楊瑞鴻等

摘要 介紹了機載液氮播撒裝置的研制思路與技術規(guī)格，總結了裝置的使用與操作方法，以期為機載液氮播撒裝置的應用提供參考。

關鍵詞 機載液氮播撒裝置；研制思路；技術規(guī)格；操作方法

中圖分類號 P48 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）01-0187-02

Abstract The design thinking and technical specifications of airborne liquid nitrogen generator device were introduced，the use and operation method were summed up，in order to provide references for the application of airborne liquid nitrogen generator device.

Key words airborne liquid nitrogen generator device；design thinking；technical specifications；operation method

西北地區(qū)降水稀少，十年九旱，因此開發(fā)利用空中水資源、提高人工增雨作業(yè)能力是改善西部地區(qū)水資源短缺的有效途徑之一[1]。目前，人工影響天氣的作業(yè)工具主要有飛機、高炮、火箭和焰彈等，飛機機動性高，可在較大范圍適宜作業(yè)的高度進行作業(yè)，其催化劑利用率高，增雨效果好。甘肅省人工影響天氣辦公室于1993年開始使用液氮作為制冷催化劑，應用于飛機人工增雨（雪）作業(yè)中。為解決播云作業(yè)中存在的實際問題，結合甘肅省多年的作業(yè)經(jīng)驗，總結各類播撒方法的優(yōu)點，研制成功一套機載液氮播撒裝置。該系統(tǒng)由液氮貯液容器（杜瓦瓶）、腳踏式壓力泵和播撒器3個部分組成。貯液容器和腳踏式壓力泵是活動組合部分，隨時可以更換、移動，播撒器固定安裝在安-26型或運七-500型飛機機艙內(nèi)的后排氣換氣活門底座上，并將噴液頭伸出機艙外，實施增雨（雪）催化作業(yè)。

1 研制思路

1.1 液氮基本特性

氮氣是空氣的主要成分，無色、無味，在高壓下可液化。液態(tài)氮是惰性的，無色、無嗅、無腐蝕性，不可燃，溫度極低。在常壓下，液氮溫度為-196 ℃，密度805 kg/m3，氣化潛熱99.6 kJ/kg；常壓下氣化體積會膨脹696.5倍，同時大量吸熱接觸造成周圍氣溫急劇下降。

1.2 冷云催化原理及催化劑

云體上部溫度低于0 ℃的部分是冷云，云體上部的冷云部分常出現(xiàn)冰粒子、過冷水滴、水汽三者共存或冰粒子、水汽共存的狀態(tài)。人工影響冷云降水的基本思路：一是冷云中降水粒子最終是由冰晶效應形成的，要求降水性冷云中必須存在一定數(shù)量的過冷水和冰晶；二是有些冷云無法產(chǎn)生降水或降水效率不高，就是由于云中缺少足夠數(shù)量的冰晶；三是在云中適當部位，人為地引進適當數(shù)量的冷云催化劑，如干冰、碘化銀（AgI），能使云中過冷水轉化為足夠數(shù)量的冰晶，達到最佳的冰晶數(shù)密度，促進云內(nèi)降水形成過程得以實現(xiàn)[2]。

我國人工影響天氣工作自1958年以來，在飛機增雨作業(yè)冷云催化中使用干冰、液氮、液態(tài)丙烷、碘化銀等作為播云催化劑。干冰是很好的致冷劑，但在儲存和播撒上存在著一定的局限性。AgI具有成核率高，儲存、播撒方便的優(yōu)點，但其成核率與溫度密切相關，在-8 ℃以下的環(huán)境中應用較好。液氮作為人工增雨（雪）冷卻型冷云催化劑具有經(jīng)濟、潔凈、閾溫較高、成核率相對穩(wěn)定等優(yōu)點[3]。液氮在大氣中迅速蒸發(fā)、膨脹，膨脹系數(shù)可高達600，對環(huán)境沒有任何不良影響。因此，液氮又稱為生態(tài)學純致冷催化劑（綠色催化劑）。

1.3 機載液氮播撒裝置的設計原理

從液氮的基本特性及催化原理可以看出，保證液氮使用效果的關鍵是保證液氮的迅速播撒和流量控制；另外，合理安全改裝增雨作業(yè)飛機，對平衡、結構強度、性能、動力特性、飛行特性和其他適航性因素做無影響的改裝，尤其對密閉機艙的壓力不能有任何影響。播撒裝置要做到便于操作、使用、維護、拆裝，并根據(jù)需要有大劑量催化作業(yè)的能力[4]?；谶@些因素，確定了液氮播撒裝置的基本功能及設計思路：采用加壓噴射方式即直播播撒；實現(xiàn)多噴頭同時播撒；有貯運大劑量液氮的能力；設備易安裝、維護，便于拆裝等操作。

現(xiàn)將這些功能詳述如下：一是壓力系統(tǒng)。采用腳踏式液氮增壓泵是一種高效率、無能耗排液泵。該泵具有體積小、重量輕、攜帶方便、操作簡單、工作時無震動、排液迅速等優(yōu)點，專配于國家標準50 mm口徑、30 L液氮容器（杜瓦瓶）上使用。二是流量控制。采用三路杜瓦輸液管（專門用于超低溫液體的軟管）與三路紫銅噴液管相連接，相互獨立噴射播撒，根據(jù)實際情況可同時或單獨使用。其特點在于可避免因水汽過大造成凍結而無法正常工作的現(xiàn)象。三是催化劑貯運。采用口徑50 mm、體積30 L的貯存、運輸型液氮容器（杜瓦瓶）。根據(jù)預定作業(yè)面積、飛行時間決定攜帶的催化劑數(shù)量，一次作業(yè)飛行最多可攜帶80瓶，共計2 400 L。因單個體積、重量較為合理，便于運輸、移動，極大地提高了外場工作的機動性。四是播撒系統(tǒng)。固定在不銹鋼法蘭盤的噴射嘴與飛機底艙的后排氣活門底座無縫隙吻合固定，不失機艙壓力，噴射嘴帶來的云中靜電也會因與飛機緊密結合而由飛機放電系統(tǒng)放掉。噴射嘴與放液管間的固定連接采用管接頭對接，放液管用不銹鋼法蘭盤支架與機艙地板固定連接，穩(wěn)固、耐用、安全、便于拆裝。

2 機載液氮播撒裝置的技術規(guī)格

2.1 結構

機載液氮播撒裝置結構見圖1。

2.2 技術指標及參數(shù)

腳踏式液氮增壓泵揚程為2.5 m，滿足工作時所需要的正常工作壓力；噴射嘴與放液管管徑為10 mm，選用耐低溫、不變形的優(yōu)質紫銅管；管接頭為氣密級配件，保證連接緊密、穩(wěn)固，不會造成飛機機艙失壓；噴射嘴背風向導30°切角，可防止噴射嘴因高速氣流造成的排液不暢；單噴射嘴消耗速率為8 L/min，1瓶液氮的排放時間為3～4 min。

3 使用與操作方法

吸液管插入液氮容器前，打開放氣閥門再插入；連接杜瓦輸液管與播撒放液管；固定吸液泵體在液氮容器頸口部位，擰緊鎖緊螺母；連接腳踏增壓泵輸氣管，關閉放氣閥門；腳踏增壓泵向液氮容器加壓輸氣；以50～60次/min的頻率腳踏踏板即可排出液氮，若要中途停止排液，只需將放氣閥門打開即可；連續(xù)作業(yè)，更換貯液容器即可。

4 結語

本裝置用于直播播撒，基本滿足快速播撒要求，經(jīng)過多次實際使用，是層狀云增雨作業(yè)的有效工具，對大劑量連續(xù)催化作業(yè)較方便實用。

5 參考文獻

[1] 陳添宇，李照榮，李榮慶.甘肅省人工增雨（雪）工作發(fā)展的思考[J].干旱氣象，2003，21（4）：89-92.

[2] 胡志晉.層狀云人工增雨機制、條件和方法的探討[J].應用氣象學報，2001，12（S1）：10-13.

[3] 章澄昌.人工影響天氣概論[M].北京：氣象出版社，1992.

[4] 樊鵬，余興，雷恒池，等.液態(tài)二氧化碳（LC）播撒裝置應用研究[J].應用氣象學報，2005（16）：685-692.endprint