用于研究雾滴漂移的试验设备及用于该设备的处理方法技术

本发明专利技术公开一种用于研究雾滴漂移的试验设备以及用于该设备的处理方法。其中，所述设备包括：拖曳导轨、布置于拖曳导轨上的滑块、挂载于滑块上的尾涡发生装置和雾滴发生装置、与滑块连接的电机以及PIV系统，在电机产生的拉力的作用下，滑块以预设的速度沿所述拖曳导轨滑动，并带动尾涡发生装置产生包含示踪粒子的尾涡及雾滴发生装置产生雾滴；PIV系统，用于捕获尾涡和雾滴在固定展向平面内的运动图像，并根据运动图像处理得到雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律。本发明专利技术通过模拟真实条件下的尾涡运动和雾滴运动，能够分析得到雾滴漂移与尾涡运动的相关关系，为航空施药过程中的雾滴飘移问题的研究提供理论指导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及试验设备领域，具体地，涉及一种用于研究雾滴漂移的试验设备以及用于该设备的处理方法。
技术介绍
随着现代精准农业技术的发展，航空植保技术已广泛应用于农业领域。目前，全世界有农林业用飞机大约3万架，年作业面积1亿公顷，飞机作业面积占总耕地面积的17％。农业航空植保作为一个朝阳产业，拥有巨大的发展空间和广阔的市场前景。而固定翼飞机植保作业具有航速快，喷幅大，载药量多，继航时间长，受地形限制少等特点，与传统的人工、半机械化植保作业相比，其作业经济效益非常显著。然而，雾滴飘移问题仍是固定翼飞机在植保作业过程中目前面临的主要问题。固定翼飞机喷洒的雾滴受尾涡气流、环境风场等多方面因素影响，极易产生飘移，从而带来严重的水土资源污染、非目标作物药害以及人畜健康威胁等问题。1975年，美国环保署估计有10％～60％的化学物质飘移到距离目标300m以上的区域，造成严重的空气污染、水污染以及土壤污染。图1是现有技术中研究固定翼飞机施药过程中雾滴漂移及沉积效果的田间实验的示意图。如图1所示，现有针对固定翼飞机雾滴飘移和沉积的实验主要是真实飞行场地实验(田间试验)。该方式主要通过在航道两侧布置聚酯薄膜卡片、水敏纸等收集地面沉积的雾滴，并通过在远场布置不同高度的纤维丝收集空中飘移的雾滴。该实验方法存在的主要缺陷是所需实验成本较高，所需实验场地较大以及所需实验人员较多。此外，实验结果易受天气条件影响，重复性较差，并且无法实时获得雾滴在空间中的运动规律。图2是现有技术中研究固定翼飞机施药过程中雾滴漂移的风洞实验的示意图。如图2所示，由于田间实验的局限性，人们又发展了风洞实验来研究雾滴飘移问题。风洞实验是田间实验的有效支撑和补充，其相对田间实验来说，具有边界条件可控，重复性高，实验手段多样等优势。但时，目前风洞实验多针对单一喷头产生的雾滴飘移问题进行研究，且无法对固定翼飞机尾涡运动进行模拟，所运用的实验方法也类似田间实验，无法获得瞬时的雾滴运动规律。总的来看，目前存在的研究固定翼飞机施药过程中雾滴飘移问题的手段，均存在难以模拟真实飞行尾涡流场，对雾滴运动规律研究不足的缺陷，并且大多数情况是简单进行空间固定位置的雾滴量统计，很难从流场和雾滴本身的运动机理上认识雾滴飘移问题。因此，在生产中无法给出具备控制模型的喷雾优化方法，在科研上无法深入掌握流场和雾滴运动的相关关系。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于研究雾滴漂移的试验设备以及用于该设备的处理方法。所述设备通过模拟真实条件下的尾涡运动和雾滴运动，并结合两相流实验分析方法，不仅能够排除复杂风场环境的影响，而且还能够分析得到雾滴漂移与尾涡运动的相关关系，为航空施药过程中的雾滴飘移问题的研究提供理论指导。为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于研究雾滴漂移的试验设备。所述设备包括：拖曳导轨、布置于所述拖曳导轨上的滑块、挂载于所述滑块上的尾涡发生装置和雾滴发生装置、与所述滑块连接的电机以及PIV系统，在所述电机产生的拉力的作用下，所述滑块以预设的速度沿所述拖曳导轨滑动，并带动所述尾涡发生装置产生包含示踪粒子的尾涡及所述雾滴发生装置产生雾滴；所述PIV系统，用于捕获所述尾涡和所述雾滴在固定展向平面内的运动图像，并根据所述运动图像处理得到雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律，及根据雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律分析得到雾滴漂移与尾涡运动的相关关系。可选地，所述设备还包括：桁架，用于作为所述拖曳导轨的支架，固定所述拖曳导轨。可选地，所述桁架和所述拖曳导轨的材质均为铝合金或45号钢。可选地，所述尾涡发生装置采用二维翼型或三维翼型，相应地，所述尾涡发生装置，用于在所述滑块的带动下产生包含示踪粒子的准二维流向涡对。可选地，所述设备还包括：具有负迎角的水平尾翼，设置于所述尾涡发生装置的尾部，用于消散或减弱所述尾涡发生装置产生的尾涡。可选地，所述雾滴发生装置包括：水泵，与所述水泵连接的水箱以及与所述水泵连接的喷头，所述水泵，用于提供动力促使所述水箱中的水通过喷头喷射出来。可选地，所述喷头包括压力喷头或超声雾化喷头。可选地，所述设备还包括：弹簧，设置于所述拖曳导轨的一端，用于在所述滑块运动至所述弹簧的情况下，减缓所述滑块的运动速度，使得所述滑块静止。相应地，本专利技术还提供一种用于试验设备的处理方法，所述试验设备包括：拖曳导轨、布置于所述拖曳导轨上的滑块、挂载于所述滑块上的尾涡发生装置和雾滴发生装置以及与所述滑块连接的电机，在所述电机产生的拉力的作用下，所述滑块以预设的速度沿所述拖曳导轨滑动，并带动所述尾涡发生装置产生包含示踪粒子的尾涡及所述雾滴发生装置产生雾滴，所述方法包括：捕获所述尾涡和所述雾滴在固定展向平面内的运动图像；根据所述运动图像处理得到雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律；以及根据雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律分析得到雾滴漂移与尾涡运动的相关关系。可选地，所述根据所述运动图像处理得到雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律，包括：对所述运动图像进行相分离处理，得到仅包含所述雾滴漂移的第一图像和仅包含所述尾涡运动的第二图像；对所述第一图像采用PTV单点跟随粒子的速度计算，得到所述雾滴漂移随时间的变化规律；对所述第二图像采用PIV空间速度场计算，得到所述尾涡运动随时间的变化规律。通过上述技术方案，在滑块上挂载尾涡发生装置和雾滴发生装置，模拟真实条件下的尾涡运动和雾滴运动，并捕获尾涡和雾滴在固定展向平面内的运动图像，及根据运动图像处理得到雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律，并根据雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律分析得到雾滴漂移与尾涡运动的相关关系，不仅能够排除复杂风场环境的影响，而且还能够分析得到雾滴漂移与尾涡运动的相关关系，为航空施药过程中的雾滴飘移问题的研究提供理论指导。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。图1是现有技术中研究固定翼飞机施药过程中雾滴漂移及沉积效果的田间实验的示意图；图2是现有技术中研究固定翼飞机施药过程中雾滴漂移的风洞实验的示意图；图3是本专利技术一实施例提供的用于研究雾滴漂移的试验设备的结构示意图；图4是本专利技术一实施例提供的用于试验设备的处理方法的流程图；图5是本专利技术一实施例提供的处理方法的相分离步骤的示意图。附图标记说明1 拖曳导轨 2 滑块 3 尾涡发生装置 4 雾滴发生装置5 电机 6 PIV系统 7 桁架 8 水平尾翼 9 弹簧具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图3是本专利技术一实施例提供的用于研究雾滴漂移的试验设备的结构示意图。如图3所示，本专利技术一实施例提供的用于研究雾滴漂移的试验设备包括：拖曳导轨1、布置于所述拖曳导轨1上的滑块2、挂载于所述滑块2上的尾涡发生装置3和雾滴发生装置4、与所述滑块2连接的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于研究雾滴漂移的试验设备，其特征在于，所述设备包括：拖曳导轨、布置于所述拖曳导轨上的滑块、挂载于所述滑块上的尾涡发生装置和雾滴发生装置、与所述滑块连接的电机以及PIV系统，在所述电机产生的拉力的作用下，所述滑块以预设的速度沿所述拖曳导轨滑动，并带动所述尾涡发生装置产生包含示踪粒子的尾涡及所述雾滴发生装置产生雾滴；所述PIV系统，用于捕获所述尾涡和所述雾滴在固定展向平面内的运动图像，并根据所述运动图像处理得到雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律，及根据雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律分析得到雾滴漂移与尾涡运动的相关关系。

【技术特征摘要】
1.一种用于研究雾滴漂移的试验设备，其特征在于，所述设备包括：拖曳导轨、布置于所述拖曳导轨上的滑块、挂载于所述滑块上的尾涡发生装置和雾滴发生装置、与所述滑块连接的电机以及PIV系统，在所述电机产生的拉力的作用下，所述滑块以预设的速度沿所述拖曳导轨滑动，并带动所述尾涡发生装置产生包含示踪粒子的尾涡及所述雾滴发生装置产生雾滴；所述PIV系统，用于捕获所述尾涡和所述雾滴在固定展向平面内的运动图像，并根据所述运动图像处理得到雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律，及根据雾滴漂移与尾涡运动随时间的变化规律分析得到雾滴漂移与尾涡运动的相关关系。2.根据权利要求1所述的用于研究雾滴漂移的试验设备，其特征在于，所述设备还包括：桁架，用于作为所述拖曳导轨的支架，固定所述拖曳导轨。3.根据权利要求2所述的用于研究雾滴漂移的试验设备，其特征在于，所述桁架和所述拖曳导轨的材质均为铝合金或45号钢。4.根据权利要求1所述的用于研究雾滴漂移的试验设备，其特征在于，所述尾涡发生装置采用二维翼型或三维翼型，相应地，所述尾涡发生装置，用于在所述滑块的带动下产生包含示踪粒子的准二维流向涡对。5.根据权利要求1所述的用于研究雾滴漂移的试验设备，其特征在于，所述设备还包括：具有负迎角的水平尾翼，设置于所述尾涡发生装置的尾部，用于消散或减弱所述尾涡发生装置产生的尾涡。6.根据权利要求1所述的用于研究雾滴漂移的试验设备，其特征在于，所述雾滴发生装置包括：水泵，与所述水泵连接的水箱以及与所述水泵连接的喷头...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐青，陈立平，张瑞瑞，徐刚，徐旻，伊铜川，姜洪亮，侯佳健，
申请(专利权)人：北京农业智能装备技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11