《无人机人工降雨方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无人机人工降雨方案（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、. . .无人机人工降雨方案国遥万维信息技术2010.07.20 / . . .目 录1 前言12 人工降雨现状与无人机人工降雨优势22.1 人工降雨现状22.2 无人机人工降雨优势33 用于人工降雨的无人机系统53.1 Quickeye（快眼）无人机特点53.2 Quickeye（快眼）无人机性能53.3 Quickeye（快眼）无人机飞控系统73.3.1 自驾仪103.3.2 置飞控盒113.3.3 地面站系统113.3.4 遥控设备123.4 无人机起飞和降落133.5 无人机搭载的人工降雨设备143.5.1 温度和湿度传感器143.5.2 碘化银喷洒装置163.5.3 除冰装置174
2、公司简介18. . .1 前言淡水短缺愈来愈成为人类生存的重大难题，这一问题在国也愈来愈紧迫，于是有了“人工降雨”、“海水淡化”、“打深井”、“蓄水”、“南水北调”等措施，也有了“炸山导气”、“海日莲云桥”、“引渤济锡”等设想。这些措施、这些设想牵涉到政府部门、气象学界、水利学界，牵涉到广大农户，也牵涉到许许多多其他领域学者和部门。这些措施、这些设想成本差别很大，效果也应各不相同，普遍认为这些措施、设想中最为经济合算、效果最为理想最能解决根本问题的应是“人工降雨”。人工降雨技术，简单讲就是运用物理和气象学原理，通过撒播催化剂（AgI等），影响云变化的热力学过程。其结果是使在一定条件下不能自然降
3、水的云，受催化激发而产生降水。也可使能自然降水的云，大幅度提高降水效率，增加降水量。采用人工手段之所以能够使天气产生变化，这是因为大气层中所包含的水汽、水滴、冰晶和各种悬浮物质，时常处于一种不稳定的状态之中，只要人们掌握这些不稳定因素的变化规律，就可以使用较少的能量去引发和催化它们，即形成一种使天气产生变化的触发机制，天气中的不稳定因素就会产生较大的能量转换。而大气层中这种能量转换的结果，就会导致某些地区、某些空间天气、气候的变化。只要一个地区低空大气电离度强化它就能提供大量良好的异性凝结核，使水汽快速凝结；这种水汽的快速凝结又导致该区水汽严重不足，造成对外围水汽的强烈吸引。这样看来，人工降雨
4、提供的凝结核不宜中性或弱电性，而应是愈活泼愈易电离愈强电性愈好。这就是“道法自然”，这就是愈靠近自然。我们提供的强电性的异性凝结核愈多降雨量将愈大，电使我们能呼风唤雨，电使水汽能不请自来。我们对大气中离子控制、制造、利用的科技水平愈高，人工降雨的效果就应会更好。加强对大气静电问题的研究，调整思路，道法自然，人工降雨是人类解决淡水问题花钱少、见效快、值得一试的途径!这一领域大有潜力、大有作为。2 人工降雨现状与无人机人工降雨优势2.1 人工降雨现状由于自然降水过程和人工催化过程中涉与很多方面，人工降水的理论和技术方法仍处于不断探索和试验研究阶段。世界上先后约有80多个国家和地区开展了人工降雨试验
5、，其中美国、澳大利亚、前联和我国等国的试验规模较大。我国一些经常发生干旱的省、区都积极开展了人工降雨技术的试验研究和推广应用，目前技术趋于成熟，已成为抗旱的重要手段。目前我国人工降雨主要使用两种催化剂：一是干冰，汽化时使周围空气层冷却到零下几十摄氏度，从而引起水滴的凝结；第二类则是碘化银，“造雨”本领一流。干冰其实就是二氧化碳。而碘化银作为一种化学物质，毒性极低。加上碘化银制造冰晶的效率很高，通常一块积状云只要播撒十几克或者几十克就能奏效，投放量很低，几乎可以忽略不计，因此不会造成任何污染。目前我国人工影响天气主要播撒手段是飞机、高炮和火箭。飞机作业机动性强，但受天气条件的限制较大，遇到有对流
6、天气一般都不能作业。高炮和火箭不受天气条件限制，但作业区域较小。如何增强人工影响天气的作业能力，提高作业效率，改善对人工影响天气效果的观测和评估手段，是人工影响天气专业发展中的重要课题。目前我国共有安-26、运-12、运-7、夏延等几个机型的有人机在进行人工影响天气作业，以前还有双水獭。目前主要的机型安-26，运-7和运-12等飞行实际作业飞行高度在6500米以下，一般除了新飞机以外，带有任务设备时可以稳定在5500米左右，对于北方春季层状云入云进行播撤是可以胜任的(负温播撒窗区在2300-4000米左右)，但是剑了夏季和中国南方的大部分季节，零度层高度往往都高达5500-6000米，显然负温
7、播撒医已经远在这些飞机的能力之外了，远远不能满足这些地区和这些季节人影作业的需求。随着中国的社会发展，社会各行业向世界先进国家和国际惯例靠拢，空域管理的国际化时代即将来临，国家成立了专门的空域管理改革办公室，组建下一代新的空中管理工作模式。开发低空空域可产生极大的社会效益。空通管制包含区域管制、进近管制、塔台管制和空中变通报告服务四部分。区域管制又包含高空区域管制和中低空区域管制。人工影响天气的各个外场业务，无一不和这些关键环节相关。近年来，以使用低空空域为主的通用航空飞行活动已进入国家经济建设的各个领域，并以其特有的优势在工业、农业、林业、旅游、医疗、体育等领域发挥着重要作用；热气球、滑翔伞
8、、私人飞行，已经逐步开始进人人们的生活。空域已经和无线电频率资源一样，成为一种不可替代的具有独占性的公众资源。国家空管委已经把充分开发空域资源，特别是低空空域资源作为新的建设重点。全国围面发展推广新航行管制系统，开放所有低空空域，这将极加剧原来已经很紧的人工影响天气对空域的需求矛盾。从有效利用的飞机资源大幅度减少和马上要启动的困家新空域管理体制来看，人工影响天气使用的飞行平台问题将成为未来l-3年人工影响天气服务的瓶颈问题，亟待解决。空域改革的方向是开放空域。发展民航和商业航空，增加地面高炮火箭等威胁空域安全的工具弥补飞机不足，显然是南辕北辙，行不通的。要解决好缺水和防灾的气象服务问题，还是要
9、利用飞机本身和空域改革的条件，扩大和提高飞行平台的资源和性能入手。无人机技术具有成本低廉、经济易用，尤其便于气象部门自己控制掌握，目前按照中国气象部门自己的拓宽服务领域、定位服务社会的理念，气象无人机技术也可以成为省级以下气象部门进行包括人工影响天气作业在的、遥感、探测和灾害监测等业务的综合平台。2.2 无人机人工降雨优势人工降雨无人驾驶飞机用于复杂天气下作业，是可控和可回收探测器和播撒器。在降水云系出现时，根据雷达测得的降水云系的位置，设计飞行航线。无人机自动飞向作业位置，并且工作人员可以根据天气雷达探测的降水云系实况，遥控无人机修正航线，无人机到达作业区或接近作业区时，通过无人机自身的气象
10、探测仪器探测到的温度、湿度等气象参数，工作人员可以进一步选择作业点，发出遥控指令让无人机开始播撒。这种无人驾驶飞机人工降雨作业方式具有针对性、选择性和可控性，其目的是提高播撒作业的有效性和科学性。与其它方式相比，无人机人工降雨有如下优势：1、具有自动导航、自动驾驶、远程控制特点无人小飞机采用GPS领航方式，飞行前通过计算机给飞机上的机载控制系统设置航线，遥控起飞后可转入由机载控制系统自动控制，飞机按照预定航线飞行。在需要修改飞行方向时，也可通过遥控终端发出指令。飞行过程中飞机上不断发送出飞机在空中的位置、状态和探测信息。2、运输、使用方便无人机体积小、重量轻，可与发射装置分开，携带和运输方便，
11、机动灵活，便于使用。3、起飞对场地要求低飞机采用滑跑的方式，只要有几十米围的平坦地，就可以起飞和着陆。在飞行时，备有降落伞装置，以防有以外状况，造成坠地机毁。4、成本低，安全性好，适应环境能力强无人机与有人驾驶机的差别在于前者没有载人，可以不考虑对人的安全，同时也不要安装人工作和生存的设施。因此降低了使用成本，减小了投资风险，而且对环境的适应性更强。气象无人机由于相对于有人驾驶飞机长续航时间、有比较高的高飞行高度人机可以分离，对于有人驾驶飞机根本不敢进入的强对流云，气象无人机由于成本低廉，可以在可承受成本的条件下，进行科学探测和作业。取得平时很难获取的强对流的直接探测资料。5、作业调度方便，适
12、合防灾和减灾工作旱情和火情是都是紧急、难以预测的。对于商业租机，等租到飞机、安装好设备。灾情已经错过了一到两次关键的降水过程。无人机由于价格低廉、省市级单位可以购买。小型的甚至县级单位都可以承受，没有机组人员的消耗，使用成本低廉，针对火情、旱灾可以做到与时应对。总之，将无人驾驶飞机用于人工降雨，它将不仅兼有有人驾驶飞机机动性强优点，同时兼有高炮和火箭受天气条件限制小的优点。3 用于人工降雨的无人机系统采用Quickeye（快眼）-无人机系统来实施人工降雨工作，因为这个型号的飞机满足人工降雨的飞行要求。Quickeye（快眼）无人机系统包括：无人机机体、NCG-1无人机飞控系统、无人机地面站系统
13、、人工降雨设备。3.1 Quickeye（快眼）无人机特点无人机关键的性能指标包括飞行高度、续航时间、有效载荷、飞行平稳度、导航精度、巡航速度、起降方式等。Quickeye（快眼）无人机特点：1.气动布局良好，自身安定性优异2.越野能力强，起降场地要求低3.外场维护能力强，便于运输安装4.具备滑翔能力和伞降保护功能5.操作简单，作业展开时间短3.2 Quickeye（快眼）无人机性能表3.1 Quickeye（快眼）-无人机主要硬件参数项目参数快眼-气动外形前拉后推式机长2.6m翼展3m机翼面积1.1平方米机高480mm载荷仓容积7.8升空重8kg最大燃油储量8.4升最大起飞重量38kg最大任
14、务载荷12kg表3.2 Quickeye（快眼）-无人机主要作业参数项目参数快眼-最大空速135公里/小时最大飞行高度海拔5000米最大海平面爬升速率满载时5.5米/秒航程250公里燃油消耗率4.5升/小时发动机巡航转速6000-6500转/分钟发动机最高转速7200转/分钟巡航空速110公里/小时最大过载5G航时2-3小时标准作业航程180公里巡航抗风能力17米/秒起降抗风能力5级控制半径200公里图3.1 Quickeye（快眼）-型前拉、后推式无人机实体3.3 Quickeye（快眼）无人机飞控系统本项目采用中国科学院遥感应用研究所自主研发的无人机控制系统NCG-1型无人机飞控系统。该系
15、统包含：机载飞控、地面站、通讯设备。可以控制各种布局的无人驾驶飞机，使用简单方便，控制精度高，GPS导航自动飞行功能强，并且有各种任务接口，方便用户使用各种任务设备。起飞后即可立即关闭遥控器进入自动导航方式，在地面站上可以随意设置飞行路线和航点，支持飞行中实时修改飞行航点和更改飞行目标点。单一地面站控制多架飞机的能力和自动起降的功能也正在开发中。作为无人机的飞行控制核心设备，系统的主要任务是利用GPS等导航定位信号，并采集加速度计、陀螺等飞行器平台的动态信息，通过INS/GPS组合导航算法解算无人机在飞行中的俯仰、横滚、偏航、位置、速度、高度、空速等信息，以与接收处理地面发射的测控信息，用体积小巧的嵌入式中央处理器形成以机载控制计算机为核心的电子导航设备，对无人机进行数字化控制，根据所选轨道来设计舵面偏转规律，控制无人机按照预定的航迹飞行，使其具有自主智能超视距飞行的能力。1）自稳能力：在各种气象条件与外界不可预测影响下，智能测算无人机的各项指标参数，自动控制无人机的飞行
