本發(fā)明涉及高層建筑滅火技術(shù)及裝備領(lǐng)域，是一種利用重荷載多軸旋翼無人機(jī)在室外對高層建筑進(jìn)行有效滅火的拖曳電源導(dǎo)線式多軸旋翼無人機(jī)滅火裝置及滅火方法。

背景技術(shù)：

改革開放以來，我國的高層建筑建設(shè)快速發(fā)展，高層建筑的總數(shù)量，尤其是每年新建超高層建筑的數(shù)量連續(xù)多年位居世界第一。高層建筑尤其是超高層建筑的火災(zāi)撲救是世界性難題。目前，世界上舉高消防車的最高高度為中聯(lián)重科2013年5月研制的DG113型登高平臺消防車，舉高高度為113米。由于受到場地的限制、車輛自身安全考慮，舉高消防車的舉高高度很難實現(xiàn)明顯的提升。直升機(jī)由于受到高層建筑周圍空間限制，受城市建筑間紊流影響較大，大直徑螺旋槳下側(cè)風(fēng)對火場和施救行為影響較大，以及一旦發(fā)生事故會導(dǎo)致嚴(yán)重的次生災(zāi)害等自身無法解決的原因，目前，世界范圍內(nèi)直升機(jī)除了在高層建筑火災(zāi)中實施屋頂救人外，還無法對建筑實施有效滅火。多軸旋翼無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展為高層建筑滅火提供了新的思路和途徑。多軸旋翼無人機(jī)由于反應(yīng)靈敏、控制精準(zhǔn)、可靠性高，技術(shù)日益成熟。但是，由于受電池容量的限制，多軸旋翼無人機(jī)在荷載方面一直沒有大的突破。國內(nèi)無人機(jī)行業(yè)技術(shù)領(lǐng)先的深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司2016年推出的荷載最大的產(chǎn)品MG-1S農(nóng)用植保機(jī)，有效荷載也僅有10kg，其他單位開發(fā)的農(nóng)用植保無人機(jī)有效荷載也不超過20kg，再大荷載的多軸旋翼無人機(jī)目前還未進(jìn)入應(yīng)用市場領(lǐng)域。采用燃油發(fā)動機(jī)的多軸旋翼無人機(jī)和無人直升機(jī)，由于相對電動多軸旋翼無人機(jī)存在響應(yīng)時間滯后、控制精準(zhǔn)度不夠等致命問題，目前還無法在高層建筑滅火中運用。

有相關(guān)技術(shù)人員曾提出使用無人機(jī)進(jìn)行高空滅火的技術(shù)和相關(guān)裝置的研究。經(jīng)檢索，中國已公開專利申請中，申請?zhí)枮?00210041724.1，名為持續(xù)給水空中滅火救援多用途無人機(jī)平臺及其施救方法的專利技術(shù)，公開了采用一種滅火藥劑與無人機(jī)分離的技術(shù)方案，以降低無人機(jī)的載荷；申請?zhí)枮?01620202068.2，名為一種高樓消防無人機(jī)的專利技術(shù)，公開了一種無人機(jī)外接噴頭的工作方式；申請?zhí)枮?01620624944.0，名為一種旋翼無人機(jī)滅火系統(tǒng)，公開了一種以旋翼無人機(jī)對高層建筑發(fā)射滅火彈的方式進(jìn)行滅火的方式。

但是，申請人發(fā)現(xiàn)，上述公開的三種技術(shù)方案中，存在著難以實現(xiàn)或與本發(fā)明方法不同。第三種實用新型與本發(fā)明在撲救高層火災(zāi)采用的滅火方式不一樣。第一種、第二種方案存在難以實施的問題。主要原因：1.第一種方案中無人機(jī)選用的是無人直升機(jī)，由于無人直升機(jī)存在直升機(jī)本身無法克服的缺陷，無法在高層建筑滅火中使用。 2.現(xiàn)有多軸旋翼無人機(jī)無法滿足第一、第二兩種方案荷載的需求。在第一種方案中，目前采用電池作動力的旋翼無人機(jī)根本無法滿足既攜帶滅火藥劑和壓力泵組，又承擔(dān)空中連接管及管中滅火藥劑載荷的需求。在第二種方案中，顯示的是連接標(biāo)準(zhǔn)的消防水槍和水帶，Φ65的水帶充水狀態(tài)下10米長度僅水的重量就達(dá)33.16kg。3.在第二種外接噴頭的方接案中，多軸旋翼機(jī)在大管徑、高壓力液體沖擊作用下難以保持平衡。4.受電池容量和放電功率的制約，無人機(jī)有效荷載增加難以突破，長時間空中作業(yè)無法保證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是通過解決現(xiàn)有多軸旋翼無人機(jī)有效荷載低、空中作業(yè)時間短的問題，結(jié)合改進(jìn)后的高壓細(xì)水霧滅火技術(shù)，為專業(yè)消防隊伍實施高層建筑滅火提供一種新的快速有效的技術(shù)方法和裝備。

本發(fā)明的具體方案是：

一種拖曳電源導(dǎo)線式多軸旋翼無人機(jī)滅火裝置，包括地面設(shè)備、多軸旋翼式無人機(jī)和與地面設(shè)備相連接以提供高壓電的電源導(dǎo)線，所述無人機(jī)連接有高壓噴液裝置，該高壓噴液裝置的高壓噴頭水平安裝于無人機(jī)下方，通過遙控實現(xiàn)高壓噴頭與無人機(jī)水平位置的上下空間夾角處于0到22.5°之間。

作為高壓噴液裝置的一個實施方式，高壓噴液裝置通過高壓軟管與無人機(jī)相連，高壓軟管的一端安裝有高壓噴頭，近高壓噴頭端掛接于無人機(jī)底部，高壓軟管的另一端與地面設(shè)備上的高壓泵組出口相連接，滅火藥劑液體箱連接有高壓泵組以對其經(jīng)流液體進(jìn)行加壓。

所述地面設(shè)備上設(shè)有連接燃油發(fā)電機(jī)的可調(diào)式輸出電源，電源導(dǎo)線的兩端分別與無人機(jī)和可調(diào)式輸出電源相連接，所述地面設(shè)備上設(shè)有收集高壓軟管和電源導(dǎo)線的卷筒。

作為高壓噴液裝置的另一個實施方式，所述高壓噴液裝置安裝于無人機(jī)下方，包括便攜式水箱和對經(jīng)流液體進(jìn)行加壓的便攜式高壓泵或高壓氣瓶，高壓管路連接高壓噴頭。

在所述無人機(jī)的高壓軟管上近噴頭的一側(cè)安裝有三通閥門以連接軟管支路，在所述電源導(dǎo)線近無人機(jī)連接端的一側(cè)串聯(lián)安裝外界插口，所述外界插口和軟管支路的另一端連接在另一臺無人機(jī)的對應(yīng)位置以實現(xiàn)更高高度的高空噴液。

所述無人機(jī)上設(shè)有保證其在高壓電源故障情況下安全降落的機(jī)載備用電源。

高壓電為電壓大于100伏的直流或交流電。

所述液體高壓噴頭為電控可轉(zhuǎn)換式噴頭。所述噴頭噴射形式包括直流水流、噴霧水流或細(xì)水霧水流。

一種高層建筑滅火方法，使用拖曳電源導(dǎo)線式多軸旋翼無人機(jī)滅火裝置，包括如下步驟：

①現(xiàn)場安裝：運送整套裝備至起火建筑下方，無人機(jī)與地面設(shè)備間進(jìn)行水路、電路連接，或電路連接；單個無人機(jī)的高度行程小于100米，電源電壓大于100伏，高壓噴頭壓力大于2兆帕；

②滅火作業(yè)：遙控定位無人機(jī)升空至起火樓層附近，水平間距5米到10米，高度不低于起火窗口下沿1米，向起火建筑內(nèi)噴灑滅火藥劑，過程中保持機(jī)身表面溫度低于65℃。

在步驟①中，包括至少兩個形成串聯(lián)關(guān)系的無人機(jī)，水路和電路分別通過三通閥和串聯(lián)電路形成串聯(lián)關(guān)系，使上層無人機(jī)在無需擔(dān)負(fù)下層管道重量的前提下在高空進(jìn)行接力式滅火作業(yè)；或者至少兩個無人機(jī)通過串聯(lián)電路，使上層無人機(jī)在無需擔(dān)負(fù)下層電路重量的前提下在高空進(jìn)行接力式滅火作業(yè)。

工作過程中具體的如下步驟：

（1）隨車運輸：該裝置由消防人員通過消防車輛運送至起火高層建筑的下方。

（2）現(xiàn)場安裝：將導(dǎo)線卷盤上的電源導(dǎo)線兩端分別連接至可調(diào)式輸出電源和多軸旋翼無人機(jī)。根據(jù)裝備情況，將與加壓泵組引出的高壓軟管卷盤上的出口端頭通過快速安裝口連接至多軸旋翼無人機(jī)。

（3）遙控定位：遙控多軸旋翼無人機(jī)升空至高層建筑起火房間窗口外側(cè)，并通過無人機(jī)上設(shè)置的視頻鏡頭和熱敏溫度感應(yīng)器，實時遙控調(diào)整無人機(jī)的高度和距起火窗口的距離，保持無人機(jī)距起火窗口的水平間距5至8米，高度不低于起火窗口下沿1米，且機(jī)身表面溫度不超過65℃。

在不同的工作過程中，當(dāng)單個多軸旋翼無人機(jī)有效荷載無法滿足升空滅火高度時，可采用雙無人機(jī)或多無人機(jī)空中供電供水接力的方式，實現(xiàn)聯(lián)動操作。

（4）現(xiàn)場滅火：啟動地面加壓泵組，通過高壓軟管向無人機(jī)輸送高壓滅火藥劑，并根據(jù)滅火實際需要遙控高壓噴頭，對準(zhǔn)燃燒區(qū)域噴射不同形式的液體流；或者遙控啟動無人機(jī)高壓噴液裝置進(jìn)行滅火。細(xì)水霧的噴射流量應(yīng)不小于0.40升/秒,噴射距離應(yīng)不小于12米。直流水流、霧狀水流的流量和噴射距離應(yīng)大于細(xì)水霧噴射的技術(shù)指標(biāo)。

本發(fā)明的有益效果在于：

（1）通過從地面可調(diào)式輸出電源上空中拖曳導(dǎo)線給多旋翼無人機(jī)提供高電壓大功率電源，可以滿足在無人機(jī)上設(shè)置較大功率電機(jī)的需求，從而徹底解決無人電源功率不足、容量有限的問題，為提高無人機(jī)有效荷載，保證無人機(jī)長時間空中作業(yè)提高了可靠的技術(shù)解決方案。

（2）采用先進(jìn)的高壓細(xì)水霧滅火技術(shù)，并通過研制的電控可轉(zhuǎn)換式噴頭，能夠分別噴射直流水流、霧狀水流、細(xì)水霧水流，可以高效滅火、有效阻隔火勢蔓延、減少水漬損失。

（3）將滅火藥劑液體儲罐和高壓加壓裝置設(shè)置在地面，可以有效減輕多軸旋翼無人機(jī)的自身荷載，并保證滅火藥劑的充足、連續(xù)供給。

（4）可以將滅火藥劑儲罐和加壓裝置安裝在無人機(jī)上，對于高層建筑小面積火場可以實現(xiàn)在低成本裝備下快速滅火的需求。

（5）采用雙機(jī)或多機(jī)空中接力供電供滅火藥劑方式，可有效解決隨著滅火高度上升，單個多旋翼無人機(jī)有效荷載不能滿足需求的問題。采用雙機(jī)空中接力供電供滅火藥劑方式可以滿足現(xiàn)有高層建筑滅火實際需求。

（6）地面保障設(shè)備采用可移動式方式，能夠隨無人機(jī)圍繞高層建筑滅火需要轉(zhuǎn)移作業(yè)空間而在地面移動，確保無人機(jī)空中滅火所需的電源和滅火藥劑的持續(xù)供給。

通過以上技術(shù)方案，解決了一直以來100米以上超高層建筑缺乏從室外空間進(jìn)行滅火的世界性難題，也為一般高層建筑火災(zāi)撲救提供了一種快速有效，不受地形及空間限制的滅火方式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明高壓噴液裝置的一個實施方式結(jié)構(gòu)的立體圖；

圖2是圖1中主視方向示意圖；

圖3是本發(fā)明圖1中高壓噴液裝置的雙機(jī)聯(lián)動的主視方向示意圖；

圖4是本發(fā)明高壓噴液裝置的另一個實施方式的主視方向示意圖；

圖5是本發(fā)明圖4中高壓噴液裝置的雙機(jī)聯(lián)動的主視方向示意圖

圖6是圖1狀態(tài)中多軸旋翼式無人機(jī)的立體圖；

圖7是圖6所示結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖8是圖6所示結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖9是圖6所示結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖10是聯(lián)機(jī)作業(yè)狀態(tài)中多旋翼無人機(jī)所示結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖11是高壓噴液裝置的另一個實施方式中多旋翼無人機(jī)所示結(jié)構(gòu)的立體圖；

圖12是高壓噴液裝置的另一個實施方式中多旋翼無人機(jī)所示結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖13是地面設(shè)備結(jié)構(gòu)的立體圖；

圖14是圖13所示結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖15是圖13所示結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖16是圖13所示結(jié)構(gòu)的左視圖；

圖17是圖13所示結(jié)構(gòu)的右視圖；

圖中各部件名稱：1.多軸旋翼式無人機(jī)；2.高壓軟管；3.高壓噴頭；4. 電源導(dǎo)線；5.機(jī)載備用電源；6.可調(diào)式輸出電源；7.高壓泵組；8.滅火藥劑液體箱；9.燃油發(fā)電機(jī)；10.滾輪；11.高層建筑；12.便攜式水箱；13. 便攜式高壓泵或高壓氣瓶。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例1：一種拖曳電源導(dǎo)線式多軸旋翼無人機(jī)滅火裝置，如圖1、2、5、6、7、8、9、10、11至15，包括地面設(shè)備、多軸旋翼式無人機(jī)1和與地面設(shè)備相連接以提供高壓電的電源導(dǎo)線4，所述無人機(jī)連接有高壓噴液裝置，該高壓噴液裝置的高壓噴頭水平安裝于無人機(jī)下方，通過遙控實現(xiàn)與無人機(jī)水平位置的上下空間夾角處于0到22.5°之間。高壓噴液裝置通過高壓軟管2與無人機(jī)相連，所述高壓軟管2的一端安裝有高壓噴頭，近高壓噴頭端掛接于無人機(jī)底部，所述高壓軟管2的另一端與地面設(shè)備上的高壓泵組7出口相連接，所述滅火藥劑液體箱8連接有高壓泵組7以對其經(jīng)流液體進(jìn)行加壓，所述地面設(shè)備上設(shè)有連接燃油發(fā)電機(jī)9的可調(diào)式輸出電源6，電源導(dǎo)線4的兩端分別與無人機(jī)和可調(diào)式輸出電源6相連接。

地面設(shè)備上設(shè)有收集高壓軟管2和電源導(dǎo)線4的卷筒。

無人機(jī)上設(shè)有保證其安全降落的機(jī)載備用電源。

高壓電為電壓大于100伏的直流或交流電。

液體噴射噴頭為電控可轉(zhuǎn)換式噴頭。所屬噴頭包括控制噴射形式為，支流水流噴霧，水流或細(xì)水霧，水流到開關(guān)。

一種高層建筑滅火方法，使用多軸旋翼式無人機(jī)滅火裝置，包括如下步驟：

①現(xiàn)場安裝：運送整套裝備至起火建筑下方，無人機(jī)與地面設(shè)備間進(jìn)行水路、電路連接，或電路連接；單個無人機(jī)的高度行程小于100米，電源電壓大于100伏，高壓噴頭壓力大于2兆帕；

②滅火作業(yè)：遙控定位無人機(jī)升空至起火樓層附近，水平間距5米到10米，高度不低于起火窗口下沿1米，向起火房間噴灑滅火藥劑，過程中機(jī)身表面溫度低于65℃。

本發(fā)明多軸旋翼無人機(jī)滅火技術(shù)及裝備，組成方式結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括多軸旋翼無人機(jī)、高壓噴頭3、高壓軟管2、電源導(dǎo)線4、可調(diào)式輸出電源6、高壓泵組7、滅火藥劑液體箱8、可移動式車輛。

多軸旋翼無人機(jī)可根據(jù)設(shè)計工作高度的要求，確定不同載荷型號的機(jī)型，以滿足100米以下、100米至300米、300米以上不同高度高層建筑滅火的需要。首先由高壓細(xì)水霧滅火需要的噴射流量，確定高壓軟管2的內(nèi)管徑；根據(jù)選定的高壓軟管2單位長度質(zhì)量，計算100米、300米、500米長度高壓軟管2和管內(nèi)液體質(zhì)量之和為A；計算100米、300米、500米長度預(yù)選用型號銅質(zhì)導(dǎo)線的質(zhì)量為B；將1.3×(A＋B)預(yù)設(shè)為多軸旋翼無人機(jī)的起飛最大荷載，根據(jù)確定的具體旋翼個數(shù)計算單個及整體旋翼電動機(jī)的功率；由整機(jī)用電最大負(fù)荷含飛控裝置、視頻探頭、信號傳輸裝置等所有無人機(jī)上用電裝置確定地面可調(diào)式輸出電源最小供電功率；通過校核整機(jī)質(zhì)量和供電導(dǎo)線質(zhì)量，確定合適的供電電壓。

利用現(xiàn)有飛控技術(shù)和裝置，測試調(diào)整改進(jìn)單機(jī)性能。專門研制相應(yīng)電壓的電機(jī)和電調(diào)，保持電源電壓、飛控裝置、電調(diào)、電動機(jī)、螺旋槳相匹配。

具體實施過程中，利用德國GOGTEC公司生產(chǎn)的KFT25/120-E移動式細(xì)水霧滅火裝置上的可轉(zhuǎn)換噴頭，改進(jìn)為可遙控電動可轉(zhuǎn)換噴頭。

可調(diào)式輸出電源6可用車用電瓶組經(jīng)可調(diào)式升壓變壓器設(shè)置為不同輸出電壓檔位。電瓶組應(yīng)配套設(shè)置相匹配的燃油發(fā)電機(jī)，并應(yīng)設(shè)與消防車電源相連接的防水插頭。

需要指出的是，工作過程中，滅火藥劑通過高壓泵組進(jìn)行逐步加壓，所以高壓噴頭所噴出的藥劑的壓力是逐漸增加的，不會由于瞬時壓力大而產(chǎn)生過多的沖擊力影響滅火，其后坐力小，是無人機(jī)的飛行控制裝置所能控制的。

實施例2，本實施例工作的原理和步驟同實施例1，如圖4，具體不同之處在于：高壓噴液裝置安裝于無人機(jī)下方，包括便攜式水箱12和對經(jīng)流液體進(jìn)行加壓的便攜式高壓泵或高壓氣瓶組13，所述高壓管路連接高壓噴頭。

實施例3，本實施例工作的原理和步驟同實施例1，具體不同之處在于：在所述無人機(jī)的高壓軟管2上近噴頭的一側(cè)安裝有三通閥門以連接軟管支路，在所述電源導(dǎo)線4近無人機(jī)連接端的一側(cè)串聯(lián)安裝外界插口，所述外接支路和軟管支路的另一端固定在另一臺無人機(jī)的對應(yīng)位置以實現(xiàn)相對高位的高空噴液。

本實施例中采用接力滅火的方式，參照圖3和圖5，工作過程中，雙機(jī)應(yīng)保持應(yīng)有的水平安全距離，垂直距離應(yīng)小于雙機(jī)之間軟管和導(dǎo)線分別的總長度減去雙機(jī)水平安全間距的距離。在具體的實踐中，也可以多級串聯(lián)疊加至需要的滅火高度。

最后需說明的是，以上僅系本發(fā)明部分實施例，并非用以限制本發(fā)明，依據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及特征，稍加變化修飾而成者，亦應(yīng)包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)。