到作业区后，且温度低于摄氏-5度，遥控点燃催化装置末端燃烧器；
(5)、微型无人驾驶飞机完成作业飞行后，控制飞机返航，下降速度保持在4-15米/秒；
(6)、在微型无人驾驶飞机离地高度400-500米时，由遥控操作员控制飞机降低高度，在飞机离地面水平距离和高度80-120米时关闭发动机，打开降落伞。
本发明的有益效果：人工影响天气微型飞机有如下特点：1、对天气的适应性比较强；2、机动性很强；3、使用费用低。人工影响天气微型无人驾驶飞机是一种新的人工影响天气播撒工具，也是一种人工影响天气探测仪器。无人驾驶飞机本身带有温度、湿度、气压传感器和风向、风速测量传感器，可以测量大气的温度、湿度、气压和风向风速，还可以利用CCD为无人驾驶飞机设计微型云雨滴探测仪器，获得云内微物理资料。无人驾驶飞机的探测资料通过无线链路，实时传输到地面监视终端，供实时控制飞机作业和事后分析研究用，在开发空中水资源、提高防御气象灾害中将发挥重要作用。
人工影响天气作业是在复杂天气下作业，增雨效率较高的云区，恰恰是有对流的云区，从安全的角度考虑，通用的有人驾驶飞机不能直接飞入这种云区作业。而无人驾驶飞机成本低，不载人，兼有高炮和火箭受天气条件的限制比有人驾驶飞机小的优点，可以飞入有人驾驶飞机不能或不宜飞入的云区，即增雨效率较高的云区作业，而获得较高的增雨效果。
无人驾驶飞机虽然类似高炮和火箭是不载人播撒载工具，但是它具有可控性。可以知道飞机在空中的位置(x、y、z)，位置误差小于100米，如果与天气雷达探测资料对照，就可以确定飞机在云体的具体部位，根据人工影响天气的理论和其他探测资料可以判断飞机所处的位置是否适合作业，如不适合作业，可从地面控制设备给飞机发出指令改变飞机飞行方向，飞抵合适的作业区，再通过地面控制设备给飞机发出指令播撒，实现“精确”播撒。
微型无人驾驶飞机进行人工影响天气作业的高度至少4km以上，从播撒成核考虑，起飞和降落不需专用的机场，一般在田地里进行，起飞和降落可在雨中进行。可适用风速大、湿度大、温度低、对流强的复杂天气状况。本发明已进行的试验内容有：空中播撒试验、携载荷飞行试验、遥控飞行试验、自控飞行试验、最大飞行高度试验、最大续航时间试验、起飞、滑跑起飞、手掷起飞、降落；目视遥控降落、遥控盲降、自动着陆、伞降、雨中飞行试验、地面点火试验、携载荷飞行试验、低空播撒试验、高空播撒试验。
对于增雨作业，单架飞机的催化剂量是比较少的。有两种方式增加播撒量：1、通过放飞多架次飞机来增加播撒量；2、也可以将用这种飞机摸索出来的技术、方法移植到载重量大的无人驾驶飞机上，用载重量大的无人驾驶飞机进行播撒。微型无人驾驶飞机用于播撒使用成本的高低取决于微型飞机的回收率。预计批量生产时，微型飞机(包括飞行、播撒和探测部分)的价格为0.5-1万元，如果回收率为百分之七十，那末每次撒播用于飞行、播撒和探测部分的费用约0.15-0.3万元。微型无人飞机携带催化剂总重量1000g，相当于同等起飞重量的人工影响天气火箭的2倍。也就是说播撒同等重量的催化剂的成本要低于火箭。
(四)附图说明
图1是本发明人工影响天气微型无人驾驶飞机的结构示意图；
图2是催化装置的示意图；
图3是降落伞仓的结构示意图；
图4是机翼的仰视图；
图5是图4的A-A剖面图；
图6是图4的B-B剖面图；
图7是图4的C-C剖面图。
(五)具体实施方式
实施例参见图1，本发明人工影响天气微型无人驾驶飞机包括机身1、机翼2和动力驱动、控制系统，在机身1腹部设置降落伞仓3，降落伞仓前固定一发射架4，两个机翼的翼根部内藏收发设备舱8，机翼外端内藏有机载探空仪9，机翼的翼尖部安装有夜航灯10。
发射架4参见图2，由横置地铝板5和铝板两端的卡环6组成，卡环紧箍在圆筒形催化装置7的中段，上述催化装置7可以是碘化银末端燃烧器或其它催化剂末端燃烧器。
降落伞仓3参见图3，机身腹部开有降落伞仓3。
机翼的仰视图参见图4，夜航灯10参见图5，位于翼尖部，机载探空仪9参见图6，位于机翼外端，上述机载探空仪是数字电子探空仪。收发设备舱8参见图7，位于翼根部。
本发明撒播作业过程：
(1)起飞准备
a、观测风向风速，选定起飞和降落点；
b、检查地面控制台和遥控器的准备情况；
c、接通催化装置碘化银末端燃烧器点火连线；等待直至GPS定位，在投掷起飞点启动发动机，再次检查地面控制台、遥控器各项数据及飞机工作状况。
(2)起飞准备工作正常后，遥控手从启动台上拿起飞机，投掷者握好飞机，举过头顶；采用手持遥控器的控制，对准风向，逆风起飞，注意保持合适的爬升角度，投掷飞机者站在遥控手右侧2-3米，投掷飞机者观察遥控手的指示动作，当遥控手竖起右大母指，投掷飞机者按遥控手面对的方向跑出，投出飞机；起飞的场地几乎没有要求。
(3)飞行调整
A.飞机起飞离地面后，保持飞机在视线内30-60秒。如果能见度允许，在100-200米高度，减小风门，调整方向，使飞机平直飞行，保持遥控器操纵杆和微调不动，记录位置参数；
B.当接收显示终端上显示正常，保持最大风门爬升，在飞机消失在视线之前用微调尽量调直飞机飞行方向；
C.在飞机消失在视线外，借助接收显示终端上飞机飞行轨迹，调整飞机飞行方向，高度700-800米后，正常状态下，减小风门，调整方向，使飞机平直飞行，保持遥控器操纵杆和微调不动，记录位置参数；地面控制台遥控飞机飞行。
(4)作业飞行
在控制台控制下，逆风飞向作业区，到作业区的预定作业高度，温度低于摄氏-5度后，遥控点燃催化装置碘化银末端燃烧器。在携带1000g催化剂的情况下，飞达6000m的高度，作业半径20km。
(5)返航
完成作业飞行后，控制飞机返航，下降速度保持在4-15米/秒；也可以当飞机飞行方向大致指向下一航点时，切入自动，飞机返航。
(6)降落
在飞机离地高度400-500米时，由遥控手控制飞机降低高度，在飞机离地面系统水平距离和高度约100米时关闭发动机，开伞。在控制降落时，如果飞机不在视线内，可借助地面控制台和遥控器终端显示控制飞机。采用降落伞降落，可选择草地、农田降落。