用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器及采样系统的制作方法-k8凯发

本发明涉及气溶胶采集装置，具体涉及用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器及采样系统。

背景技术：

1、气溶胶是大气污染物的一种重要形态，研究中需要对空中气溶胶的浓度、粒径和组分进行监测，获取相关数据，了解其变化过程。旋翼无人机搭载气溶胶采样装置或测量装置可以进行空中气溶胶的采样和监测，公开号为cn109323893a、cn112644709a以及cn113447322a的专利中均公开了旋翼无人机载低能耗气溶胶采样装置及飞行器，但旋翼无人机的飞行速度较慢，只适合作为一般大气气溶胶监测使用。而爆炸事故或快速燃烧等场景中，产生的气溶胶运动速度快，用旋翼无人机探测的时效性难以保证，另外在不稳定的环境中，气溶胶容易受到环境风速和风向的影响，快速位移，难以收集，现有空中采样或测量装置并没有系统地提出凯发k8ag旗舰厅真人平台的解决方案。

2、为了满足快速变化的空中气溶胶的取样监测要求，需要一种速度适中、使用方便的空中气溶胶取样探测装置。现有技术(cn 109539876 a、cn 101275817a以及《便携式压缩空气弹射装置的研究》郑介，2022硕士论文)中公开了采用压缩空气的发射装置将探测装置发射到空中，但尚未见到使用无动力飞行器进行空中气溶胶取样的技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中采用旋翼无人机搭载气溶胶采样或测量装置，存在气溶胶在爆炸事故、快速燃烧等场景中或者受到环境风速和风向的影响时，快速位移，难以收集的不足之处，而提供用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器及采样系统。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术凯发k8ag旗舰厅真人平台的解决方案如下：

3、一种用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器，其特殊之处在于：包括外壳、设置在外壳一端的进气口以及设置在外壳内部的进气道、单向活门、滤筒、流量传感器以及电源、飞行姿态记录装置和缓冲组件；外壳的内部一端设置连通进气口的收集腔，另一端设置记录腔，收集腔对应的外壳上开设有多个排气孔；所述进气道、单向活门、滤筒、流量传感器同轴依次设置在收集腔中，进气道设置在靠近进气口的一端，且内径渐变；所述滤筒的开口端朝向进气口，所述排气孔位于流量传感器远离进气口的一侧；所述单向活门包括沿外壳直径设置的活门轴以及两个半圆形门板，两个半圆形门板的直边与活门轴转动连接，单向活门关闭时，两个半圆形门板绕活门轴展开，其外周与外壳的内壁相适配，靠近进气道的一侧由进气道的内壁进行前限位，单向活门打开时，两个半圆形门板绕活门轴向远离进气道的一侧转动；所述电源、飞行姿态记录装置设置在记录腔中，电源用于对飞行姿态记录装置和流量传感器供电，飞行姿态记录装置用于测量并记录飞行器的飞行姿态数据，缓冲组件用于在飞行器降落时对其进行缓冲。

4、进一步地，所述单向活门还包括限位横杆，限位横杆与活门轴位于同一轴向截面，单向活门打开时，限位横杆用于对两个半圆形门板进行后限位，定义限位横杆与活门轴之间的间距为l，半圆形门板的半径为r，则0.5r＜l＜r。

5、进一步地，还包括设置在排气孔远离进气口一侧的导流锥，导流锥为锥形结构，底面直径与外壳内径相适配，锥面朝向进气口设置。

6、进一步地，所述进气道内壁沿轴向的剖面为流线型，进气道内径从进气口向内先减小后扩大。

7、进一步地，所述飞行姿态记录装置为陀螺仪组件；

8、所述缓冲组件为降落伞组件；降落伞组件设置在外壳的另一端端部，包括控制装置、爆破装置及降落伞，控制装置中预设时间程序，用于控制爆破装置工作，经爆破打开降落伞组件的后盖并牵引开伞；

9、所述电源还用于为降落伞组件的控制装置供电；

10、所述外壳的另一端沿周向设置有尾翼。

11、进一步地，所述飞行器的直径50mm，长度300mm，重量为500g，排气孔的孔径5-20mm，间距为孔径的2-3倍。

12、同时，还提供一种用于空中气溶胶采样探测的采样系统，其特殊之处在于：包括上述一种用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器及发射装置；所述发射装置包括高压气源、安装座以及一个或多个发射筒，发射筒设置在安装座上，尾部与高压气源连接；飞行器设置在发射筒内部且与发射筒之间设置密封装置，密封装置用于保证发射气压，密封装置包括拼接的两个半圆筒结构，随飞行器一同运动至发射筒外部后，两个半圆筒结构自动分离脱落。

13、进一步地，所述发射装置包括多个发射筒，多个发射筒平行设置或者相互之间具有偏转角；

14、所述发射筒的侧面对应设置有角度计，用于调整发射筒的俯仰发射角度。

15、进一步地，还包括防护装置，防护装置包括固定防护板和可脱落防护板，固定防护板固定在安装座上，其上对应每个发射筒的出口开设有通孔，可脱落防护板设置在固定防护板上，用于在采样系统未使用时对发射筒出口进行防护；

16、所述发射筒和高压气源之间设置有电磁阀。

17、进一步地，所述发射筒设置为3×3发射筒阵列，外围发射筒与中央发射筒的偏转角为5～10°；发射压力0.6mpa，射程为100m。

18、本发明的有益效果：

19、1.本发明的飞行器主要用于采集快速运动的气溶胶，飞行器的进气道内径渐变，在高速飞行以及快速变化的气流中，保证进入飞行器的空气流速稳定，避免产生乱流，影响采集的气溶胶质量，同时渐变的内径也可以作为单向活门的前限位。

20、2.本发明的飞行器设置降落伞组件等缓冲组件，用于减小飞行器触地速度，减小对样品和数据存储器的冲击，提高样品和数据的回收概率。

21、3.本发明的飞行器中设置导流锥，减小气流排出阻力，使进气道进气更加流畅。

22、4.本发明的发射装置采用高压气源发射至指定区域，使飞行器利用飞行动力采样，无需额外的动力消耗，结构简单，耗电量低，仅需要使用微型电池供电；通过调节发射气体压力来控制飞行速度和距离，高压气源发射后飞行器运行速度高，可以适应快速运动的气溶胶采样，采样系统中飞行器速度可控性好，可以在秒量级采集空中气溶胶。

23、5.本发明的发射装置可以设置使用相互之间角度具有一定偏转的发射筒阵列，多发飞行器同时发射，在获取冗余样品的同时，提高了对环境风速的适应性，提高了采样的成功率，而且该装置结构简单，操作方便。

技术特征：

1.一种用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器，其特征在于：

2.根据权利要求1所述一种用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器，其特征在于：

3.根据权利要求2所述一种用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器，其特征在于：

4.根据权利要求2所述一种用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器，其特征在于：

5.根据权利要求4所述一种用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器，其特征在于：

6.根据权利要求5所述一种用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器，其特征在于：

7.一种用于空中气溶胶采样探测的采样系统，其特征在于：

8.根据权利要求7所述一种用于空中气溶胶采样探测的采样系统，其特征在于：

9.根据权利要求7或8所述一种用于空中气溶胶采样探测的采样系统，其特征在于：

10.根据权利要求8所述一种用于空中气溶胶采样探测的采样系统，其特征在于：

技术总结
本发明涉及气溶胶采集装置，具体涉及用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器及采样系统，为解决现有技术中采用旋翼无人机搭载气溶胶采样或测量装置，存在气溶胶在爆炸事故、快速燃烧等场景中或者受到环境风速和风向的影响时，快速位移，难以收集的不足之处，本发明用于空中气溶胶采样探测的无动力飞行器包括外壳、设置在外壳一端的进气口以及设置在外壳内部的进气道、单向活门、滤筒、流量传感器以及电源、飞行姿态记录装置和缓冲组件；采样系统包括上述无动力飞行器及发射装置，发射装置包括高压气源、安装座以及一个或多个发射筒，飞行器设置在发射筒内部通过高压气体弹射发射。

技术研发人员：刘龙波,苏春磊,王宝生,胡攀,唐寒冰
受保护的技术使用者：西北核技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8