一种基于无人机的消防装置的制作方法

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种基于无人机的消防装置。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“uav”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。

基于无人机的诸多优点，利用无人机进行物资的定点空投也逐渐得到发展利用，然而，目前用于无人机进行火灾救援的消防装置功能单一，灭火效果不理想，不利于推动无人机在灭火救灾领域的运用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于无人机的消防装置，使无人机能够同时通过洒水和投放灭火弹进行灭火操作，提高灭火的效果，减少灭火人员过程的人员投入，降低灭火过程造成的伤亡。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种基于无人机的消防装置，包括水箱、增压泵、plc控制柜、电磁阀和用于给增压泵、plc控制柜、电磁阀供电的电源箱，增压泵、plc控制柜和电源箱均安装在水箱的外顶面，电磁阀和增压泵分别与plc控制柜电连接，增压泵的进水口通过管道与电磁阀的出水口连通，电磁阀的进水口通过管道与水箱连通，增压泵的出水口通过管道连接有多个高压喷头，多个高压喷头安装于水箱外底面上，水箱外顶面设有加水口和连接座，连接座位于水箱的四个角落处，水箱内倾斜设置有四根灭火弹投掷筒，水箱的四个侧面上设置有装弹口，水箱的底面设置有四个投弹口，四根灭火弹投掷筒的一端分别与四个装弹口连接，另一端分别与四个投弹口连接，四个装弹口上设有可拆卸的封存上盖，四个投弹口分别处通过扭簧铰接有封存下盖，当扭簧处于自由状态时，封存下盖盖阖在投弹口上，封存下盖上安装有电磁锁，四个投弹口上安装有能与电磁锁磁性吸合的铁块，电磁锁分别与电源箱和plc控制柜电连接。

进一步，水箱外底面的中部设置有支撑框，四个投弹口位于支撑框内，支撑框高度大于投弹口和高压喷头的高度，支撑框四个外侧壁的中部分别设置有加强板。

进一步，高压喷头共设置九个，九个高压喷头分别安装在水箱外底面的四个角落处、水箱外底面的中部，以及支撑框内侧的四个角落处。

进一步，高压喷头的高度大于投弹口的高度。

进一步，灭火弹投掷筒由网状外层、防水中间层和缓冲内层构成，防水中间层贯穿在网状外层内、并与网状外层过盈配合，缓冲内层粘接在防水中间层内。

进一步，封存上盖采用螺纹连接的方式与装弹口连接。

进一步，封存下盖的内侧面上固定连接有缓冲弹簧。

进一步，网状外层采用不锈钢加工而成，防水中间层采用铝合金加工而成，缓冲内层采用硅胶材质，防水中间层表面形成有自润滑膜层，自润滑膜层含有碳纳米管、纳米聚四氟乙烯和al203，自润滑膜层的厚度为42～50μm，自润滑膜层的静态接触角为159.7°。不锈钢网状外层能够起到支撑的作用，且网状能够使防水中间层与水接触，增大灭火弹投掷筒与水的接触面积，降低灭火弹的温度；铝合金防水中间层支撑强度大，重量轻，能够降低装置的整体重量，在其表面形成自润滑膜层，疏水性极强，氧化腐蚀弱，能够有效延长其使用寿命；硅胶材质缓冲、隔热效果好，耐磨耐用，能够良好的保护灭火弹性能。

进一步，铝合金防水中间层的加工方法如下：

s1、将铝合金防水中间层浸入摩尔比为4:1的naoh和na3po4混合溶液中5～10min，侵泡结束后，先用去离子水冲铝合金防水中间层3～5min，再用乙醇溶液冲洗5～10min后干燥备用；

s2、将s1处理的铝合金防水中间层浸入100～120℃的抛光液中抛光10s，然后用去离子水反复冲洗铝合金防水中间层，其中抛光液包括400～500g/l的naoh、150～180g/l的nano2、30～40g/l的naf、20～30g/l的na3po4；

s3、将s2处理的铝合金防水中间层浸入混合酸电解液中，于120v的电压下室温高压复合阳极氧化1～2h，然后用去离子水反复冲洗，干燥，得到表面覆有al203/聚四氟乙烯复合氧化膜的铝合金防水中间层，其中混合酸电解液包括3ml/l的磷酸、2g/l的草酸、1g/l的钨酸钠、1.5g/l的丙二醇丁醚和1.0～1.5ml/l的20％聚四氟乙烯乳液；

s4、将s3得到的表面覆有al203/聚四氟乙烯复合氧化膜的铝合金防水中间层浸入去离子水中，然后利用纳秒激光器进行激光钻孔，其中激光的脉宽为10ns，波长为1064nm，功率为6～10w，重复频率为20khz，铝合金防水中间层距离水面的高度为15～30mm，加工完成后用去离子水冲洗干净后干燥备用；

s5、取碳纳米管加入10体积的浓度为2.6mol/l的硝酸溶液中，与40℃下汇流24h，冷却后离心分离，用去离子水洗涤至中性后过滤、干燥，得到纯化的碳纳米管，然后取纯化的碳纳米管，依次加入10倍体积的浓硝酸和30倍体积的浓硫酸，超声波分散5h后离心分离，然后用去离子水洗涤至中性，干燥，得到改性碳纳米管；改性碳纳米管的表面带上了羧基及羟基基团，使碳纳米管与al203及聚四氟乙烯间的相互作用增强，且碳纳米管表面酸根离子的离解使碳管间的相互排斥作用增强，相互缠绕程度明显减弱，使碳管的分散性能显著提高，从而制备出分散均匀的稳定的碳管悬浮液，使碳纳米管的沉积更加均匀，填充更加致密均匀。

s6、将改性碳纳米管通过的物理气相沉积法的方式填充到s4中得到的铝合金防水中间层的微孔，并压实，再于320～330℃下热处理1～3h，热处理完成后自然冷却至室温即可。

通过阳极氧化在铝合金防水中间层表面形成al203/聚四氟乙烯复合氧化膜层，在纳米聚四氟乙烯的作用下具有在自润滑的功能，且膜层均匀致密，耐腐蚀性强、摩登硬度强、摩擦系数小，防水效果好；在铝合金防水中间层表面制备的al203/聚四氟乙烯复合氧化膜层上进一步进行打孔填充改性碳纳米管，碳纳米管的圆筒状的石黑层之间容易滑动或转动，具有类似于石墨的润滑性能，将碳纳米管打孔填充到al203/聚四氟乙烯复合氧化膜层中将可进一步降低膜层表面的摩擦系数，提高膜层的机械性能及防水性能。

进一步，s3中的氧化电压在30s内线性调节到预设定值120v，并保持到实验结束，峰值电流密度为4.0～6.0a/dm²。

本发明的有益效果：

1、本发明能够同时通过洒水和投放灭火弹进行灭火操作，有效地提高了灭火的效果，且装置结构简单，控制便捷稳定，能够推动和加强无人机在灭火救灾领域的运用，减少灭火人员过程的人员投入，降低灭火过程造成的伤亡；

2、本发明通过阳极氧化在铝合金防水中间层表面形成al203/聚四氟乙烯复合氧化膜层，在纳米聚四氟乙烯的作用下具有在自润滑的功能，且膜层均匀致密，耐腐蚀性强、摩登硬度强、摩擦系数小，防水效果好；在铝合金防水中间层表面制备的al203/聚四氟乙烯复合氧化膜层上进一步进行打孔填充改性碳纳米管，碳纳米管的圆筒状的石黑层之间容易滑动或转动，具有类似于石墨的润滑性能，将碳纳米管打孔填充到al203/聚四氟乙烯复合氧化膜层中将可进一步降低膜层表面的摩擦系数，提高膜层的机械性能及防水性能。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明的仰视图；

图4是本发明灭火弹投掷筒的结构示意图；

图5是本发明的控制原理图；

其中，水箱1、增压泵2、plc控制柜3、电磁阀4、电源箱5、高压喷头6、加水口7、连接座8、灭火弹投掷筒9、网状外层91、防水中间层92、缓冲内层93、装弹口10、投弹口11、封存上盖12、封存下盖13、电磁锁14、铁块15、支撑框16、缓冲弹簧17、加强板18。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明：

实施例一

如图1～图5所示，一种基于无人机的消防装置，包括水箱1、增压泵2、plc控制柜3、电磁阀4和用于给增压泵2、plc控制柜3、电磁阀4供电的电源箱5，增压泵2、plc控制柜3和电源箱5均安装在水箱1的外顶面，电磁阀4和增压泵2分别与plc控制柜3电连接，增压泵2的进水口通过管道与电磁阀4的出水口连通，电磁阀4的进水口通过管道与水箱1连通，增压泵2的出水口通过管道连接有多个高压喷头6，多个高压喷头6安装于水箱1外底面上，水箱1外顶面设有加水口7和连接座8，连接座8位于水箱1的四个角落处，水箱1内倾斜设置有四根灭火弹投掷筒9，水箱1的四个侧面上设置有装弹口10，水箱1的底面设置有四个投弹口11，四根灭火弹投掷筒9的一端分别与四个装弹口10连接，另一端分别与四个投弹口11连接，四个装弹口10上设有可拆卸的封存上盖12，四个投弹口11分别处通过扭簧铰接有封存下盖13，当扭簧处于自由状态时，封存下盖13盖阖在投弹口11上，封存下盖13上安装有电磁锁14，四个投弹口11上安装有能与电磁锁14磁性吸合的铁块15，电磁锁14分别与电源箱5和plc控制柜3电连接。

洒水时，通过plc控制柜3控制电磁阀4和增压泵2开启，水箱1中储存的水经过电磁阀4流入增压泵2，经过增压泵2增压后的水由增压泵2出水口输入高压喷头6进行喷洒，水箱1中的水通过加水口7进行补充。

投掷灭火弹时，通过plc控制柜3控制电磁锁14的供电电路断开，使电磁锁14丧失对铁块15的磁性吸合力，封存下盖13在灭火弹重力的作用下被挤压开，灭火弹沿投弹口投出；灭火弹投出后，封存下盖13在的扭簧的作用下恢复原位盖阖在投弹口11上，同时通过plc控制柜3控制电磁锁14的供电电路接通，使电磁锁14产生磁性吸合力，并与铁块15吸合于一体，灭火弹通过装弹口10进行补充。

水箱1外底面的中部设置有支撑框16，四个投弹口11位于支撑框16内，支撑框16高度大于投弹口11和高压喷头6的高度，支撑框16四个外侧壁的中部分别设置有加强板18。支撑框16的设计可以方便于消防装置在地面上的放置，并防止投弹口11和高压喷头6直接与地面接触；加强板18的设计可以提高支撑框16的强度，更好地保护高压喷头6和投弹口11。

高压喷头6共设置九个，九个高压喷头6分别安装在水箱1外底面的四个角落处、水箱1外底面的中部，以及支撑框16内侧的四个角落处。通过九个如此分布的高压喷头6，能够使洒水面积更大，洒水效果更加均匀。

高压喷头6的高度大于投弹口11的高度。能够防止高压喷头6工作时将水溅射到投弹口11上，保证电磁锁14的正常工作。

灭火弹投掷筒9由网状外层91、防水中间层92和缓冲内层93构成，防水中间层92贯穿在网状外层91内、并与网状外层91过盈配合，缓冲内层93粘接在防水中间层92内。网状外层91起到支撑的作用，并且能够增大与水的接触面积，降低灭火弹的温度；防水中间层92能够防止灭火弹投掷筒9浸水，保证灭火弹的质量状态；缓冲内层93可以降低灭火弹在运输过程中与灭火弹投掷筒9的碰撞。

封存上盖12采用螺纹连接的方式与装弹口10连接。螺纹连接操作简单便捷，使装灭火弹的操作更加方便。

封存下盖13的内侧面上固定连接有缓冲弹簧17。缓冲弹簧17可以在装灭火弹过程中起到缓冲的作用，避免灭火弹直接与封存下盖13发生碰撞。

网状外层91采用不锈钢加工而成，防水中间层92采用铝合金加工而成，缓冲内层93采用硅胶材质，防水中间层92表面形成有自润滑膜层，自润滑膜层含有碳纳米管、纳米聚四氟乙烯和al203，自润滑膜层的厚度为42～50μm，自润滑膜层的静态接触角为159.7°。不锈钢材质的网状外层91支撑强度大，能够稳定地支撑和保护防水中间层92，降低其受力作用；铝合金材质的防水中间层92支撑强度大，重量轻，能够降低装置的整体重量，在其表面形成自润滑膜层，疏水性极强，氧化腐蚀弱，能够有效延长其使用寿命；硅胶材质缓冲、隔热效果好，耐磨耐用，能够良好的保护灭火弹性能。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例提供了铝合金防水中间层的加工方法如下：

将铝合金防水中间层浸入摩尔比为4:1的naoh和na3po4混合溶液中5min，侵泡结束后，先用去离子水冲铝合金防水中间层3min，再用乙醇溶液冲洗5～10min后干燥备用；将处理后的铝合金防水中间层浸入100℃的抛光液中抛光10s，然后用去离子水反复冲洗铝合金防水中间层，其中抛光液包括400g/l的naoh、150g/l的nano2、30g/l的naf、20g/l的na3po4；将处理的铝合金防水中间层浸入混合酸电解液中，再将氧化电压在30s内线性调节到预设定值120v，峰值电流密度为4.0a/dm2，然后于120v的电压下室温高压复合阳极氧化1h，用去离子水反复冲洗，干燥，得到表面覆有al203/聚四氟乙烯复合氧化膜的铝合金防水中间层，其中混合酸电解液包括3ml/l的磷酸、2g/l的草酸、1g/l的钨酸钠、1.5g/l的丙二醇丁醚和1.0ml/l的20％聚四氟乙烯乳液；将得到的表面覆有al203/聚四氟乙烯复合氧化膜的铝合金防水中间层浸入去离子水中，然后利用纳秒激光器进行激光钻孔，其中激光的脉宽为10ns，波长为1064nm，功率为6w，重复频率为20khz，铝合金防水中间层距离水面的高度为15mm，加工完成后用去离子水冲洗干净后干燥备用；取碳纳米管加入10体积的浓度为2.6mol/l的硝酸溶液中，与40℃下汇流24h，冷却后离心分离，用去离子水洗涤至中性后过滤、干燥，得到纯化的碳纳米管，然后取纯化的碳纳米管，依次加入10倍体积的浓硝酸和30倍体积的浓硫酸，超声波分散5h后离心分离，然后用去离子水洗涤至中性，干燥，得到改性碳纳米管。将改性碳纳米管通过的物理气相沉积法的方式填充到铝合金防水中间层的微孔，并压实，再于320℃下热处理1h，热处理完成后自然冷却至室温即可。

实施例三

在实施例一的基础上，本实施例提供了铝合金防水中间层的加工方法如下：

将铝合金防水中间层浸入摩尔比为4:1的naoh和na3po4混合溶液中7min，侵泡结束后，先用去离子水冲铝合金防水中间层4min，再用乙醇溶液冲洗8min后干燥备用；将处理后的铝合金防水中间层浸入110℃的抛光液中抛光10s，然后用去离子水反复冲洗铝合金防水中间层，其中抛光液包括450g/l的naoh、160g/l的nano2、37g/l的naf、22g/l的na3po4；将处理的铝合金防水中间层浸入混合酸电解液中，再将氧化电压在30s内线性调节到预设定值120v，峰值电流密度为5.0a/dm²，然后于120v的电压下室温高压复合阳极氧化1.5h，用去离子水反复冲洗，干燥，得到表面覆有al203/聚四氟乙烯复合氧化膜的铝合金防水中间层，其中混合酸电解液包括3ml/l的磷酸、2g/l的草酸、1g/l的钨酸钠、1.5g/l的丙二醇丁醚和1.3ml/l的20％聚四氟乙烯乳液；将得到的表面覆有al203/聚四氟乙烯复合氧化膜的铝合金防水中间层浸入去离子水中，然后利用纳秒激光器进行激光钻孔，其中激光的脉宽为10ns，波长为1064nm，功率为8w，重复频率为20khz，铝合金防水中间层距离水面的高度为20mm，加工完成后用去离子水冲洗干净后干燥备用；取碳纳米管加入10体积的浓度为2.6mol/l的硝酸溶液中，与40℃下汇流24h，冷却后离心分离，用去离子水洗涤至中性后过滤、干燥，得到纯化的碳纳米管，然后取纯化的碳纳米管，依次加入10倍体积的浓硝酸和30倍体积的浓硫酸，超声波分散5h后离心分离，然后用去离子水洗涤至中性，干燥，得到改性碳纳米管。将改性碳纳米管通过的物理气相沉积法的方式填充到铝合金防水中间层的微孔，并压实，再于325℃下热处理2h，热处理完成后自然冷却至室温即可。

实施例四

在实施例一的基础上，本实施例提供了铝合金防水中间层的加工方法如下：

将铝合金防水中间层浸入摩尔比为4:1的naoh和na3po4混合溶液中10min，侵泡结束后，先用去离子水冲铝合金防水中间层5min，再用乙醇溶液冲洗10min后干燥备用；将处理后的铝合金防水中间层浸入120℃的抛光液中抛光10s，然后用去离子水反复冲洗铝合金防水中间层，其中抛光液包括500g/l的naoh、180g/l的nano2、40g/l的naf、30g/l的na3po4；将处理的铝合金防水中间层浸入混合酸电解液中，再将氧化电压在30s内线性调节到预设定值120v，峰值电流密度为6.0a/dm²，然后于120v的电压下室温高压复合阳极氧化2h，用去离子水反复冲洗，干燥，得到表面覆有al203/聚四氟乙烯复合氧化膜的铝合金防水中间层，其中混合酸电解液包括3ml/l的磷酸、2g/l的草酸、1g/l的钨酸钠、1.5g/l的丙二醇丁醚和1.5ml/l的20％聚四氟乙烯乳液；将得到的表面覆有al203/聚四氟乙烯复合氧化膜的铝合金防水中间层浸入去离子水中，然后利用纳秒激光器进行激光钻孔，其中激光的脉宽为10ns，波长为1064nm，功率为10w，重复频率为20khz，铝合金防水中间层距离水面的高度为30mm，加工完成后用去离子水冲洗干净后干燥备用；取碳纳米管加入10体积的浓度为2.6mol/l的硝酸溶液中，与40℃下汇流24h，冷却后离心分离，用去离子水洗涤至中性后过滤、干燥，得到纯化的碳纳米管，然后取纯化的碳纳米管，依次加入10倍体积的浓硝酸和30倍体积的浓硫酸，超声波分散5h后离心分离，然后用去离子水洗涤至中性，干燥，得到改性碳纳米管。将改性碳纳米管通过的物理气相沉积法的方式填充到铝合金防水中间层的微孔，并压实，再于330℃下热处理3h，热处理完成后自然冷却至室温即可。

将上述实施例二至实施例四加工而成的具有自润滑膜层的铝合金防水中间层分别进行膜层厚度(μm)、膜层硬度(hv)和单位时间膜层磨损量(mg/min)进行测试，魅族平行测试3次取平均值，另取一组表面无自润滑膜层的普通铝合金防水中间层作为实验对照组，测试如下表所示：

由上表数据分析可知，实施例二至实施例四在铝合金防水中间层表面制得的al203/聚四氟乙烯复合氧化膜层上进一步进行打孔填充碳纳米管的处理后，膜层的硬度均在1000hv以上，单位时间膜层磨损量均低于0.25mg/min，摩擦系数均低于0.1，与对照组表面无自润滑膜层的普通铝合金防水中间层相比，硬度明显提高，单位时间膜层磨损量和摩擦系数也显著降低。通过阳极氧化在铝合金防水中间层表面形成al203/聚四氟乙烯复合氧化膜层，在纳米聚四氟乙烯的作用下具有在自润滑的功能，且膜层均匀致密，耐腐蚀性强、摩登硬度强、摩擦系数小，防水效果好；在铝合金防水中间层表面制备的al203/聚四氟乙烯复合氧化膜层上进一步进行打孔填充改性碳纳米管，碳纳米管的圆筒状的石黑层之间容易滑动或转动，具有类似于石墨的润滑性能，将碳纳米管填充到al203/聚四氟乙烯复合氧化膜层中将可进一步降低膜层表面摩擦系数，提高膜层的机械性能及防水性能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。