一种基于高压水枪的被动式驱鸟系统及其方法

摘要

本发明公开了一种基于高压水枪的被动式驱鸟系统，包括飞鸟探测及瞄准装置和水枪射击液压装置；飞鸟探测及瞄准装置包括机载合成孔径雷达和跟踪瞄准控制器；水枪射击液压装置主管路的一端连接至第一水箱，第一水箱的出口依次通过柱塞泵和减压阀连接至四位四通阀，四位四通阀的出口分别连接有三条支路，三条支路上均分别由各自的增压泵和水枪组成；柱塞泵的出口的旁路回路上依次通过溢流阀和滤筛连接至第二水箱；减压阀的出口旁通一蓄能器；跟踪瞄准控制器控制柱塞泵、四位四通阀和三个增压泵的状态。本发明安装于飞机本体，驱鸟效率高、驱鸟方式安全、操纵便捷，适应于军民两用。

权利要求

1.一种基于高压水枪的被动式驱鸟系统，包括飞鸟探测及瞄准装置，其特征在于，还包括第一水枪(12)、第二水枪(13)、第三水枪(14)和水枪射击液压装置；

所述第一水枪(12)、第二水枪(13)、第三水枪(14)的喷头均可转动，所述第一水枪设有电热防冰结构，所述第二水枪和第三水枪均分别设有引气防冰结构；

所述飞鸟探测及瞄准装置包括机载合成孔径雷达和跟踪瞄准控制器；

所述水枪射击液压装置包括主管路、第一水箱(1)、第二水箱(2)、三个增压泵和一个四位四通阀(8)，所述主管路的一端连接至第一水箱(1)，所述主管路上、自与所述第一水箱(1)的连接端依次通过柱塞泵(3)和减压阀(6)连接至所述四位四通阀(8)的一端口，自所述四位四通阀(8)的另外三个端口分别连接有三条支路，三条支路上均分别通过各自的一增压泵连接至第一水枪(12)、第二水枪(13)和第三水枪(14)；所述柱塞泵(3)的出口连接有一旁路，所述旁路上依次通过溢流阀(5)和滤筛(4)连接至所述第二水箱；所述减压阀的出口旁通一蓄能器(7)；

所述跟踪瞄准控制器控制所述第一水枪(12)、第二水枪(13)、第三水枪(14)、柱塞泵(3)、减压阀(6)、四位四通阀(8)和三个增压泵的状态。

2.一种基于高压水枪的被动式驱鸟方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的基于高压水枪的被动式驱鸟系统，将第一水枪(12)布置在飞机的机头处，将第二水枪(13)布置在飞机的左发动机附近，将第三水枪(14)布置在飞机的右发动机附近，所述机载合成孔径雷达的天线也布置在机头处、左发动机附近和右发动机附近；

并包括以下步骤：

步骤一、判断飞机发动机是否启动，如果判断发动机没有启动，则飞鸟探测及瞄准装置关闭，所述水枪射击液压装置关闭，其中的四位四通阀(8)处于中位；如果判断飞机发动机已经启动，则启动飞鸟探测及瞄准装置；

步骤二、所述飞鸟探测及瞄准装置探测飞机机头前方和机翼两侧是否有飞鸟飞过；当探测到有飞鸟经过时，则开启柱塞泵(3)，同时，机载合成孔径雷达将飞鸟相对于飞机的坐标位置、飞行速度和飞行方向探测出来，并且读取飞机自身的飞行速度和飞行方向，将这些信息传送给跟踪瞄准控制器，对飞鸟进行跟踪瞄准；

步骤三、跟踪瞄准控制器对上述探测到的信息进行处理分析，当飞鸟飞进对于飞机来说是危险区域时，跟踪瞄准控制器控制水枪射击液压装置中的四位四通阀(8)及三个增压泵(9、10、11)和第一水枪(12)、第二水枪(13)和第三水枪(14)，对飞鸟进行射水，实现驱鸟；

驱鸟完毕，首先关闭三个增压泵(9、10、11)，然后，四位四通阀(8)回复中位，最后关闭柱塞泵(3)；返回上述步骤一；

在上述整个过程中，蓄能器(7)储蓄部分液压能以备使用；设置在柱塞泵(3)出口处旁通的溢流阀(5)实现水枪射击液压装置的稳压；所述第一水枪(12)采用电热防冰，所述第二水枪(13)和第三水枪(14)均分别采用引气防冰。

说明书

一种基于高压水枪的被动式驱鸟系统及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种驱鸟系统，尤其涉及一种基于水枪的被动式驱鸟系统。

背景技术

[0002] 随着中国的经济快速的增长，人民的收入水平不断提高，航空运输的便利性、快捷性的特点越来越明显，成为了一些普通人民的出行方式。所以，航空器的安全性就受到了较大的关注。航空运输的安全性相比于其他交通工具，发生事故率是非常低的，但一旦飞机出现安全事故，人员财产的损失将是相当大的，所以，对于飞机来说，保证安全还是最为重要的事情。

[0003] 除了一些机械故障和人员维护、操纵失误外，飞机在飞行过程中受到鸟撞击的事情还是时有发生，有时就会造成机毁人亡的惨剧。由于飞机在空中飞行的速度大，因此当小鸟撞击飞机时，冲击力会很大，很有可能会造成飞机结构的损坏，造成飞行事故。国际民航组织从1980年建立了鸟撞信息管理系统(IBIS)，截止到1996年，该系统从全世界190多个国家和地区收集了约78000起鸟击事件。从发生鸟击的地点看，在机场发生鸟击事件占总数的79％，机场附近空域发生鸟击事件约占11％，航线中发生的鸟击事件占10％[1]。

[0004] 从发生鸟击的高度来看，Dolbeer对美国民航每年的2200例鸟撞事件进行统计发现，96％的鸟撞发生在2700m以下，67％的鸟撞发生在152m以下，51％的鸟撞发生在35m以下的低空[2]。对2008年中国民用航空鸟撞事件进行统计发现，0～100米的鸟击事件占59％，100～1000米发生的鸟击事件占23％，所以飞机被鸟击多发生在起飞和着陆过程中[3]。

[0005] 据统计数据表明，大约有20％的鸟击事件对飞机的飞行安全造成了严重威胁，导致飞机中断起飞或带警戒着陆。另一方面，鸟击给航空公司带来巨大的经济损失[1]。仅北美地区每年鸟击所造成的军用和民用航空经济损失就超过5亿美元。据民航总局统计，中国民航在2001-2007年间，报告的鸟击事件共1055次，造成中等程度以上损伤217起，在维修中统计的直接损失超过2.7亿人民币，间接损失更加难以计算。

[0006] 随着国内外生态环境的改善和人民保护鸟类的意识的提高，鸟类越来越多；同时，现代军民用飞机数量也在逐年增加；这使得由鸟击引起的军民用航空事故大大增多，严重威胁航空器和人民安全。因此，驱鸟必将成为军民用航空安全关注的热点话题。

[0007] 驱鸟专指军民用机场为了保护飞行器起降安全，为了防止飞机高速起降时飞鸟被吸入飞机发动机，或撞击飞机机体、起落架、尾翼、挡风玻璃等所有飞机机体，从而在机场关键飞行区、尤其是飞机起飞和降落的跑道或滑行道上采取的防止鸟类入侵的听觉恐吓、视[4～5]觉震慑、直接捕杀、化学、生态或雷达预警等一切手段 。传统的驱鸟设备只能在机场和机场附近空域中起作用，对高空飞行的鸟类不起作用，且效率不高。

[0008] 参考文献

[0009] [1]李卫东，中国民航飞机鸟击事件统计分析与研究[D]，西北工业大学，2005。

[0010] [2]Dolbeer R A.Height distribution of birds as recorded by collisions with civil aircraft[J].Journal of Wildlife Management,2006,70:1345-1350。

[0011] [3]王磊，虹桥国际机场周边生境、飞行区植被及草丛动物与鸟类的关系[D]，华东师范大学,2010。

[0012] [4]机场勤务手册(第三版)，中国民用航空总局机场司/民航总局航空安全技术中心译印，1991。

[0013] [5]周加良，飞机鸟撞事故及预防[J]，洪都科技，1997-02-15。

发明内容

[0014] 针对现有技术中存在的问题，为了改进驱鸟方法，提高驱鸟效率，设计一种高效、便捷、安全的驱鸟系统。本发明提供一种基于高压水枪的被动式驱鸟系统，将该系统安装于飞机本体中，利用高压水射流进行有效驱鸟，可以从飞机发动机启动到停车整个过程中起作用，驱鸟效率高；驱鸟系统的结构紧凑，且采用被动式控制驱鸟，操纵便捷；其中配置的水枪本身具有不燃、不爆等特点，驱鸟方式安全，适应于军民两用。

[0015] 为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于高压水枪的被动式驱鸟系统，包括飞鸟探测及瞄准装置，第一水枪，第二水枪，第三水枪和水枪射击液压装置；所述第一水枪、第二水枪、第三水枪的喷头均可转动，所述第一水枪设有电热防冰结构，所述第二水枪和第三水枪均分别设有引气防冰结构；所述飞鸟探测及瞄准装置包括机载合成孔径雷达和跟踪瞄准控制器；所述水枪射击液压装置包括主管路、第一水箱、第二水箱、三个增压泵和一个四位四通阀，所述主管路的一端连接至第一水箱，所述主管路上、自与所述第一水箱的连接端依次通过柱塞泵和减压阀连接至所述四位四通阀的一端口，自所述四位四通阀的另外三个端口分别连接有三条支路，三条支路上均分别通过各自的一增压泵连接至第一水枪、第二水枪和第三水枪；所述柱塞泵的出口连接有一旁路，所述旁路上依次通过溢流阀和滤筛连接至所述第二水箱；所述减压阀的出口旁通一蓄能器；所述跟踪瞄准控制器控制所述第一水枪、第二水枪、第三水枪、柱塞泵、减压阀、四位四通阀和三个增压泵的状态。

[0016] 本发明一种基于高压水枪的被动式驱鸟方法，采用上述基于高压水枪的被动式驱鸟系统，将第一水枪布置在飞机的机头处，将第二水枪布置在飞机的左发动机附近，将第三水枪布置在飞机的右发动机附近，所述机载合成孔径雷达的天线也布置在机头处、左发动机附近和右发动机附近；并包括以下步骤：

[0017] 步骤一、判断飞机发动机是否启动，如果判断发动机没有启动，则飞鸟探测及瞄准装置关闭，所述水枪射击液压装置关闭，其中的四位四通阀处于中位；如果判断飞机发动机已经启动，则启动飞鸟探测及瞄准装置；

[0018] 步骤二、所述飞鸟探测及瞄准装置探测飞机机头前方和机翼两侧是否有飞鸟飞过；当探测到有飞鸟经过时，则开启柱塞泵，同时，机载合成孔径雷达将飞鸟相对于飞机的坐标位置、飞行速度和飞行方向探测出来，并且读取飞机自身的飞行速度和飞行方向，将这些信息传送给跟踪瞄准控制器，对飞鸟进行跟踪瞄准；

[0019] 步骤三、跟踪瞄准控制器对上述探测到的信息进行处理分析，当飞鸟飞进对于飞机来说是危险区域时，跟踪瞄准控制器控制水枪射击液压装置中的四位四通阀及三个增压泵和第一水枪、第二水枪和第三水枪，对飞鸟进行射水，实现驱鸟；驱鸟完毕，首先关闭三个增压泵，然后，四位四通阀回复中位，最后关闭柱塞泵；返回上述步骤二；直到发动机停车，关闭飞鸟探测及瞄准装置和水枪射击液压装置，四位四通阀回中位；

[0020] 在上述整个过程中，蓄能器储蓄部分液压能以备使用；设置在柱塞泵出口处旁通的溢流阀实现水枪射击液压装置的稳压；所述第一水枪采用电热防冰，所述第二水枪和第三水枪均分别采用引气防冰。

[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0022] 将基于高压水枪的被动式驱鸟系统安装于飞机本体中，利用高压水射流进行有效驱鸟，可以从飞机发动机启动到停车整个过程中起作用，驱鸟效率高；驱鸟系统的结构紧凑，且采用被动式控制驱鸟，操纵便捷；其中配置的水枪本身具有不燃、不爆等特点，驱鸟方式安全，适应于军民两用。

附图说明

[0023] 图1是本发明中驱鸟水枪与液压系统结构示意简图；

[0024] 图2是本发明一种基于高压水枪的被动式驱鸟系统工作原理图。

[0025] 图中：1-第一水箱，2-第二水箱，3-柱塞泵，4-滤筛，5-溢流阀，6-减压阀，7-蓄能器，8-四位四通阀，9、10、11—增压泵，12-第一水枪，13-第二水枪，14第三水枪。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

[0027] 如图1所示，本发明提出的一种基于高压水枪的被动式驱鸟系统，包括飞鸟探测及瞄准装置，第一水枪12、第二水枪13、第三水枪14和水枪射击液压装置。

[0028] 所述飞鸟探测及瞄准装置包括机载合成孔径雷达和跟踪瞄准控制器。

[0029] 所述水枪射击液压装置包括主管路、第一水箱1、第二水箱2、三个增压泵和一个四位四通阀8，所述主管路用能承受高压的材料制成的管道，所述主管路的一端连接至第一水箱1，所述主管路上、自与所述第一水箱1的连接端依次通过柱塞泵3和减压阀6连接至所述四位四通阀8的一端口，自所述四位四通阀8的另外三个端口分别连接有三条支路，三条支路上均分别通过各自的一增压泵连接至第一水枪12、第二水枪13和第三水枪14，即所述主管路将增压后的水引到第一水枪12、第二水枪13和第三水枪14，所述第一水枪12设有电热防冰结构，所述第二水枪13和第三水枪14均分别设有引气防冰结构；

[0030] 所述柱塞泵3的出口连接有一旁路，所述旁路上依次通过溢流阀5和滤筛4连接至所述第二水箱；所述减压阀的出口旁通一蓄能器7；

[0031] 所述跟踪瞄准控制器控制所述第一水枪12、第二水枪13、第三水枪14、柱塞泵3、减压阀6、四位四通阀8和三个增压泵的状态。

[0032] 如图1所示，本发明中的水枪射击液压装置的工作过程是：第一水箱1中的水通过柱塞泵3的抽吸作用进入主管路，在柱塞泵3出口处旁通有溢流阀5，以保持系统液体压力的稳定，实现稳压，该旁通管路继续通过滤筛4连入第二水箱2，收集为实现稳压而溢流的水。主管路中的水继续通过减压阀6实现减压。从减压阀6流出后还可以通过旁通的蓄能器7以储蓄部分液压能以备使用。之后主管路中的水到达四位四通阀8，该四位四通阀8分别连接至与第二水枪12所连接的增压泵9、与第二水枪13所连接的增压泵10、与第三水枪14所连接的增压泵11，四位四通阀8中的换向导通是根据使用的需求调节换向，使主管路中水液能流入三个水枪支路或者关断主管路中水的流动，三个增压泵9、10、11的功用是使流入其支路的水增压，进而通过水枪喷头以较大压力射出。

[0033] 将上述基于高压水枪的被动式驱鸟系统安装于飞机本体中，其中，机载合成孔径雷达(SAR)成像分辨率高，探测距离远，可以全天时、全天候工作，能穿透云雾，并且能够跟踪移动目标和突然出现的快速机动目标，并具有目标截获、火力控制、态势感知和精确打击等方面的优异性能(参见：刘亮，吉波，无人机载雷达现状及发展趋势[J]，现代导航，2014，3：227-230)，本发明中将体积小、重量轻、分辨率高的SAR雷达安装在飞机中，雷达天线放置于飞机头部和两翼发动机附近；将第一水枪12布置在飞机的机头处，将第二水枪13布置在飞机的左发动机附近，将第三水枪14布置在飞机的右发动机附近，实现驱鸟包括以下步骤：

[0034] 步骤一、判断飞机发动机是否启动，如果判断发动机没有启动，则飞鸟探测及瞄准装置关闭，所述水枪射击液压装置关闭，其中的四位四通阀8处于中位；如果判断飞机发动机已经启动，则启动飞鸟探测及瞄准装置；

[0035] 步骤二、所述飞鸟探测及瞄准装置探测飞机机头前方和机翼两侧是否有飞鸟飞过；当探测到有飞鸟经过时，则开启柱塞泵3，同时，机载合成孔径雷达将飞鸟相对于飞机的坐标位置、飞行速度和飞行方向等信息探测出来，并且读取飞机自身的飞行速度和飞行方向，将这些信息传送给跟踪瞄准控制器，对飞鸟进行跟踪瞄准；

[0036] 步骤三、跟踪瞄准控制器对上述探测到的信息进行处理分析，当飞鸟飞进对于飞机来说是危险区域(即在小鸟靠近飞机相关危险区域)时，跟踪瞄准控制器控制水枪射击液压装置中的四位四通阀8及三个增压泵9、10、11和第一水枪12、第二水枪13和第三水枪14，三个水枪的喷头均可转动，水枪转动的角度受跟踪瞄准控制器控制，以便自动旋转并瞄准鸟类，水枪开始自动攻击，对飞鸟进行射水，实现驱鸟，自动消除危险，降低鸟击事件的发生(参见：陈中起，近距引导战斗机自动攻击控制律实现[J]，火力与指挥控制，2012-05-15)；驱鸟完毕，首先关闭三个增压泵9、10、11，然后，四位四通阀8回复中位，最后关闭柱塞泵3；
返回上述步骤一；

[0037] 在上述整个过程中，蓄能器7储蓄部分液压能以备使用；设置在柱塞泵3出口处旁通的溢流阀5实现水枪射击液压装置的稳压。

[0038] 本发明中，设置在三条支路上的增压泵9、10、11的增压压力以及三个水枪尺寸设计由公式(1)计算得到(参见：鲁军波，陈杰，基于高压水射流分布特性的清洗参数选择[J]，2004，14(12)：67-70)：

[0039] Pm/Po＝Xc/X    (1)

[0040] 公式(1)中，Pm—射流断面轴心上的动压，MPa；

[0041] Po—射流在喷嘴出口处的动压，MPa；

[0042] Xc—初始段长度处射流长度，mm；

[0043] X—到喷嘴出口的轴向距离，mm。

[0044] 另外，由于飞机在高空时温度很低，水容易结冰，为了防止水枪喷头结冰，安装于飞机两翼发动机附近的第二水枪13和第三水枪14均采用引气防冰，而安装一飞机机头上的第一水枪12由于离发动机较远，应和风挡玻璃一样，采用电热防冰。

[0045] 尽管上面结合附图对本发明发明进行了描述，但是本发明发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明发明的启示下，在不脱离本发明发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明发明的保护之内。