新型固態(tài)碘化銀煙條及播撒裝置的研發(fā)與應(yīng)用

鄒春根 王雪霖 羅喜平

（江西新余國(guó)科科技股份有限公司，新余 338034）

新型固態(tài)碘化銀煙條及播撒裝置的研發(fā)與應(yīng)用

鄒春根 王雪霖 羅喜平

（江西新余國(guó)科科技股份有限公司，新余 338034）

飛機(jī)、發(fā)射架、地面燃燒播撒爐、機(jī)載播撒裝置、火箭彈、高炮彈、煙條和焰彈是人工影響天氣作業(yè)的主要裝備。為更好地服務(wù)我國(guó)人工影響天氣事業(yè)，為人工影響天氣作業(yè)提供多樣高效的裝備，本文闡述一種新型固態(tài)碘化銀煙條及其多種播撒裝置的研發(fā)與應(yīng)用。

人工影響天氣 作業(yè)裝備 固態(tài)碘化銀 播撒裝置

引言

利用飛機(jī)攜帶并播撒AgI催化劑的方式實(shí)施大規(guī)模人工增雨效果較為顯著，而對(duì)高海拔地區(qū)或高山，在條件適當(dāng)?shù)那闆r下，采用地面煙爐燃燒煙條播撒AgI催化劑增雨、增雪，則更安全、易行。在市場(chǎng)調(diào)研和上述認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出一種新型固態(tài)碘化銀煙條及其播撒裝置，即Y1000-1型固態(tài)碘化銀煙條、DL40-1型立式地面煙爐及KB5-1型飛機(jī)播撒裝置。

1 研發(fā)依據(jù)

1.1 Y1000-1型固態(tài)碘化銀煙條的設(shè)計(jì)要求

Y1000-1型固態(tài)碘化銀煙條指標(biāo)性能要求如下：直徑為φ60mm；長(zhǎng)度為（1043±5）mm；質(zhì)量為（4.2±0.08）kg；催化劑攜帶量為（2±0.05）kg；AgI含量為42g；焰劑成核率為6.0×1015個(gè)/根（-10℃，2m3）；使用溫度范圍為-40～50℃；在置信水平0.7條件下，可靠度為99%。

1.2 DL40-1型立式地面煙爐的設(shè)計(jì)要求

DL40-1型立式地面煙爐指標(biāo)性能要求為：（1）具有遠(yuǎn)程無(wú)線控制功能，也兼?zhèn)浣逃芯€控制的功能；（2）使用自備電源供電；（3）配制無(wú)線通信接收器及可編程控制器等，由電腦編程并輸入控制程序；（4）作業(yè)過(guò)程的每個(gè)動(dòng)作都有反饋信息或狀態(tài)報(bào)告，使指揮中心能及時(shí)判斷煙條狀態(tài)和作業(yè)情況。

1.3 KB5-1型飛機(jī)播撒裝置的設(shè)計(jì)要求

KB5-1型飛機(jī)播撒裝置指標(biāo)性能要求為：（1）裝置外形采用流線型結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足飛機(jī)飛行的空氣動(dòng)力學(xué)要求；（2）單一裝置整體重量≤70kg；（3）各裝置裝載煙條彈5枚，連續(xù)作業(yè)時(shí)間為200min；（4）固態(tài)AgI煙條裝載于該裝置上，通過(guò)飛機(jī)上的控制器控制發(fā)火。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1 Y1000-1型固態(tài)碘化銀煙條的設(shè)計(jì)

2.1.1 總體設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)總體方案如圖1所示。選用環(huán)氧酚醛玻璃纖維復(fù)合材料制作產(chǎn)品的外殼和聚氯乙烯材料制作內(nèi)襯，利用環(huán)氧酚醛玻璃纖維的抗燒蝕性、聚氯乙烯的自熄性，設(shè)計(jì)成復(fù)合熱防護(hù)層，有效解決產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間燃燒的熱防護(hù)問(wèn)題；在用于火箭彈上的BR-91-Y型焰劑的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整配方中可燃劑的成分，方便裝藥，提高焰劑的穩(wěn)定性和作業(yè)安全性和效能。

圖1 Y1000-1型固態(tài)碘化銀煙條總體結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 外管、阻燃管和內(nèi)管設(shè)計(jì)

外管：為保證殼體具有足夠的剛度和良好的隔熱性，外管選用玻璃鋼管；外管直徑與國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品一致為60mm，做到可通用互換。

阻燃管：采用PVC型材，套在內(nèi)管外面。利于其自熄性和隔熱性，對(duì)外管起到熱防護(hù)作用。

內(nèi)管：由玻璃鋼材料加工成型。依據(jù)總體設(shè)計(jì)并利用BL型防雹增雨火箭彈發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥工藝技術(shù)，為使焰劑與內(nèi)管粘接在一起，其內(nèi)壁用環(huán)氧樹(shù)脂膠化處理粘上一層過(guò)渡藥。

2.1.3 裝藥方案設(shè)計(jì)選擇

國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品目前采用的方案是采用焰劑經(jīng)造粒后壓制而成，此方案可作為方案一。此方案的優(yōu)點(diǎn)是焰劑配方可不作較大改進(jìn)即可使用；缺點(diǎn)是受工藝限制，一根煙條需裝多股藥柱，工藝較復(fù)雜，且每股藥柱間的界面會(huì)有熄火現(xiàn)象。

方案二是借助火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的PVC復(fù)合推進(jìn)劑技術(shù)和R-90-Y焰劑配方改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，研制一種新型的焰劑配方并利用成熟的PVC復(fù)合推進(jìn)劑生產(chǎn)工藝技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備，在提高產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和降低產(chǎn)品成本。本方案的工藝過(guò)程是：對(duì)內(nèi)管進(jìn)行膠化處理并粘上一層PVC粉→焰劑在真空狀態(tài)下澆注裝藥→焰劑高溫固化→整形。

基于以上比較，選擇方案二裝藥。

2.2 DL40-1型立式地面煙爐的設(shè)計(jì)

2.2.1 煙爐爐體的設(shè)計(jì)

查閱相關(guān)技術(shù)資料，調(diào)研同類(lèi)型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，確定出煙爐爐體的設(shè)計(jì)方案。選用1Cr18Ni9Ti的不銹鋼材料制作本煙爐。主體設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形模塊式組合體，用螺栓在其內(nèi)部聯(lián)接，并在它們的聯(lián)接處用耐高溫密封膠填充膠接。煙爐的導(dǎo)煙管設(shè)計(jì)為圓柱形，組裝后煙爐爐體外形線條鮮明、整體協(xié)調(diào)、美觀。煙爐爐體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 DL40-1型立式地面煙爐爐體圖

2.2.2 遠(yuǎn)程無(wú)線控制及信息反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，選用三菱公司生產(chǎn)型號(hào)為FX1N-40MT的可編程控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）作為本系統(tǒng)的程序控制工具，在PLC上裝有SR232通信接口，并經(jīng)過(guò)較復(fù)雜的程序編制，用以實(shí)現(xiàn)作業(yè)指令準(zhǔn)確交換，根據(jù)作業(yè)指令系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)點(diǎn)燃煙條，準(zhǔn)確反饋?zhàn)鳂I(yè)信息等。

2.2.3 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其與自動(dòng)氣象站的聯(lián)網(wǎng)

供電系統(tǒng)選用12V、20A/h免維護(hù)電瓶供電，電瓶的充電由12V、40W太陽(yáng)能充電器提供充電。將太陽(yáng)能電池板的安裝仰角的設(shè)計(jì)為可調(diào)整，即可最長(zhǎng)時(shí)間吸收太陽(yáng)的能量?？紤]到煙爐主要在高山上使用，在太陽(yáng)能充電系統(tǒng)的支承架上安裝了避雷針。

為更好地采集煙爐工作區(qū)域的氣象信息，DL40-1型立式地面煙爐能與多要素自動(dòng)氣象站聯(lián)網(wǎng)使用，其整體聯(lián)接如圖3所示。

圖3 DL40-1型立式地面煙爐與供電系統(tǒng)四要素自動(dòng)氣象站聯(lián)網(wǎng)圖

2.3 KB5-1型飛機(jī)播撒裝置的設(shè)計(jì)

2.3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)研制要求，查閱相關(guān)技術(shù)資料并調(diào)研國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出KB5-1型飛機(jī)播撒裝置，安裝形式如圖4所示。

圖4 KB5-1型飛機(jī)播撒裝置安裝示意圖

飛機(jī)播撒裝置控制器

機(jī)

2.3.2 播撒器設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)的方案一播撒器如圖5所示。

圖5 播撒器方案一結(jié)構(gòu)圖

方案一的整體結(jié)構(gòu)較緊湊，加工較方便，但可能出現(xiàn)以下兩個(gè)問(wèn)題：一是氣流在通過(guò)頭部組件的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入播撒器時(shí)，會(huì)從頭部組件與芯體組件結(jié)合部的間隙中進(jìn)入點(diǎn)火裝置中，點(diǎn)火裝置中的導(dǎo)線及導(dǎo)線與點(diǎn)火觸頭的連接部將會(huì)受到高速氣流的沖擊。二是氣流在通過(guò)頭部組件的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入播撒裝置后再通過(guò)通風(fēng)管進(jìn)入到主體組件的腹腔內(nèi)，高速氣流在冷卻煙條的同時(shí)，也直接作用在播撒器上，易形成較大風(fēng)阻不利于飛行安全。

要解決上述問(wèn)題，就必須使頭部組件與芯體組件的結(jié)合部無(wú)間隙，并盡量使氣流少作用于播撒器本身。為此我們將整體結(jié)構(gòu)作了調(diào)整，將頭部組件的引風(fēng)管與外圓錐套設(shè)計(jì)為一個(gè)整體并加長(zhǎng)了引風(fēng)管，使其不受高速氣流的沖擊。調(diào)整后的方案二如圖6所示。

圖6 播撒器方案二結(jié)構(gòu)圖

方案二可避免高速氣流沖擊點(diǎn)火裝置和造成外殼變形等問(wèn)題的發(fā)生。所以，確認(rèn)方案二為本項(xiàng)目的最終設(shè)計(jì)方案。

2.3.3 控制器的設(shè)計(jì)

控制器工作原理：采用12V 9000mA鋰電池或機(jī)載電源供電，通過(guò)旋鈕開(kāi)關(guān)選擇相對(duì)應(yīng)的通道檢測(cè)電阻；當(dāng)需發(fā)射時(shí)，將鈕子開(kāi)關(guān)撥至點(diǎn)火位置，按下點(diǎn)火開(kāi)關(guān)點(diǎn)火。

該控制器低能耗、體積小，重量輕，操作簡(jiǎn)便；具有檢測(cè)外線路通斷，讀數(shù)準(zhǔn)確；電阻數(shù)字表采用數(shù)碼管制作技術(shù)，大屏顯示，便于夜間讀數(shù)。

2.3.4 控制線纜的選用和控制線路設(shè)計(jì)

控制線纜采用金屬網(wǎng)狀編織層屏蔽線纜，保證信號(hào)傳輸穩(wěn)定準(zhǔn)確可靠。設(shè)計(jì)了如圖7所示的控制線路，由控制器、控制線纜、播撒器及航空插座等組成。

圖7 控制線路簡(jiǎn)圖

3 應(yīng)用情況及結(jié)論

新型固態(tài)碘化銀煙條及其播撒裝置研發(fā)定型后，在國(guó)內(nèi)多個(gè)省份人工影響天氣作業(yè)中得以應(yīng)用且效果良好，在國(guó)家重大節(jié)日氣象保障中也得以充分應(yīng)用并獲得國(guó)家有關(guān)部門(mén)的表彰。經(jīng)應(yīng)用驗(yàn)證，新型固態(tài)碘化銀煙條及其播撒裝置可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與使用要求。

[1]李連起，李會(huì)群.人工防雹增雨工作中幾個(gè)問(wèn)題的探討[J].山西氣象，1999，（4）：46-48.

[2]郭學(xué)良.大氣物理與人工影響天氣[M].北京：氣象出版社，2001.

[3]馬鶴年.氣象服務(wù)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：氣象出版社，2001.

[4]孫竹，何善亮.數(shù)控加工與編程操作[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[5]徐匯音，祖國(guó)慶.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.

The Development and Application of a New Solid AgI Smoking Article Rod and Spreading Devices

ZOU Chungen, WANG Xunlin, LUO Xiping
(Jiangxi xinyu national science technology Co., Ltd., Xinyu 338034)

Aircraft, launchers, ground combustion sown furnace, airborne seeding devices, rockets, high shells, smoking article rod and flares are the major equipment of the weather modification. In order to serve the cause of weather modification better, In order to Offers a variety and efficient equipment for the artificial weather modification operations, This paper describes the development and Application of a new solid AgI smoking article rod and spreading devices.

weather modification, operating equipment, solid AgI, spreading devices

本項(xiàng)目獲得江西省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（J-12-2-04）。