مطالعه تجربی نیروی لازم برای مهار شیلنگ جهت پاشش آب در ارتفاع

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشگاه هوایی شهید ستاری،تهران ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد،دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 کارشناسی ،دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، با تست‌های تجربی، نیرو‌های وارد بر یک سامانه پاشش سیال پهپادی به‌دست‌آمده است. در این سامانه، آب از روی زمین و از طریق شیلنگ آتش‌نشانی به ارتفاع پمپاژ می‌شود. باتوجه‌به اهمیت وجود برآورد­های دقیق پیش از طراحی و پیاده‌سازی در شرایط واقعی، اثرات تغییر هر یک از زیر سامانه‌ها بر روی زمین و ارتفاعات پایین‌تر آزمایش شده است. مطالعه تجربی این نیرو‌ها به همراه برد، دبی و فشار پاشش سیال در این سامانه، مستلزم آزمایش آن در شرایط مختلف و ایجاد تغییر در شیلنگ و نازل می‌باشد. در این مقاله، دو نوع شیلنگ با قطر‌های ¾ اینچ و 1 اینچ بررسی شده و در دو حالت بدون نازل و با نازل 9 میلی‌متر موردمطالعه قرار گرفته‌اند. همچنین، تأثیر ارتفاع‌های مختلف سامانه (7 و 11 متر) و زوایای مختلف نازل، بر عملکرد کلی سامانه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج عملی این تحقیق منجر به توسعه روابطی شده که می‌توان با استناد به آن‌ها، میزان دبی، فشار و برد پاشش سیال و نیروی لازم برای مهار شیلنگ و نازل را در هر ارتفاعی محاسبه کرد. نتایج این تحقیقات و نمودار‌های حاصله می‌توانند در طراحی و بهینه‌سازی سامانه‌های پاشش سیال در ارتفاع بالا، مانند پهپادهای آتش‌نشان و بالابر‌های باقابلیت پاشش سیال بکار رود. در این مقاله، ارتفاع 20 متر به‌عنوان یک ارتفاع معیار برای طراحی سامانه سیالاتی در نظر گرفته شده است و بر اساس این ارتفاع فرمول‌های به‌دست‌آمده مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Study of Required Force to Restrain Hose for Spraying in Altitude

نویسندگان [English]

  • Mohsen Dehghani mohammad-abadi 1
  • Saeed Bahman Ghamsari 2
  • Erfan Mashayekhi 3
1 Assistant Professor, Shahid Sattari Aviation University, Tehran, Iran
2 Master student, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 BSA , K.H University, Tehran, Iran
چکیده [English]

This study investigates the forces exerted on a fluid spraying system in a drone through experimental tests. In this system, water is pumped from the ground to the high altitudes. Due to the importance of accurate estimation before design and implementation in real conditions, the effects of changing each of the sub-systems have been tested on both ground and low altitudes. The study of these forces, range, flow and pressure of the fluid in this system requires testing in different hoses and nozzles. In this article, two types of hoses with diameters of ¾ in and 1 in and nozzle with diameter of 9 mm have been studied. Also, the effect of different heights of the system (7 and 11 meters) and different angles of the nozzle have been investigated. The results of this test led to the development of equations essential for calculating the flow rate, pressure and range of the spraying fluid at any desired height to restrain the reaction force of the nozzle. The result of this research can be used in the design and optimization of high-altitude fluid spraying systems. In this article, the height of 20 meters as a desired height for designing the system is examined due to the achieved formulas and its results are presented.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spraying in Altitude
  • Flow Rate
  • Range
  • Fluid Pressure

Smiley face

[1] Momtahen A, Jalali A. Analysis and Construction of Di-Superheater Nozzle of Noori Petrochemical Complex by Computational Fluid Dynamics.  The 6th Conference of Domestic Productions and Renovation of Power Plant Equipment and Parts2020.URL: https://civilica.com/doc/1157809. (In Persian)
[5] Yousefi fard M, Rad M, Hajilouy A. Designing Water Jet System for Propulsion of a Buoyant.  The 6th Conference of Marine Industry 2004.URL: https://civilica.com/doc/7108. (In Persian)
[6] Hosseini SH, Joudaki J. Design and Analysis of a Waterjet Propulsion System for an Amphibious Vehicle. Fluid Mechanics and Aerodynamics. 2023;11(2):51-64. (In Persian).https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.23223278.1401.11.2.5.9
[7] Veríssimo GNM. Water jet modelling and characterization for application in firefighting technologies 2019. URL: https://hdl.handle.net/10316/98155
[8] Huynh T, Lee D-H, Kim Y-B. Study on actuator performance evaluation of aerial water-powered system for firefighting applications. Applied Sciences. 2023;13(3):1965. DOI: 10.3390/app13031965
[9] Lee D-H, Huynh T, Kim Y-B, Soumayya C, editors. Motion control system design for a flying-type firefighting system with water jet actuators. Actuators; 2021: MDPI.DOI: 10.3390/act10100275
[10] Dinh C-T, Huynh T, Kim Y-B. LQI Control System Design with GA Approach for Flying-Type Firefighting Robot Using Waterpower and Weight-Shifting Mechanism. Applied Sciences. 2022;12(18):9334. DOI: 10.3390/app12189334
[11] Ando H, Ambe Y, Ishii A, Konyo M, Tadakuma K, Maruyama S, et al. Aerial hose type robot by water jet for fire fighting. IEEE Robotics and Automation Letters. 2018;3(2):1128-35. DOI: 10.1109/LRA.2018.2792701
[12] Yamauchi Y, Ambe Y, Konyo M, Tadakuma K, Tadokoro S. Passive orientation control of nozzle unit with multiple water jets to expand the net force direction range for aerial hose-type robots. IEEE Robotics and Automation Letters. 2021;6(3):5634-41. DOI: 10.1109/LRA.2021.3082019
 [13] Yamauchi Y, Ambe Y, Konyo M, Tadakuma K, Tadokoro S. Realizing large shape deformations of a flying continuum robot with a passive rotating nozzle unit that enlarges jet directions in three-dimensional space. IEEE Access. 2022;10:37646-57. DOI: 10.1109/ICUAS54217.2022.9836101
[14] Hament B, Oh P, editors. A Pressure Washing Hosing-Drone–Mitigating Reaction Forces and Torques. 2022 International conference on unmanned aircraft systems (ICUAS); 2022: IEEE.DOI: 10.1109/ICUAS54217.2022.9836101
[15] Hament B, Oh P. High Pressure Hosing-Drone Dynamics and Controls. Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2023;109(4):90. DOI: 10.1007/s10846-023-01954-8
[16] Ando H, Ambe Y, Yamaguchi T, Konyo M, Tadakuma K, Maruyama S, et al., editors. Fire Fighting Tactics with Aerial Hose-type Robot “Dragon Firefighter”. 2019 IEEE International Conference on Advanced Robotics and its Social Impacts (ARSO); 2019: IEEE.DOI: 10.1109/ARSO46408.2019.8948716
[17] Lee SM, Ng WH, Liu J, Wong SK, Srigrarom S, Foong S. Flow-Induced Force Modeling and Active Compensation for a Fluid-Tethered Multirotor Aerial Craft during Pressurised Jetting. Drones. 2022;6(4):88. DOI: 10.3390/drones6040088
[18] Viegas C, Chehreh B, Andrade J, Lourenço J. Tethered UAV with combined multi-rotor and water jet propulsion for forest fire fighting. Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2022;104(2):21. DOI: 10.1007/s10846-021-01532-w
[19] Al Jaber R, Sikder MS, Hossain RA, Malia KFN, Rahman MA, editors. Unmanned aerial vehicle for cleaning and firefighting purposes. 2021 2nd International conference on robotics, electrical and signal processing techniques (ICREST); 2021: IEEE.DOI: 10.3390/drones6040088
[20] Zhu J, Li W, Lin D, Zhao G. Study on water jet trajectory model of fire monitor based on simulation and experiment. Fire Technology. 2019;55:773-87. DOI: 10.1007/s10694-018-0804-1
[21] Guan X, Wei Y, Liu K, Shi SQ. Research on solving
differential equations of forest fire monitor based on Runge-Kutta. Alexandria Engineering Journal. 2020;59(4):2233-8. DOI: 10.1016/j.aej.2020.02.002
[22] Meriam JL, Kraige LG. Engineering Mechanics, Binder Ready Version: Statics: Wiley; 2011.URL: https://books.google.com/books?id=CGV6swEACAAJ
[23] Cote AE, Hall JR, Powell P, Grant CC, Association NFP, Solomon RE. Fire Protection Handbook: National Fire Protection Association; 2008.URL: https://books.google.com/books?id=e2eWA9d2a8IC
دوره 13، شماره 1 - شماره پیاپی 33
بهار و تابستان 1403
مرداد 1403
صفحه 115-130
  • تاریخ دریافت: 10 اسفند 1402
  • تاریخ بازنگری: 31 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش: 03 تیر 1403
  • تاریخ انتشار: 01 مرداد 1403