一种垂直发射制导消防弹的灭火系统的制作方法

本实用新型涉及消防灭火技术领域，尤其涉及一种垂直发射制导消防弹的灭火系统。

背景技术：

火灾是现代城市面临的主要灾害之一，随着现代建筑越建越高、越建越密集，火灾的危害性也越来越大。近年来我国发生火灾的比例明显增多，高层建筑火灾事故死伤人数、经济损失均呈现明显上升趋势。高层楼宇，特别是100m以上的高楼的消防灭火一直是非常棘手的问题。由于高度和压力限制，消防云梯灭火系统很难达到100m以上的高度。另一方面，我国消防直升机保有量有限且费用高昂，空中灭火又很难实现。因此社会公众对发展高层建筑消防技术提出了迫切需求。

现有专利文献CN205652362U、CN107388891A、CN106267637A以及CN107297040A分别公开了无人机及灭火弹发射系统、机载灭火弹发射装置、机载灭火弹以及机载灭火弹的垂直投放装置，构成了以无人机为载具，搭载火箭灭火弹对高层楼宇实施灭火的方案。其中，无人机搭载火箭灭火弹的问题：1、多旋翼无人机的载重能力有限，续航时间不足。因此使用多旋翼无人机搭载的火箭灭火弹的数量不多，灭火作业时间短。2、火箭灭火弹无制导。命中精度受到发射时无人机姿态、飞行速度和目标距离等弹道诸元等影响。在没有弹道计算机和发射管姿态控制的情况下，完全由地面操作人员控制发射，命中精度无法保证。3、地面遥控操作需要操作人员具有丰富的无人机驾驶经验，不利于大规模普及使用。4、火箭灭火弹在爆破时弹身破片会造成二次伤害。

此外，现有专利CN102785778B公开了一种管式发射灭火无人机及灭火控制方法。该方案依托成熟的管式发射巡飞弹技术，将武器战斗部改为灭火剂，使用自主寻的或电视遥控制导的方式飞向目标，投放灭火剂完成灭火任务。巡飞灭火弹的问题：1、结构复杂、成本高昂。巡飞弹由可折叠翼面、弹身、可折叠尾翼、推进器、寻的制导系统等构成，折叠部件多，伺服动作机构多，结构复杂。巡飞灭火弹生产工艺和加工成本与武器级巡飞弹区别不大。单一枚灭火弹的成本高昂，使大量使用受到限制。2、固定翼飞行方式限制使用场所。巡飞弹是以固定翼方式飞行的，在高楼林立的商业区楼宇之间的距离狭窄，巡飞灭火弹要垂直建筑物立面进入着火点，其飞行航迹需要特别规划、制导方式需要改进，机动性的需要提高。3、采用电视遥控制导的方式飞向目标，需要地面遥控人员具有丰富的飞行经验。4、由于火焰温度高，在着火点附近形成强烈对流，加之高空风强烈，较大的气动面积会受到气流严重扰动，使得巡飞灭火弹在接近着火点的瞬间突然偏离目标。

因此，总体而言，现有技术普遍存在投放灭火剂精度低、可操作性和经济性差，自动化程度低，离实际使用距离甚远等问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种垂直发射制导消防弹的灭火系统，该垂直发射制导消防弹的灭火系统包括贮存及垂直发射装置、制导消防弹、制导通信链路，

以及用于瞄准起火点，计算起火点坐标，并通过所述制导通信链路向所述制导消防弹发送起火点坐标，同时向所述制导消防弹和贮存及垂直发射装置发送发射指令，从而控制制导消防弹飞向起火点的目标锁定及地面控制站；

其中，所述制导消防弹贮存在所述贮存及垂直发射装置中，且所述制导消防弹和所述贮存及垂直发射装置分别通过所述制导通信链路与所述目标锁定及地面控制站无线通信。

进一步地，所述目标锁定及地面控制站为便携式装置，其包括观瞄器、测距仪、定位单元以及地面控制站；

其中，所述定位单元采用GPS/惯导定位，所述地面控制站为手持终端，所述测距仪和所述定位单元通过数据总线通信连接，所述定位单元和所述地面控制站通过数据总线通信连接。

进一步地，所述观瞄器由光学望远镜和可见光或红外传感器构成。

进一步地，所述制导通信链路由无线通信链路和中继网络组成。

进一步地，所述制导消防弹包括撞击角、电动机、旋翼、灭火药柱、控制舱以及方向舵；

其中，所述灭火药柱内储存有灭火剂，所述旋翼的叶片数量不少于两片，所述方向舵的叶片数量不少于三片；

所述电动机和所述控制舱分别固定在所述灭火药柱的两端，所述旋翼通过弹性铰链与所述电动机连接且所述旋翼的叶片环绕所述电动机均匀分布；所述撞击角设置在所述电动机的顶端；所述方向舵通过弹性铰链连接在所述控制舱的尾部且所述方向舵的叶片环绕所述控制舱均匀分布。

进一步地，所述制导消防弹还包括降落伞；

所述控制舱的尾部设置有容纳仓，所述降落伞被收纳在所述容纳仓内。

进一步地，所述撞击角包括帽状壳体以及镶嵌在所述帽状壳体顶端的破坏尖端；

其中，所述帽状壳体采用碳纤维复合材料或碳碳复合材料制成，所述破坏尖端采用不锈钢、人工金刚石、碳化硅以及陶瓷中的任意一种材料制成。

进一步地，所述旋翼采用单旋翼结构或共轴反转双旋翼结构。

进一步地，所述贮存及垂直发射装置包括单个或并联的多个管状贮存发射器；

所述管状贮存发射器的顶端设置有顶部密封盖板，所述管状贮存发射器的上部设置有用于向贮存在其内部的制导消防弹充电的电源管理器，下部设置有用于检测所述制导消防弹各部件工作状态的消防弹健康检测器；

所述管状贮存发射器底部设置有用于向上推动所述制导消防弹的顶杆机构，所述顶杆机构位于所述管状贮存发射器的内部，并与作动器传动连接。

本实用新型相对于现有技术具有以下优点：

1、自动化程度高，人员介入少，操作人员培训简单；通过目标锁定及地面控制站即可锁定起火点并自动计算起火点坐标；发出发射指令后，制导消防弹可依据起火点坐标自主飞向起火点完成灭火任务；

2、低成本；本实用新型的灭火系统中除制导消防弹外，其他高成本设备均可多次重复使用。并且使用模块化设计、电机驱动及降落伞回收等措施降低了制导消防弹的成本。最终使系统的整体使用成本降低。

3、垂直发射，可以满足狭小空间使用要求；本实用新型的灭火系统可以由单人携带进入狭小空间，从而可以在高层楼宇稠密，楼间距小的商业区内使用，进而提高了该灭火系统的适用性。

4、集束群体发射，投送量大，灭火剂喷洒时间集中，灭火力强；该灭火系统的贮存及垂直发射装置可以由并联的多个管状贮存发射器组成，并采用集束车辆搭载，从而可以一次发射多枚制导消防弹，进而增强灭火能力。

5、制导消防弹采用管状贮存发射器运输，具有高安全性和高可靠性；贮存及垂直发射装置采用模块化设计，即可单兵单只携带，也可以集束车辆搭载，也可以采用固定点布置。且制导消防弹贮存在管状贮存发射器中时，管状贮存发射器可以对所贮存的制导消防弹进行充电以及工作状态检测，从而保证其中的制导消防弹可以随时使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的垂直发射制导消防弹的灭火系统的结构框图；

图2为旋翼和方向舵分别展开时的制导消防弹的结构示意图；

图3为旋翼和方向舵分别收拢时的制导消防弹的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的制导消防弹的撞击角的结构示意图；

图5为制导消防弹贮存在管状贮存发射器中的示意图；

图6为制导消防弹被部分推出管状贮存发射器的示意图；

图7为利用本实用新型实施例提供的采用垂直发射制导消防弹的灭火系统进行灭火的操作流程图。

附图标记说明：

100：垂直发射制导消防弹的灭火系统，200：目标锁定及地面控制站，

300：制导消防弹，400：制导通信链路，500：贮存及垂直发射装置，

1：撞击角，2：电动机，3：旋翼，4：灭火药柱，5：控制舱，6：方向舵，

7：降落伞，11：帽状壳体，12：破坏尖端，201：观瞄器，202：测距仪，

203：定位单元，204：地面控制站，401：无线通信链路，402：中继网络，

501：管状贮存发射器，502：顶部密封盖板，503：电源管理器，

504：消防弹健康检测器，505：作动器，506：顶杆机构。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，图1示出了本实施例中的垂直发射制导消防弹的灭火系统100的结构框图，该垂直发射制导消防弹的灭火系统100包括：目标锁定及地面控制站200、制导消防弹300、制导通信链路400以及贮存及垂直发射装置500；

其中，上述制导通信链路400由无线通信链路401和中继网络402组成；用以实现上述各设备之间的无线通信；上述制导消防弹300贮存在上述贮存及垂直发射装置500中，且制导消防弹300和贮存及垂直发射装置500分别通过上述制导通信链路400与上述目标锁定及地面控制站200无线通信；通过上述制导通信链路400，目标锁定及地面控制站200可以直接或远程控制制导消防弹300发射，并引导其飞向高楼着火点。

上述目标锁定及地面控制站200用于瞄准起火点，计算起火点的坐标，并通过制导通信链路400向制导消防弹300发送起火点坐标，同时向制导消防弹300以及贮存及垂直发射装置500发送发射指令，贮存及垂直发射装置500接收到发射指令后将制导消防弹300部分推出，制导消防弹300接收到起火点坐标和发射指令后依据所接收到的起火点坐标自动飞向起火点，完成灭火作业。

上述垂直发射制导消防弹的灭火系统100的工作原理为：

消防员使用目标锁定及地面控制站200瞄准高层楼宇起火点，通过解算得到起火点坐标，并将起火点坐标和发射指令通过制导通信链路400发送给制导消防弹300。制导消防弹300被预先存储在贮存及垂直发射装置500中，当接收到发射指令后，制导消防弹300被部分推出贮存及垂直发射装置500，此时制导消防弹300的旋翼展开并旋转；制导消防弹300垂直起飞并爬升到一定高度后，自动改为水平飞行并全速冲向起火点；如果制导消防弹300命中起火点，则喷洒灭火剂完成灭火任务；如果制导消防弹300没有命中起火点，则制导消防弹300的降落伞打开，此时可以对制导消防弹300进行回收利用，节省成本。

进一步地，本实施例中的目标锁定及地面控制站200为便携式装置，其具有体积小重量轻的特点，因此消防员可以随身携带；具体地，该目标锁定及地面控制站200包括观瞄器201、测距仪202、定位单元203以及地面控制站204；其中，上述测距仪202和定位单元203通过数据总线通信连接，定位单元203和地面控制站204通过数据总线通信连接。

定位单元204采用GPS/惯导定位，当然也可以采用其他定位方式，对此，本实施例不做限定；地面控制站204为手持终端，消防员可以通过操作该地面控制站204控制垂直发射制导消防弹的灭火系统100的所有功能。上述观瞄器201由光学望远镜和可见光或红外传感器构成，消防员可以通过该观瞄器201瞄准起火点，通过测距仪202和定位单元203计算出起火点坐标，并将起火点坐标通过数据总线发送给地面控制站204，利用地面控制站204以无线通信的方式将起火点坐标和发射指令发送给制导消防弹300。

进一步地，关于本实施例中的制导消防弹300的结构，请参阅图2、图3及图4；本实施例中的制导消防弹300包括撞击角1、电动机2、旋翼3、灭火药柱4、控制舱5以及方向舵6；

其中，上述灭火药柱4内储存有灭火剂；上述电动机2和控制舱5分别固定在灭火药柱4的两端，旋翼3的叶片数量不少于两片，其通过弹性铰链与电动机2连接且旋翼3的叶片环绕电动机2均匀分布；该旋翼3可以采用单旋翼结构，也可以采用共轴反转双旋翼结构，对此，本实施例不做限定。上述方向舵6的叶片数量不少于三片，其通过弹性铰链连接在控制舱5的尾部且其叶片环绕控制舱5均匀分布。

上述旋翼3和方向舵6的位置需要根据灭火药柱4和电动机2的具体重量来设计，以满足气动稳定性。电动机2带动旋翼3旋转来为制导消防弹300提供升力和推进力，方向舵6控制制导消防弹300的飞行姿态和飞行轨迹。并且本实施例中的制导消防弹300还可以包括与电动机2电连接的转速控制器以及能量储存装置，该转速控制器用于控制电动机的转速，该能量储存装置用于为电动机提供电能。

上述旋翼3和方向舵6均可沿制导消防弹300的弹体方向折叠。使用时，旋翼3和方向舵6展开，如图2所示；不使用时，旋翼3和方向舵6朝向制导消防弹300的弹体方向折叠，从而收拢起来，如图3所示；当旋翼2和方向舵6折叠时可以将该制导消防弹300贮存在管状容器内，从而便于其贮存运输以及垂直发射。

上述灭火药柱4采用市场上可以直接采购的柱状灭火弹即可，其内所含灭火剂成分可以是经过消防部门认证的任何灭火剂，包括但不限于干粉灭火剂、泡沫灭火剂、液体灭火剂等。由于直接使用柱状灭火弹自身的外壳作为制导消防弹300的承力结构，连接电机2和控制舱5，不用加工专用弹身，从而可降低加工费用，并且减少了灭火弹爆破时弹身破片所造成的二次伤害。

上述控制舱5用于接收目标锁定及地面控制站200广播的起火点坐标和发射指令，并依据接收到的起火点坐标和发射指令，通过控制旋翼3旋转，控制制导消防弹300飞向起火点；并在制导消防弹300飞行的过程中，通过改变方向舵6的偏转角，控制制导消防弹300的飞行姿态和飞行轨迹。由于在本实施例中获取起火点坐标的功能由目标锁定及地面控制站200实现，因此控制舱5内不需要配置高成本导引头，从而大幅度降低了制导消防弹300的生产成本。

上述撞击角1设置在电动机2的顶端，其包括重量轻且由高强度材料制成的帽状壳体11以及镶嵌在帽状壳体11顶端的由高硬度材料制成的破坏尖端12，如图4所示；其中，帽状壳体11的制造材料包括但不限于碳纤维复合材料、碳碳复合材料；破坏尖端12的制造材料包括但不限于不锈钢、人工金刚石、碳化硅以及陶瓷。与以往全金属结构的撞击角相比，本实施例中的由帽状壳体11和破坏尖端12构成的撞击角1可以在不降低穿透障碍物能力的前提下，大幅度降低结构重量，并降低加工成本。

此外，上述制导消防弹300还包括降落伞7；上述控制舱5的尾部设置有容纳仓，该降落伞7被收纳在该容纳仓内。该降落伞7由控制舱5控制，当制导消防弹300未命中着火点或者失效时，控制舱5控制降落伞7弹出，用于制导消防弹300的回收。回收后的制导消防弹300经过修理后可以再次使用。

进一步地，上述贮存及垂直发射装置500采用模块化设计，其包括单个或并联的多个管状贮存发射器501；关于该管状贮存发射器501的结构请参阅图5和图6，具体地，该管状贮存发射器501的顶端设置有顶部密封盖板502，并且该管状贮存发射器501的上部设置有电源管理器503，下部设置有消防弹健康检测器504。

该电源管理器503用于为贮存在管状贮存发射器501中的制导消防弹300充电，从而确保制导消防弹300有充足的电量可以随时发射。该消防弹健康检测器504用于实时监测贮存在管状贮存发射器501中的制导消防弹300的各部件的工作状态。当制导消防弹300发生异常时，该消防弹健康检测器504会发出报警，从而便于对长期贮存的制导消防弹300进行维护保养。

上述贮存及垂直发射装置500便于制导消防弹300的整体贮存、运输和使用。单个管状贮存发射器501可以由消防员携带，从而便于进入狭小的作业环境。多个管状贮存发射器501并联后可以使用机动车辆运输，从而可以使得制导消防弹300的投送量更大，投送时间更集中，灭火力更强。

此外，上述管状贮存发射器501底部还设置有用于向上推动制导消防弹300的顶杆机构506，顶杆机构506位于管状贮存发射器501的内部，并与作动器505传动连接。在制导消防弹300不使用时，可以将其旋翼3和方向舵6折叠后，将其贮存在管状贮存发射器501中，如图5所示；管状贮存发射器501可以为制导消防弹300提供良好稳定的贮存环境，提高制导消防弹300寿命和可靠性。

发射制导消防弹300时，管状贮存发射器501底部的顶杆机构506在作动器505驱动下将制导消防弹300部分弹体推出，制导消防弹300的撞击角1将管状贮存发射器501的顶部密封盖板502推开，此时，制导消防弹300的旋翼3在弹性铰链作用下自动展开，如图6所示。而后，当制导消防弹300接收到目标锁定及地面控制站200广播的起火点坐标和发射指令后，其旋翼3开始旋转，制导消防弹300依靠自身动力脱离管状贮存发射器501，并且在制导消防弹300脱离管状贮存发射器501的瞬间，方向舵6在弹性铰链作用下自动展开，从而控制制导消防弹300飞向起火点。

当多个管状贮存发射器501并联发射时，制导消防弹300依次逐个按上述发射方式发射，以避免相互干扰。本实用新型公开的这种管式发射方式不需要外界提供高压气体，也不需要使用助推炸药，因此具有更高的可靠性和安全性。

相应地，请参阅图7，采用本实施例的垂直发射制导消防弹的灭火系统进行灭火时，其操作流程如下：

S101、通过目标锁定及地面控制站锁定起火点；

S102、通过目标锁定及地面控制站计算起火点坐标；

S103、通过目标锁定及地面控制站向制导消防弹发送起火点坐标，同时向制导消防弹和贮存及垂直发射装置发送发射指令；

S104、制导消防弹接收到起火点坐标和发射指令后依次从贮存及垂直发射装置中起飞并飞向起火点；

S105、判断制导消防弹是否命中起火点，当制导消防弹命中起火点时执行S106；当制导消防弹未命中起火点时，执行S107；

S106、制导消防弹布撒灭火剂；

S107、制导消防弹的降落伞打开，对制导消防弹进行回收。

本实用新型相对于现有技术具有以下优点：

1、自动化程度高，人员介入少，操作人员培训简单；通过目标锁定及地面控制站即可锁定起火点并自动计算起火点坐标；发出发射指令后，制导消防弹可依据起火点坐标自主飞向起火点完成灭火任务；

2、低成本；本实用新型的灭火系统中除制导消防弹外，其他高成本设备均可多次重复使用。并且使用模块化设计、电机驱动及降落伞回收等措施降低了制导消防弹的成本。最终使系统的整体使用成本降低。

3、垂直发射，可以满足狭小空间使用要求；本实用新型的灭火系统可以由单人携带进入狭小空间，从而可以在高层楼宇稠密，楼间距小的商业区内使用，进而提高了该灭火系统的适用性。

4、集束群体发射，投送量大，灭火剂喷洒时间集中，灭火力强；该灭火系统的贮存及垂直发射装置可以由并联的多个管状贮存发射器组成，并采用集束车辆搭载，从而可以一次发射多枚制导消防弹，进而增强灭火能力。

5、制导消防弹采用管状贮存发射器运输，具有高安全性和高可靠性；贮存及垂直发射装置采用模块化设计，即可单兵单只携带，也可以集束车辆搭载，也可以采用固定点布置。且制导消防弹贮存在管状贮存发射器中时，管状贮存发射器可以对所贮存的制导消防弹进行充电以及工作状态检测，从而保证其中的制导消防弹可以随时使用。

需要说明的是，本实用新型实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。