消防水炮射流軌跡的準確預測是實現(xiàn)其智能化的基礎,同時也是其快速有效地撲滅A類火災的重要保證。針對現(xiàn)有消防水炮射流軌跡擬合準確性有待進一步提高的問題,從質(zhì)點運動學和外彈道學理論出發(fā),考慮水射流在飛行過程中的破碎現(xiàn)象,建立了同時考慮截面積修正系數(shù)和角加速度修正系數(shù)的空氣阻力模型。結(jié)合牛頓第二定律,建立了射流微元體的動力學微分方程,并采用四階Runge-Kutta方法對微分方程組進行了求解。由理論模型所確定的射流軌跡與實際水射流軌跡吻合較好,且二者的射程與射高的誤差均在2%以內(nèi),驗證了所建立動力學微分方程的準確性。本研究可為消防水炮的智能控制提供理論支持。

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圖1 射流微元體受力分析示意圖

dvdt=dvdti+vdθdt?j。(4)由式(4)可知,合加速度矢量等于射流軌跡切向和法向方向加速度的矢量和。將式(4)兩端同時乘以射流微元體的質(zhì)量m可得

圖2 射流軌跡優(yōu)化遺傳算法流程示意圖

式中,yi為射流軌跡第i點仿真射高;y^i為射流軌跡第i點實驗射高;yˉ為射流軌跡射高平均值。為驗證射流軌跡模型的準確程度,以美國TaskForceTips公司兩種消防水炮為例,對其射流軌跡進行預測。

圖3 加裝YST-4NN型炮頭的消防水炮在不同仰角條件下的射流軌跡預測值與實際值

表1各仰角下射流軌跡計算所需參數(shù)Tab.1Parametersforjettrajectorycalculatingatvariouselevationangles角度/(°)abk1k2301594.981.051.65452594....

圖4 加裝MST-4NJ型炮頭的消防水炮在不同仰角條件下的射流軌跡預測值與實際值

該型水炮在不同仰角下水射流的射程和射高對比及其誤差分別如表5和表6所示。由表可知,射程和射高的預測值與實際值均非常接近,誤差在1%以下,射程最大誤差為0.85%,射高最大誤差也為0.85%。表5預測射程與實際射程對比Tab.5Thecomparisonbetweenth....

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