TACEF 081-2023 固定翼通用航空平台大气颗粒物航空原位测量技术指南

－2023固定翼通用航空平台大气颗粒物航空原位测量技术指南FixedwinggeneralaviationplatformsTechnicalguidanceforairbornein-situmeasurementofatmosphericparticulatematters2023-05-31发布2023-06-01实施ICS:13.040.20CCS:Z10中华环保联合会发布学兔兔－2023I目次前言....................................................................................................................................................II1范围..............................................................................................................................................12规范性引用文件..........................................................................................................................13术语和定义..................................................................................................................................14系统组成与方法功能..................................................................................................................35技术内容......................................................................................................................................56质量保证与质量控制................................................................................................................12参考文献..........................................................................................................................................14学兔兔－2023II前言本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华环保联合会提出并归口。本文件起草单位：浙江大学、北京市人工影响天气中心、北京大学、中国科学院合肥物质科学研究院、哈尔滨工业大学、中国地质大学（武汉）。本文件主要起草人：刘丹彤，吴杨周，赵德龙，田平，黄梦宇，周嵬，李思遠，胡康，丁朔，程远，盛久江，王飞，燕莹莹，肖伟，杜远谋，吴志军，王薇，李少萌，丁德平。学兔兔－20231固定翼通用航空平台大气颗粒物航空原位测量技术指南1范围本文件提供了固定翼通用航空平台大气颗粒物航空原位测量系统组成与方法功能、技术内容、质量保证与质量控制的指导。本文件适用于固定翼通用航空平台上采用航空原位测量方法对大气颗粒物的高空观测，也可用于大气颗粒物航空原位测量系统的设计、改装、集成、检测和应用。注：本文件航空原位测量系统的固定翼通用航空平台不包含无人驾驶飞机。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB3095-2012环境空气质量标准GB4793.1-2007测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求GB17799.3-2012电磁兼容通用标准居住、商业和轻工业环境中的发射GB/T17799.1-2017电磁兼容通用标准居住、商业和轻工业环境中的抗扰度GB/T18268.1-2010测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求第1部分：通用要求GB∕T30203-2013飞机电气系统特性GB/T31159-2014大气气溶胶观测术语GJB150.18A-2009军用装备实验室环境试验方法第18部分：冲击试验HB6167.6-2014民用飞机机载设备环境条件和试验方法第6部分：振动试验QX/T505-2019人工影响天气作业飞机通用技术要求MH/T1075-2020飞机增雨作业安全规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。学兔兔－202323.1大气颗粒物particulatematter,PM悬浮在大气中的固体和液体微粒。注：空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物称为PM10，空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物称为PM2.5，空气动力学当量直径小于等于1μm的颗粒物称为PM1。[来源：GB3095-2012，3.3，3.4，GB/T31159-2014，2.2，有修改]3.2固定翼通用航空平台fixedwinggeneralaviationplatforms指由动力装置产生前进的推力或拉力，由机身的固定机翼产生升力，在大气层内飞行的航空器。[来源：QX/T505-2019，3.1，有修改]3.3大气观测作业飞机aircraftforatmosphericmeasurement指搭载大气在线测量设备和离线采样装置，执行空中大气化学、大气物理等观测任务的固定翼通用航空平台。3.4质量闭合closureofmassconcentration飞机舱内和舱外测量的相同粒径范围大气颗粒物质量浓度一致。3.5光学闭合closureofopticalproperties飞机舱内和舱外测量的颗粒物光学特性结果一致。3.6粒径分布闭合closureofparticlesizedistribution飞机舱内和舱外测量的颗粒物粒径谱分布一致。3.7等速采样器isokineticsamplingequipment安装在机舱外，根据实时飞机空速动态匹配颗粒物采样速率的装置。3.8控压进样器pressure-controlledsamplingequipment飞行过程中稳定仪器进气口压力的装置。学兔兔－202334系统组成与方法功能4.1通则4.1.1测量系统是利用大气观测作业飞机搭载大气颗粒物航空机载监测仪器，执行空中大气化学、大气物理等在线观测任务，完成样品收集、分析和数据采集、处理与储存的集成装置。4.1.2测量过程是在大气观测作业飞机上采用大气颗粒物航空机载监测仪器对大气颗粒物进行连续地样品采集、处理、分析的过程，以及在飞行过程中使用采样裝置收集一定时段的大气样品，并将采集的样品在实验室进行后续处理、分析的过程。4.2系统组成大气颗粒物航空原位测量系统由大气观测作业飞机、等速采样器、大气颗粒物进样系统、大气颗粒物航空机载测量系统、控压和流量分流系统、标定校准系统及数据采集、存储和处理系统组成。其中：a)大气观测作业飞机平台由固定翼飞机（经过改造的适合大气颗粒物观测的飞机）、网络通信模块、供电模块、环境控制模块、辅助集成模块组成；b)大气颗粒物进样系统由舱外大气颗粒物等速采样头、舱内多支路大气颗粒物管路和废气排气口组成；c)大气颗粒物航空测量系统由大气颗粒物在线测量仪器组成，包括但不限于被动腔气溶胶谱探头、颗粒物数谱仪、高分辨率气溶胶质谱仪、单颗粒黑碳光度计、积分浊度计、黑碳仪等设备；d)控压和流量分流系统由控压进样器和流量分流装置组成；e)标定校准系统由标准气体、标准物和校准仪器组成；f)数据采集、存储和处理系统由数据采集模块、数据储存模块、数据传输模块和数据处理模块组成。4.3方法功能学兔兔－202344.3.1大气观测作业飞机大气观测作业飞机能够根据观测任务需要，搭载特定组合的大气颗粒物航空机载监测仪器和作业人员实施航空测量，可满足观测任务的通信传输、设备供电、作业环境、操作安全等需求。4.3.2等速采样器等速采样器适应飞机飞行速度范围是40-100m/s。采样头和飞机机头位置平行并正对前方，并配置加热系统，防止飞机穿过冷云时冻结。合理控制采样头位置与机身距离，确保采样气流不受机身影响。4.3.3大气颗粒物进样系统多台（套）大气颗粒物监测仪器共用一套多支路颗粒物进样系统，将舱外大气引入并进行在线测定或离线样品收集。4.3.4大气颗粒物航空机载测量系统用于测量大气颗粒物物理特性、化学特性及光学特性的推荐分析方法见表1。表1大气颗粒物航空测量系统推荐分析方法测量参数推荐分析方法颗粒物数浓度和粒径分布单颗粒散射强度测量法、颗粒物电迁移率方法颗粒物光学散射系数散射系数积分测量法非难熔亚微米颗粒物质量浓度电子轰击电离和质谱分析法黑碳颗粒物质量和数浓度激光白炽法颗粒物光学吸收系数颗粒物透光率测量法4.3.5控压和流量分流系统控压进样的作用是在不同飞行高度条件下保持仪器进气口压力恒定，实现不同高度下采集效率的一致性。流量分流是针对各仪器流量对气路合理分配降低颗粒物在管路中的损失。4.3.6标定校准系统标定校准系统用于能够对对大气颗粒物航空机载监测仪器进行标定和校准。4.3.7数据采集、存储和处理系统数据采集、存储和处理系统用于采集大气颗粒物航空机载监测系统测量得到的数据，能学兔兔－20235够按指令实现数据的本地存储和数据及相关信息的实时处理。5技术内容5.1大气观测作业飞机5.1.1固定翼飞机固定翼飞机符合MH/T1075-2020中4.3规定的相关内容和QX/T505-2019中5、6.1、7.1规定的相关内容。增压舱和非增压舱飞机的采样气路分别设计。对于增压舱，颗粒物采样管路连通外界大气，充分保证采样管路气密性对舱内压力无影响，机身可安装等速采样器和废气排出口。5.1.2网络通信模块网络通信模块满足以下技术内容：a)具备飞机内部、飞机和地面之间的文本、语音、图像、视频、数据文件等信息传输和交互功能；b)飞机能够向地面实时传输飞机定位、飞行姿态、气态污染物航空机载监测仪器测量数据和工作状态等信息；c)具备地面向飞机实时传输卫星、雷达图像、飞行航线规划以及天气模式产品等功能。5.1.3供电模块符合GB∕T30203-2013的规定。满足大气观测作业飞机满负荷搭载的所有仪器设备正常用电的需求，加装28V转110V和220V的逆变器，并配备UPS不间断电源，保证仪器不断电，并有冗余，供电性能符合以下内容：a)总功率：不