无人机载水基灭火装置及灭火方法

1.本发明涉及无人机灭火技术领域，具体涉及无人机载50kg水基灭火装置及灭火方法。


背景技术：

2.无人机灭火技术在近年来逐渐应用在了实际灭火工作中，无人机灭火的优势显而易见，但是也存在一些需要进一步克服和改善的不足之处；对于森林火灾来说，需要较大范围地投放灭火剂，然而在实际工作中，无人机和无人机的操作者难以快速准确地完成一定区域内的灭火剂投放工作，往往需要在一定区域往复飞行来完成灭火剂的喷洒作业，为此，有人提出了能够引爆的灭火弹，通过爆炸的方式来快速布撒灭火剂，这样的方案虽然解决了布撒效率不足的缺陷，但灭火弹的引爆时机难以有效控制，引爆过早和过晚，都会导致灭火剂的布散区域偏离预定位置，灭火效果不够理想；
3.另外，现有的灭火弹在引爆后，其中的灭火剂是否布撒均匀也难以得到保障，往往导致部分区域的灭火剂饱和，部分区域的灭火剂不足，导致整体效果欠佳；
4.还有的缺陷是，现有的灭火弹在存储和运输过程中都不够方便，其对存储和运输的条件要求极为苛刻，而且其中的灭火剂有效期限较短，灭火弹难以长时间待命保存，其内的灭火剂也经常因为密封不够严密而失效。
5.由于上述原因，本发明人对现有的机载灭火弹做了深入研究，以期待设计出一种能够解决上述问题的新的机载灭火装置及灭火方法。


技术实现要素：

6.为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种无人机载水基灭火装置及灭火方法，该装置包括外壳体、内胆和尾舱壳体，无人机悬吊抓取所述外壳体，当飞行到预定空域时投放所述外壳体；外壳体和内胆之间填充有水基灭火剂，在内胆中填充有起爆药，通过控制板发出的起爆电流控制起爆药引爆，起爆后产生大量气体和高压，破坏内胆及外壳体，从而将灭火剂播撒至适当半径范围内，从而完成灭火剂的布撒作业，另外，当装置50kg的水基灭火剂时，为了确保其满足流体动力学要求，需要将该外壳体设置为流线型，并且横挂在无人机上，所以需要设置密封圈并通过尾舱壳体来固定该密封圈，使得在无人机加速飞行时，较大的液体压力不会导致水基灭火剂泄露，从而完成本发明。
7.具体来说，本发明的目的在于提供一种无人机载水基灭火装置，该水基灭火装置包括外壳体1、内胆2和尾舱壳体3；
8.所述内胆2伸入到外壳体1中，在内胆2中填充有起爆药，
9.在所述外壳体1的内部，在外壳体1和内胆2之间填充有水基灭火剂，
10.在所述尾舱壳体3中设置有控制电路4和点火头5，
11.所述点火头5一端与控制电路4相连，另一端插入到内胆2中，
12.所述控制电路4包括计时模块和点火控制模块，所述计时模块用于接收起爆时间，
并在投弹后开始计时，到达起爆时间时发送起爆信息给点火控制模块，由点火控制模块控制点火头5点火工作。
13.其中，在所述尾舱壳体3的外部环绕设置有尾翼31；
14.所述尾舱壳体3安装在外壳体1的尾部；
15.通过所述尾舱壳体3使得外壳体1和内胆2之间密封连接。
16.其中，所述外壳体1的尾部呈圆柱状，所述内胆2的尾部也呈圆柱状，所述内胆2的头部从外壳体1的尾部插入到外壳体1中。
17.其中，内胆2和外壳体1的尾部之间间隙配合，
18.优选地，在所述内胆2和外壳体1的端部设置有密封圈6，
19.通过所述密封圈6填充封堵所述间隙配合的间隙。
20.其中，在所述尾舱壳体3的内壁面上设置有向内凸出的压紧凸台32，
21.当尾舱壳体3安装在外壳体1的尾部时，所述压紧凸台32将密封圈6压紧在外壳体1和内胆2的端部，并封堵内胆2和外壳体1之间的间隙。
22.其中，在所述尾舱壳体3的内壁面上还设置有内螺纹33，
23.在所述外壳体1的尾部设置有外螺纹11，通过所述内螺纹和外螺纹的配合将所述尾舱壳体3固定安装在所述外壳体1上。
24.其中，该装置还包括设置在无人机上的插接口，
25.所述控制电路4通过导线连接有插接头，
26.所述插接头可插拔地插入到所述插接口中，从而使得所述控制电路4能够接收所述起爆时间。
27.其中，当所述外壳体1呈圆球状时，在所述外壳体1的上方设置有圆盘7。
28.该灭火装置还包括吊耳8；
29.所述无人机通过挂钩挂装吊耳8来携带所述水基灭火装置。
30.其中，当所述无人机挂钩放开对吊耳8的挂装时，所述水基灭火装置从无人机上脱落；在导线的拉拽作用下，插接头从插接口中拔出，使得控制电路4与无人机之间断开连接，此时，计时模块开始计时。
31.本发明还提供一种灭火方法，该方法中使用如上文所述的无人机载水基灭火装置进行灭火；
32.优选地，该方法包括如下步骤：
33.步骤1，在无人机上挂载无人机载水基灭火装置，并将无人机载水基灭火装置的插接头插入到无人机的插接口上，完成无人机载水基灭火装置和无人机之间的通讯连接，
34.步骤2，控制无人机飞行到火场上空，根据无人机与火场之间的高度差解算起爆时间，并通过插接口和插接头灌装到无人机载水基灭火装置的控制电路4中；
35.步骤3，在无人机投放该无人机载水基灭火装置，使得无人机载水基灭火装置在重力作用下自由下落，同时插接头和插接口彼此脱离，控制电路4中的计时模块开始工作，在起爆时间后，通过点火头5引爆内胆2中的起爆药，该无人机载水基灭火装置在火场中引爆，水基灭火剂布撒在火场中
36.本发明所具有的有益效果包括：
37.(1)根据本发明提供的无人机载水基灭火装置，该装置将储藏有起爆药的内胆放
置在外壳体中部，使得水基灭火剂环绕在内胆周围，从而确保起爆药引爆时能够均匀地布撒水基灭火剂，使得灭火剂均匀布撒在预定区域；
38.(2)根据本发明提供的无人机载水基灭火装置，该装置中通过无人机根据自身的飞行状况，在投放灭火装置前向其中灌装具体的起爆时间，从而确保该灭火装置能够在最合理的高度起爆；
39.(3)根据本发明提供的无人机载水基灭火装置，该装置中通过灭火装置投弹时机弹分离来断开控制电路和无人机之间的实时通讯，从而使得控制电路准确获知投弹状况，进而准确地确定起爆时间；
40.(4)根据本发明提供的无人机载水基灭火装置，该装置中内胆和外壳体的尾部之间间隙配合，从而使得在必要的时候能够将内胆从外壳中拆除，以便于应对未按照计划引爆等意外事故，并且通过尾舱壳体与外壳体之间的配合关系，将密封圈固定在外壳体的端部，以达到充分密封的效果。
附图说明
41.图1示出根据本发明一种优选实施方式的无人机载50kg水基灭火装置整体结构示意图；
42.图2示出根据本发明一种优选实施方式的无人机载50kg水基灭火装置整体结构的爆炸图；
43.图3示出根据本发明一种优选实施方式的无人机载50kg水基灭火装置的尾舱壳体内部结构示意图；
44.图4示出根据本发明一种优选实施方式的无人机载50kg水基灭火装置的尾舱壳体的壳体结构示意图；
45.图5示出根据本发明一种优选实施方式的无人机载水基灭火装置的插接头示意图；
46.图6示出根据本发明一种优选实施方式的无人机载10kg水基灭火装置整体结构示意图；
47.图7示出根据本发明一种优选实施方式的无人机载10kg水基灭火装置整体结构的爆炸图。
48.附图标号说明：
49.1-外壳体
50.11-外螺纹
51.2-内胆
52.3-尾舱壳体
53.31-尾翼
54.32-压紧凸台
55.33-内螺纹
56.4-控制电路
57.5-点火头
58.6-密封圈
59.7-圆盘
60.8-吊耳
具体实施方式
61.下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
62.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
63.根据本发明提供的无人机载水基灭火装置可以至少包含两种型号，一般根据其携带的灭火剂的量来划分型号，如50kg级别和10kg级别等等。
64.当该灭火装置为50kg级别时，如图1、图2中所示，该水基灭火装置包括外壳体1、内胆2和尾舱壳体3；
65.所述内胆2伸入到外壳体1中，在内胆2中填充有起爆药，优选地，选择黑火药作为起爆药，其装药量能够满足涨破外壳体1即可；
66.在所述外壳体1的内部，在外壳体1和内胆2之间填充有水基灭火剂，所述有水基灭火剂选用已有的水机灭火剂即可。优选地，所述外壳体及内胆都采用pvc树脂材料，滚塑工艺制造，壳体便于勤务处理，且具备一定强度，一般勤务操作过程中不破裂。
67.在所述尾舱壳体3中设置有控制电路4和点火头5，如图2中所示，所述点火头5一端与控制电路4相连，另一端插入到内胆2中，所述控制电路4包括计时模块和点火控制模块，所述计时模块用于接收起爆时间，并在投弹后开始计时，到达起爆时间时发送起爆信息给点火控制模块，由点火控制模块控制点火头5点火工作。所述起爆信息即为起爆电流，优选地，起爆电流12v，1～2a，持续100ms，点火头接收起爆电流并发火，引燃起爆药，完成起爆，从收到起爆电流至完成起爆间隔时间小于50ms。
68.在控制电路4上装有自带电池，在无载机供电情况下也能正常工作1小时以上。优选地，将控制电路4上关键开关、指示灯等部件引出至尾舱壳体的外表面，从而方便使用和观察。
69.优选地，所述无人机可以为无人直升机或者固定翼无人机，该无人机载水基灭火装置能够适应于a类森林火情的扑灭和阻燃作业。
70.在一个优选的实施方式中，在所述尾舱壳体3的外部环绕设置有尾翼31；优选地安装有8片尾翼，用于保证投放时气动特性；
71.所述尾舱壳体3安装在外壳体1的尾部；通过所述尾舱壳体3使得外壳体1和内胆2之间密封连接。
72.具体来说，所述外壳体1的尾部呈圆柱状，所述内胆2的尾部也呈圆柱状，所述内胆2的头部从外壳体1的尾部插入到外壳体1中。该内胆2和外壳体1的尾部都嵌入到尾舱壳体3中，从而使得点火头5的一端插入到内胆中，以方便与引爆该内胆。
73.优选地，内胆2和外壳体1的尾部之间间隙配合，从而使得该装置便于拆卸维修，且拆卸维修不会对装置的整体性能造成不可逆的损伤；
74.优选地，如图3中所示，在所述内胆2和外壳体1的端部设置有密封圈6，通过所述密
封圈6填充封堵所述间隙配合的间隙，从而使得水机灭火剂被密封在外壳体1中，不会泄露也不会因为与空气长时间接触而变质失效。
75.进一步地，在所述尾舱壳体3的内壁面上设置有向内凸出压紧凸台32，
76.当尾舱壳体3安装在外壳体1的尾部时，所述压紧凸台32将密封圈6压紧在外壳体1和内胆2的端部，并封堵内胆2和外壳体1之间的间隙。
77.在所述尾舱壳体3的内壁面上还设置有内螺纹，如图4中所示，在所述外壳体1的尾部设置有外螺纹，通过所述内螺纹和外螺纹的配合将所述尾舱壳体3固定安装在所述外壳体1上。从而在完成外壳体1、内胆2和尾舱壳体3之间固定连接的基础上，同时确保了外壳体1的密封效果。
78.在一个优选的实施方式中，该无人机载水基灭火装置还包括设置在无人机上的md-8zk插接口，所述控制电路4通过导线连接有md-8tj插接头，所述插接头可插拔地插入到所述插接口中，从而使得所述控制电路4能够与无人机之间有线连接，实时彼此传输数据，所述数据即包括所述起爆时间。即无人机根据其自身的飞行高度和火情状况，设计合理的起爆时间，并将之装订在控制电路4中，而且在该水基灭火装置投放以前还可以随时调整更改该起爆时间。所述md-8tj插接头如图5中所示，其中点号定义如下：
[0079][0080][0081]
在一个优选的实施方式中，如图1中所示，在所述外壳体1的外部设置有两条箍带，所述两条箍带彼此平行设置，分别位于水基灭火装置重心的两侧，在所述箍带的端部设置有吊耳8；所述无人机通过抓取吊耳8来携带所述水基灭火装置。
[0082]
当所述无人机放开对吊耳8的抓取时，所述水基灭火装置从无人机上脱落；在导线的拉拽作用下，插接头从插接口中拔出，使得控制电路4与无人机之间断开连接，此时，计时模块检测到连接断开，即离机，认为投弹开始，计时模块开始计时，计时时间为所述起爆时间，例如起爆时间为3秒，则在离机3秒后发送起爆信息给点火控制模块，由点火控制模块控
制点火头5点火工作。由于预设有合理的起爆时间，该水基灭火装置刚好下落到预定的灭火区域时起爆，使得水基灭火剂快速布撒散落在该区域，完成对该区域的灭火作业。
[0083]
当该灭火装置为10kg级别时，其整体上的结构与50kg级别的类似，如图6和图7中所示，主要的不同在于，所述外壳体1呈圆球状，10kg水基灭火装置的尾部不设置尾翼，非圆弹体在布撒灭火液过程中会出现由于外形带来的不均匀问题，采用非圆弹体时需要保证弹体稳定性，才能够使威力最大化，但小型弹体在飞行过程中如要求保证静稳定，则需要安装尾翼等部件，相比球形弹体存在加工复杂，成本偏高等问题，所以通过设置为圆球形外壳能够在降低成本的情况下确保灭火液能够均匀布撒。
[0084]
本技术中，所述灭火装置的投放高度较低，一般小于200m，且在所述10kg水基灭火装置上没有设置尾翼，这样的投放高度，有无尾翼对偏离落点距离影响并不大，主要影响弹体姿态情况，本技术中的10kg水基灭火装置外壳体呈圆球状，使得其发生姿态变化对气动造成的改变并不明显。
[0085]
当该灭火装置为10kg级别时，在外壳体1上方设置有圆盘7；优选地，所述圆盘7与外壳体1为一体结构。
[0086]
本技术中通过设置该圆盘7，能够增加外壳体的整体结构强度，使得拎取产品更为方便，使得10kg水基灭火装置整体满足气动性能要求，确保该灭火装置抛放后保持竖直下落状态；另外，通过该圆盘与机载挂载结构配合，防止灭火装置在飞行过程晃动，具体来说，将该灭火装置挂载在无人机上时，在无人机的挂架上设置圆环结构，通过圆环结构与该圆盘配合，对该圆盘进行限位，使得飞行过程中灭火装置无法自由摆动，从而便于载机密集挂载多个灭火装置，同时保证灭火装置挂机飞行的可靠性。
[0087]
本发明还提供一种灭火方法，该方法中使用上文所述的无人机载水基灭火装置进行灭火；
[0088]
优选地，该方法包括如下步骤：
[0089]
步骤1，在无人机上挂载无人机载水基灭火装置，并将无人机载水基灭火装置的插接头插入到无人机的插接口上，完成无人机载水基灭火装置和无人机之间的通讯连接，
[0090]
步骤2，控制无人机飞行到火场上空，根据无人机与火场之间的高度差解算起爆时间，并通过插接口和插接头灌装到无人机载水基灭火装置的控制电路4中；其中，通过无人机上搭载的光电吊舱和gps接收机获知无人机距离火场的竖直高度，并且根据火情和灭火剂的装载量确定该灭火装置的最佳起爆位置，从而解算出起爆时间；优选地，无人机在距离火场水平距离0m～1000m范围内，优选为0m，高度距离50m～1000m，优选为50m时解算出起爆时间；
[0091]
优选地，通过下式解算起爆时间：
[0092][0093]
其中，t表示起爆时间，g表示重力加速度，h表示下落路程，通过投放时无人机高度与引爆位置高度之差获得。
[0094]
步骤3，无人机投放该无人机载水基灭火装置，使得无人机载水基灭火装置在重力作用下自由下落，同时插接头和插接口彼此脱离，控制电路4中的计时模块开始工作，在起
爆时间后，通过点火头5引爆内胆2中的起爆药，该无人机载水基灭火装置在火场中引爆，水基灭火剂布撒在火场中；其中，根据无人机自身的飞行速度和无人机与火场之间的水平距离解算投弹位置，在投放该无人机载水基灭火装置时，仅需放开对吊耳8的挂装即可，所述无人机载水基灭火装置即可在惯性和重力作用下向前向下飞出，或者当所述无人机为旋翼直升机，且悬停投弹时，所述无人机载水基灭火装置在投弹后竖直向下降落，由于预先估算了无人机载水基灭火装置向下降落到预定爆炸位置所需的起爆时间，使得该无人机载水基灭火装置在到达火场时即爆炸，其内的水基灭火剂布撒在火场中。
[0095]
实施例1
[0096]
选用小青龙无人机，携带50kg水基灭火装置，该水基灭火装置包括外壳体、内胆和尾舱壳体，在外壳和内胆之间填充有50kgs-100-ab水基灭火剂；在内胆中填充有15g黑火药；尾舱壳体中设置有控制电路和点火头，该控制电路通过导线和md-8tj插接头与无人机上的md-8zk插接口相连；
[0097]
无人机在飞行到距离火场水平距离0m，高度距离50m时解算出起爆时间为2.66s，并将之装订到控制电路中，待无人机行进到火场上空距离火点水平距离0m位置时，投放所述50kg水基灭火装置，该50kg水基灭火装置与无人机脱离时导致插接口和插接头分离，控制电路开始计时，在计时2.66s后，控制点火头引爆内胆中的黑火药，此时50kg水基灭火装置刚好降落到火场的上方15m位置，随着50kg水基灭火装置起爆，其内的水基灭火剂布撒在火场上方，其最大覆盖半径6m，无缝隙高效覆盖半径3m，起到良好的扑灭木材火的效果。
[0098]
实施例2
[0099]
选用小青龙无人机，携带10kg水基灭火装置，该水基灭火装置包括外壳体、内胆和尾部挂件，在外壳和内胆之间填充有10kgs-100-ab水基灭火剂；在内胆中填充有10g黑火药；尾部挂件中设置有控制电路和点火头，该控制电路通过导线和md-8tj插接头与无人机上的md-8zk插接口相连；
[0100]
无人机在飞行到距离火场水平距离0m，高度距离50m时解算出起爆时间为2.66s，并将之装订到控制电路中，待无人机行进到火场上空距离火点水平距离0m位置时，投放所述10kg水基灭火装置，该10kg水基灭火装置与无人机脱离时导致插接口和插接头分离，控制电路开始计时，在计时2.66s后，控制点火头引爆内胆中的黑火药，此时10kg水基灭火装置刚好降落到火场的上方15m位置，随着10kg水基灭火装置起爆，其内的水基灭火剂布撒在火场上方，其最大覆盖半径3m，在覆盖范围内起到良好的扑灭木材火的效果。
[0101]
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。