[發明專利]一種自動消防炮射流補償角的計算方法

在審

• 申請號: 202010310281.6
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111310367A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 邱懷駿
• 申請（專利權）人: 沈陽天目科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/12;G06F17/15;G06F119/14
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本發明涉及一種自動消防炮射流補償角的計算方法。為了彌補傳統空氣阻力與速度成正比方法落點過近、空氣阻力與速度平方成正比方法無解析解的缺陷，本發明采用了水平與豎直方向采用不同阻力模型方式，即水平采用阻力與速度平方成正比模型，而豎直采用阻力與速度成正比模型。本發明給出符合上述條件的運動方程組，并解得軌跡方程以及射流補償角。自動消防炮可據此公式實時計算補償角度，以達到射流準確滅火目的。

技術領域

本發明涉及一種射流軌跡計算技術，具體的說是一種給定射流落地點計算自動消防炮射流初始俯仰角的方法。

背景技術

在消防炮定位到著火點后，其射流是否能夠準確擊中火點是滅火關鍵。由于射流受到重力及空氣阻力影響，在空中軌跡不是直線，因此需要對初始俯仰角進行補償以達到落地點與目標點一致目的。

射流在空中運動可看作是水團運動，與炮彈運動類似。因此，按照彈道運動方程解的形式可將現有方法分為解析解和數值解兩大形式。其中第一類，結果為解析解的運動方程一般采用阻力與速度成正比的運動模型。

《工程設計學報》（題目：“消防水炮射流運動軌跡模型與定位補償方法”，作者：陳學軍、楊永明，日期：2016年6期，頁碼：558-563）采用了阻力與速度成正比的模型。然而，在此設定下，經作者驗證，射流落地點近于火源中心，造成偏差。這說明空氣阻力比建立的模型要大。因此該文又進一步采用分段修正補償的方法按火源遠近加大初始俯仰角以滿足實際需要。

《消防科學與技術》（題目：“消防炮水射流軌跡擬合方程”，作者：萬峰、陳曉陽等，日期：2007年6期，頁碼：656-657）同樣采用阻力與速度成正比模型。結論基本一致，即落點偏近、誤差較大。為了補償，作者又重新用擬合的方式對方程系數做了進一步調整。

中國專利（專利申請號：201310745715 “自動跟蹤定位射流滅裝置的射流俯仰角計算方法”）采用的也是空氣阻力與速度成比例的計算模型。文中計算滅火射流俯仰角“FireA”的公式與論文《消防水炮射流運動軌跡模型與定位補償方法》中公式（8）一致（y取0，即為水平面落點）；與論文《消防炮水射流軌跡擬合方程》中公式（8）同樣一致（需要省略級數展開時的三階小項并求出角度）。

空氣阻力與速度成正比的模型之所以無法準確計算落水點，是因為過小地估計了空氣阻力作用。因此，第二類以數值解為代表的采用阻力與速度平方成正比的方法均較好地符合了實際射流軌跡。

雜志International Journal of Heat and Fluid Flow（題目：“Computersimulation of the trajectories of large water jets”，作者：Hatton A P etc.，日期：1985年2卷，頁碼：137-141）里面采用了描述射流所受空氣阻力f與速度v的關系，其中s為射流弧線長度，k、b 為兩個待定的系數。可見，空氣阻力采用的是與速度平方成正比模型。

機械工程學報（題目：“考慮俯仰角的消防水炮射流軌跡理論模型”，作者：閔永林等，日期：2011年47卷，頁碼：134-138）同樣采取的是空氣阻力與速度平方成正比模型，即。其中，為俯仰角，a、b為待定系數，t為時間。該方法省去了弧長s的計算麻煩。論文驗證該模型較好地模擬了實際射流軌跡曲線，不需要額外角度補償或系數調整。

上海交通大學碩士論文（題目：“消防炮射流軌跡的研究”，作者：孫健，日期：2008年）給出的阻力計算公式為。其中，k為空氣阻力系數，為空氣密度，A(x)為射流截面積變化函數。同樣，阻力與速度平方成正比，實驗符合程度較好。