intTypePromotion=1

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị định hướng âm thanh xua đuổi chim trên sân bay

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

0
37
lượt xem
0
download

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị định hướng âm thanh xua đuổi chim trên sân bay

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xác định chỉ tiêu kỹ thuật của thiết bị, lựa chọn giải pháp công nghệ, thiết kế chế tạo thiết bị cho phép sử dụng hiệu ứng âm thanh để xua đuổi chim ra xa khu vực đường cất – hạ cánh trước và trong khi có hoạt động bay nhằm hạn chế va chạm giữa chim và máy bay. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị định hướng âm thanh xua đuổi chim trên sân bay

Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> Nghiªn cøu thiÕt kÕ, CHÕ T¹O THIÕT BÞ<br /> §ÞNH H¦íng ©m thanh xua ®uæi chim<br /> trªn s©n bay<br /> PHAN THÀNH CÔNG*, ĐOÀN THANH HIẾU**, NGUYỄN THANH LINH**<br /> Tóm tắt: Xác định chỉ tiêu kỹ thuật của thiết bị, lựa chọn giải pháp công nghệ,<br /> thiết kế chế tạo thiết bị cho phép sử dụng hiệu ứng âm thanh để xua đuổi chim ra<br /> xa khu vực đường cất – hạ cánh trước và trong khi có hoạt động bay nhằm hạn chế<br /> va chạm giữa chim và máy bay.<br /> Từ khóa: Hàng không, Âm thanh, Thiết bị định hướng sóng.<br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Hiện nay các loài chim đã trở thành tác nhân thực sự uy hiếp an toàn hàng không do<br /> số vụ va chạm của chúng với máy bay và mức độ nghiêm trọng của sự va chạm ngày càng<br /> tăng. Thống kê của Trung tâm An toàn thuộc Không quân Mỹ tại website www.af.mil cho<br /> thấy chỉ trong năm 2011 đã có hơn 4.000 vụ va chạm được ghi nhận giữa các loài chim và<br /> máy bay của Không quân, với mức thiệt hại hàng chục triệu USD. Va chạm xảy ra khi<br /> máy bay cất cánh - lấy độ cao chiếm tỷ lệ 35%, còn khi tiếp cận – hạ cánh là 50%. Hơn<br /> 90% các vụ va chạm xảy ra ở độ cao dưới 1.000 m và 61% ở độ cao dưới 30 m. Như vậy,<br /> có thể khẳng định rằng khu vực đường cất – hạ cánh (đường băng) của các sân bay chính<br /> là nơi xảy ra va chạm giữa máy bay và chim nhiều nhất.<br /> Để kiểm soát chim trên khu vực sân bay nhằm hạn chế va chạm có thể áp dụng các<br /> giải pháp chủ động hay thụ động, tính hiệu quả và chi phí của chúng tùy thuộc từng trường<br /> hợp cụ thể [1, 2]. Giải pháp kiểm soát chim thụ động (không tác động trực tiếp lên chim)<br /> về bản chất mang tính lâu dài, chúng liên quan đến việc quản lý môi trường sinh thái (đặc<br /> biệt là nguồn thức ăn, nước và nơi cư trú) trên địa bàn sân bay nhằm loại bỏ hay giảm<br /> thiểu các điều kiện thu hút sự hiện diện của chim trong khu vực này. Để thực hiện điều này<br /> đòi hỏi nhiều chi phí cả về thời gian, công sức và tiền của, ngoài ra không thể loại bỏ hết<br /> chim trên một khu vực nhất định. Kiểm soát chim chủ động bao gồm các giải pháp sử<br /> dụng các tác nhân vật lý, hóa học, thậm chí cả súng – đạn, để xua đuổi chim khỏi khu vực<br /> cần bảo vệ trong một thời hạn nhất định. Trong số các giải pháp kiểm soát chim chủ động<br /> việc sử dụng hiệu ứng âm thanh được xem là có hiệu quả cao và chi phí thấp, vấn đề cần<br /> giải quyết là phải xây đựng được hệ thống thiết bị để thực thi giải pháp này trong thực tế.<br /> <br /> 2. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH HƯỚNG ÂM THANH<br /> Sử dụng hiệu ứng âm thanh xua đuổi chim dựa trên phản xạ giật mình, hoảng loạn và<br /> bỏ chạy (bay thoát ra xa) của các loài chim khi nghe thấy: tiếng kêu của chim bị nạn, tiếng<br /> kêu của chim ăn thịt (chim săn mồi), tiếng nổ, tiếng cảnh báo điện tử có cường độ lớn …<br /> Để thực thi giải pháp này trong thực tế, trước tiên cần khảo sát chủng loại và số lượng các<br /> loài chim thường hiện diện trên khu vực sân bay nhằm xây dựng phần thư viện « âm thanh<br /> sinh học » bao gồm: tiếng báo động, tiếng kêu cứu của chúng và tiếng kêu của chim săn<br /> mồi. Tiếng báo động là tiếng kêu của chim khi phát hiện ra sự nguy hiểm, còn tiếng kêu<br /> cứu là tiếng kêu của chim khi bị bắt, bị giam cầm hay bị thương. Tiếp theo, thư viện âm<br /> thanh này được bổ sung các loại tiếng nổ và tiếng cảnh báo điện tử với âm điệu và nhịp<br /> điệu khác nhau, có tác dụng đe dọa chim, đồng thời làm chim khó có thể thích nghi (quen)<br /> với chúng.<br /> Để có thể gây sự chú ý và phản ứng của chim, âm thanh tác động cần có áp lực đủ<br /> lớn, vào khoảng (60  70) dB (tương đương tiếng động của xe khách chạy với tốc độ 80<br /> <br /> <br /> 168 P. T. Công, Đ. T. Hiếu, N. T. Linh, “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo … trên sân bay.”<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> km/h ở khoảng cách 15 m). Đường băng trên sân bay rất dài và rộng, do vậy để kiểm soát<br /> chim bằng âm thanh cần bố trí một mạng lưới các loa phóng thanh (hay thiết bị gây tiếng<br /> động) cố định, nhằm đảm bảo áp lực yêu cầu của âm thanh tác động lên chim tại bất kỳ vị<br /> trí nào trên khu vực cần bảo vệ. Tuy nhiên, căn cứ vào kết quả khảo sát hiện trạng chim<br /> trên các sân bay và các vụ va chạm giữa chim và máy bay đã xảy ra, có thể thay thế việc<br /> triển khai mạng các thiết bị phát âm thanh cố định bằng cách sử dụng một vài thiết bị phát<br /> định hướng âm thanh cơ động, có khả năng tạo ra áp lực âm thanh lớn ở cự ly xa và<br /> quét búp sóng âm trong không gian, nhằm tăng tính linh hoạt trong kiểm soát chim và<br /> giảm chi phí. Máy bay thường bị va chạm bởi chim đang đậu nghỉ ngơi, kiếm mồi, uống<br /> nước … ở trên hoặc hai bên rìa đường băng giật mình bay lên khi có máy bay lướt qua.<br /> Ngoài ra, còn có thể do đàn chim di chuyển bay ngang đường băng khi máy bay cất, hạ<br /> cánh. Nhằm đảm bảo an toàn bay, cần xua đuổi chim ra càng xa đường băng (cả hai bên)<br /> càng tốt. Căn cứ vào địa hình thực tế và đặc điểm của các loài chim thường có trên các sân<br /> bay đã khảo sát, khu vực cần tập trung xua đuổi chim là dải rộng 200m ở hai bên đường<br /> băng. Theo quy luật truyền sóng âm trong không khí, để đạt được áp lực âm 60 dB ở<br /> khoảng cách 200 m thiết bị định hướng âm thanh phải tạo ra áp lực âm không nhỏ hơn 115<br /> dB ở khoảng cách tiêu chuẩn 1 m.<br /> Búp sóng âm càng hẹp cho phép tạo ra (hội tụ) áp lực âm càng lớn, tức là khả năng đe<br /> dọa chim càng cao. Đương nhiên lúc này cần phải cơ động (hay quét) búp sóng âm bám<br /> theo chim (đàn chim) khi chúng di chuyển để có thể thực sự xua đuổi được chúng. Mặt<br /> khác, búp sóng âm cần đủ rộng (cả trong mặt phẳng ngang và mặt phẳng đứng) sao cho<br /> đàn chim di chuyển khi bị tác động của âm thanh vẫn không thể thoát ra ngoài vùng phủ<br /> sóng. Đây chính là điều kiện để chúng có thể nhận ra rằng an toàn nhất là bay xa ra khỏi<br /> nguồn âm chứ không phải bay sang phải, sang trái, hay lại gần. Căn cứ vào các lập luận<br /> trên độ rộng của búp sóng âm được chọn là 400, hay nói cách khác, độ rộng vùng phủ sóng<br /> âm là 73 m ở cự ly 100 m.<br /> Thông thường để tạo ra âm thanh định hướng có những giải pháp sau [3, 4, 5]: 1) Sử<br /> dụng vòm phản xạ để hội tụ âm thanh từ loa phát xạ theo một hướng nhất định; 2) Điều<br /> chế tín hiệu âm thanh (nghe được) lên sóng mang siêu âm rồi truyền tín hiệu được điều<br /> chế tới thiết bị phát siêu âm dạng đặc biệt để tạo thành mảng tham số (parametric array)<br /> trong không gian, nhờ vậy sóng âm thanh nghe được được truyền đi theo chùm tia hẹp<br /> (các loa dạng này thường được gọi là loa tham số - parametric loudspeaker, hay loa siêu<br /> âm – ultrasonic loudspeaker); 3) Sử dụng mảng loa thông thường, biên độ và pha của tín<br /> hiệu âm thanh cấp cho từng loa điều chỉnh được, để hội tụ sóng âm thành chùm tia hẹp<br /> (búp) trong không gian. Kết quả so sánh các giải pháp tạo âm thanh định hướng trên một<br /> số chỉ tiêu chính được chỉ ra trên bảng 1.<br /> Bảng 1. So sánh các giải pháp tạo âm thanh định hướng.<br /> Tính định Kích Trọng Lắp Giá Đánh giá<br /> hướng thước lượng đặt và thành tổng<br /> bảo trì quát<br /> Loa thông Kém Nhỏ Nhẹ Dễ Rẻ Kém<br /> thường<br /> Loa có màn phản Tương đối Lớn Nặng Khó Đắt Tương<br /> xạ tốt đối tốt<br /> Loa tham số Rất tốt Trung Trung Khó Đắt Tốt<br /> bình bình<br /> Mảng loa thông Tốt Lớn Nhẹ Dễ Rẻ Tốt<br /> thường<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 35, 02 - 2015 169<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> Thiết bị định hướng âm thanh để xua đuổi chim cần phải tạo ra chùm âm thanh hẹp<br /> và có áp lực lớn. Nó cũng cần phải đủ gọn và nhẹ để có thể cơ động trên đường băng. Hơn<br /> nữa, thiết bị này phải đáp ứng yêu cầu giá thành rẻ và dễ vận hành, bảo trì. Từ kết quả so<br /> sánh trong Bảng 1, giải pháp mảng loa thông thường sẽ được chọn để chế tạo thiết bị định<br /> hướng âm thanh.<br /> 3. KẾT QUẢ<br /> Hiện tại đã hoàn tất việc chế thử hai mẫu thiết bị định hướng âm thanh dạng mảng loa<br /> phẳng hình chữ nhật (hình 1) và hình tròn (hình 2), các thiết bị đang được bàn giao cho<br /> đơn vị áp dụng thử tại sân bay Biên Hòa.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Thử nghiệm thiết bị Mảng Hình 2. Đo kiểm tra tham loa<br /> trên sân bay Biên Hòa. hình chữ nhật số kỹ thuật của thiết bị. là<br /> dạng mảng điển hình bao gồm 5X5 loa phẳng đường kính 5’’, công suất 25W. Các loa<br /> được cấp tín hiệu song song, ngoài ra còn có cơ cấu điều chỉnh biên độ để có thể thiết lập<br /> phân bố biên độ của tín hiệu âm thanh trên các loa của một hàng (hay cột) theo quy luật<br /> Dolph – Chebyshev nhằm làm giảm các búp sóng phụ (side-lobe) trong giản đồ hướng của<br /> mảng loa. Thiết bị có thể cơ động nhờ xe đẩy hoặc gắn trên xe ô tô. Ngoài ra, để xem xét<br /> khả năng giảm nhỏ kích thước của thiết bị, một cấu hình khác (biến thể) cũng được thử<br /> nghiệm: mảng loa phẳng hình tròn hình thành từ 4 mảng tuyến tính 5 loa được xếp chồng<br /> đồng tâm theo các góc xoay khác nhau, có bổ sung thêm các loa trên vành ngoài cùng để<br /> tạo thành đường tròn liền lạc (hình 2).<br /> Kết quả thử nghiệm và đo kiểm tra cho thấy các thông số kỹ thuật của thiết bị đáp<br /> ứng chỉ tiêu yêu cầu : áp lực âm thanh tại khoảng cách 1m ≥ 115 dB, độ rộng búp sóng âm<br /> trong mặt phẳng ngang là 400, đuổi được chim (cá thể hoặc theo đàn) ra xa khu vực bảo vệ<br /> hơn 200 m theo hướng yêu cầu, có thể hoạt động liên tục hơn 2 giờ từ nguồn accu.<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Thực tế cho thấy không có giải pháp nào là duy nhất để kiểm soát chim. Cải tạo “môi<br /> trường sống” là nền tảng của mọi chương trình kiểm soát chim bởi nó là giải pháp dựa trên<br /> cơ sở sinh thái và có ý nghĩa lâu dài trong việc làm giảm mật độ chim trên sân bay. Bên<br /> cạnh đó, các giải pháp xua đuổi chim chủ động vẫn có tính thời sự chính là do kiểm soát<br /> và cải tạo môi trường không thể triển khai một cách toàn diện trong thời gian ngắn và đây<br /> là một công việc thực sự tốn kém.<br /> Cùng với việc thực thi các khuyến cáo của Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế<br /> (ICAO) và quy định của Cơ quan An toàn Bay Không quân về quản lý môi trường sinh<br /> thái trên sân bay theo khả năng thực tế, kết quả thử nghiệm thiết bị định hướng âm thanh<br /> để xua đuổi chim ra khỏi khu vực đường băng trước và trong khi có hoạt động bay đã cho<br /> thấy đây là một giải pháp thực sự hữu ích trong việc nâng cao hiệu quả và tiết kiệm chi phí<br /> cho chương trình tổng thể kiểm soát chim trên sân bay.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 170 P. T. Công, Đ. T. Hiếu, N. T. Linh, “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo … trên sân bay.”<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. “Airport Services Manual – Part 3 – Bird Control and Reduction”, ICAO Doc 9137-<br /> AN/901, 2011.<br /> [2]. “Bird/Wildlife Aircraft Strike Hazard (BASH) Management Techniques”, USAF<br /> Pamphlet 91-212, 1 February 2004.<br /> [3]. Woon-Seng Gan, Ee-Leng Tan, and Sen M. Kuo, “Audio projection - Directional<br /> sound and its application in immersive communication”, IEEE SIGNAL<br /> PROCESSING MAGAZINE, JANUARY 2011, pp. 43-57.<br /> [4]. Gridsada Phanomchoeng, Rajesh Rajamani, John Hourdos, “Directional Sound for<br /> Long Distance Auditory Warnings from a Highway Construction Work Zone”, Final<br /> Report, University of Minnesota, December 2008.<br /> [5]. A. D. Waite, “Sonar for Practising Engineers”, Third Edition, John Wiley & Sons<br /> Ltd, 2002.<br /> <br /> ABSTRACT<br /> DESIGN AND PRODUCTION OF THE DIRECTED ACOUSTIC BEAM DEVICE<br /> FOR BIRD SCARE AT THE AIRPORTS<br /> <br /> In order to reduce bird aircraft strike hazard, the technical specifications<br /> and the currently available scientific technologies are discussed and defined to<br /> build a directed acoustic beam device for bird scare off the runway.<br /> Key words: Airline, Acousstic , Sound directional generator.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> NhËn bµi ngµy 22 th¸ng 10 n¨m 2014<br /> Hoµn thiÖn ngµy 12 th¸ng 01 n¨m 2015<br /> ChÊp nhËn ®¨ng ngµy 10 th¸ng 02 n¨m 2015<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Địa chỉ : * Cơ quan Đại diện phía Nam/Viện KH-CN Quân sự;<br /> ** Viện Công nghệ thông tin/Viện KH-CN Quân sự.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 35, 02 - 2015 171<br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2