可控制导灭火弹、灭火系统及灭火方法与流程

【技术领域】

本发明属于高层建筑救援灭火技术领域，具体涉及一种可控制导灭火弹、灭火系统及灭火方法。

背景技术：

目前，在各大、中城市，高层建筑物的高度和密度逐渐增加，高层建筑消防安全问题也日益突出。高层建筑物一旦发生火灾，后果将不堪设想。高层建筑物的火灾扑救，已成为各城市发展过程中面临的严峻考验。

对于高层建筑物的灭火扑救，一般消防车难以达到高层建筑物的高度，现有技术中有采用无人机带动制导灭火弹进行灭火，无人机将制导灭火弹带到与着火的高程建筑物同一水平高度下，进行制导灭火弹的发射，制导灭火弹射入火场进行灭火。然而，这种灭火方式需要救火人员进行遥控操作，由于火灾现场烟气太大，救火人员不能明确的获取着火点的具体位置，而且普通灭火弹发射后，由于飞行角度无法调节，灭火弹难以命中着火点，不能有效的扑灭火源，导致延误救援，给火灾内的生命和财产造成了极大的威胁。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可控制导灭火弹、灭火系统及灭火方法，在火灾现场不能明确获取着火点位置的情况下，可控制导灭火弹点火发射后的飞行过程中自动获取着火点位置并调节飞行角度，以使其正确命中着火点。

本发明的一种技术方案为：可控制导灭火弹，包括弹体，弹体内部具有用于容纳灭火粉的容纳空间，容纳空间内设置有沿其前端延伸到后端并伸出的导爆索；

弹体前端连接有弹头，其内部安装有用于测量弹头前方各个方位的温度信息的四象限导引头；

弹体后端连接有控制仓，其内安装有控制器、若干个舵机和火箭发动机；控制器用于接收四象限导引头发出的温度信息，并根据温度信息计算生成控制信息发送至每个舵机；

控制仓外部安装有与舵机连接的尾舵，每个舵机均用于接收控制器发出的控制信息，并根据控制信息调节尾舵的转向，以调节可控制导灭火弹的飞行方向。

进一步地，每个尾舵均为薄片板体，间隔且垂直设置于控制仓外壁上，若干个尾舵位于弹体的同一横截面上。

进一步地，每个尾舵均通过连接装置与舵机相连接，连接装置的内端与舵机的动力输出端连接，外端与尾舵连接，连接装置用于在舵机的带动下带动尾舵相对于控制仓外壁转动。

进一步地，弹体与弹头之间、弹体与控制仓之间均设置有堵板，堵板为圆板，圆板的直径与柱状的中空壳体的外径相等；

圆板的两面靠近其边沿处均向外延伸有环状凸起，环状凸起用于伸入柱状的中空壳体的两端、弹头的连接端或控制仓的连接端内部，并与柱状的中空壳体的两端、弹头的连接端或控制仓的连接端相连接。

进一步地，两个堵板之间设置有一管体，且两个堵板上设有与管体相连通的通孔，管体用于固定导爆索，还用于供四象限导引头与控制器之间的数据线路穿过。

进一步地，管体位于弹体的中轴线上

进一步地，弹头的前端中心处设置有一椎体。

进一步地，弹体外壁上设置有与其走向一致的若干个边条翼，每个边条翼均为薄片板体，间隔且垂直设置于弹体外壁上，若干个边条翼位于弹体的同一横截面上。

本发明的另一种技术方案为：灭火系统，包括上述的可控制导灭火弹和一飞行器，飞行器下方设置有一滑槽，可控制导灭火弹的弹体上设置有至少一个滑块，滑块用于当可控制导灭火弹启动后，沿滑槽滑动，以控制可控制导灭火弹的发射方向；

还包括一激光瞄准器和远程遥控器，激光瞄准器安装在飞行器下方的支架上，激光瞄准器用于获取着火点及其周围的影像信息，以及激光瞄准器与着火点所在建筑外墙之间的距离信息，并发送至远程遥控器；远程遥控器用于接收影像信息和距离信息，并发送点火信息，以启动可控制导灭火弹。

本发明的另一种技术方案为：灭火方法，其特征在于，使用权利要求9的灭火系统，包括以下步骤：

通过远程遥控器启动飞行器，飞行器携带可控制导灭火弹及激光瞄准器起飞，飞行至着火点所在建筑的窗外，调节飞行器的飞行位置直至激光瞄准器与建筑的窗的高度差在预设范围内，以及激光瞄准器与建筑的外墙距离在预设距离范围内；

通过远程遥控器启动可控制导灭火弹内的火箭发动机启动，同时启动可控制导灭火弹内的加速度传感器和四象限导引头，并通过可控制导灭火弹内的控制器采集加速度信息和温度信息；

可控制导灭火弹角度调节步骤：控制器根据温度信息，计算生成可控制导灭火弹的方向调节信息并分别发送至可控制导灭火弹内的每个舵机，每个舵机根据方向调节信息调节对应尾舵的旋转角度；

重复执行可控制导灭火弹角度调节步骤，直至可控制导灭火弹的飞行方向朝向着火点；

当可控制导灭火弹的椎体碰触并击破建筑的窗上的玻璃时，控制器检测到加速度传感器所测量的可控制导灭火弹的加速度超出预设阈值，延迟预定时间后启动导爆索炸破弹体，将其容纳空间内的灭火粉喷洒出，以扑灭着火点的火源。

本发明的有益效果是：本发明采用四象限导引头，可以精准获取弹头不同方向的温度，并根据温度差判断出着火点的位置，通过控制器控制舵机来调节尾舵的朝向，进而使得可控制导灭火弹朝向着火点的位置飞行，最终可控制导灭火弹对着火点进行精准灭火，提高灭火效率、降低偏差率。

【附图说明】

图1是本发明实施例可控制导灭火弹的外部结构示意图；。

图2是本发明实施例可控制导灭火弹的透视结构示意图；

图3是本发明实施例中灭火方法的步骤流程图；

图4为本发明实施例中激光瞄准器的内部结构示意图；

图5为本发明实施例中激光瞄准器的表面结构示意图；。

其中：1.弹体；2.边条翼；3.火箭发动机；4.舵机；5.尾舵；6.弹头；7.四象限导引头；8.椎体，9.管体。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明实施例一方面公开了一种可控制导灭火弹，如图1所示，包括弹体1，弹体1为一柱状的中空壳体，两端均为敞口，内部形成用于容纳灭火粉的容纳空间，容纳空间内设置有导爆索，本实施例中的导爆索有爆炸的作用，其沿中空壳体的前端延伸到后端，并由后端伸出容纳空间，以便爆炸式将中空壳体整体炸碎，使容纳空间内的灭火粉洒出，灭火更加充分。

弹体1前端连接有弹头6，弹头6为一半球状中空壳体，其内部安装有四象限导引头7，四象限导引头7用于测量弹头6前方各个方位的温度信息。通过弹头可以撞破窗上的玻璃，进而进入建筑物室内的着火点处。

弹体1后端连接有控制仓，控制仓内安装有控制器、若干个舵机4和火箭发动机3；控制器用于接收四象限导引头7发出的温度信息，并根据温度信息计算生成控制信息发送至每个舵机4。控制仓外壁上安装有若干个尾舵5，尾舵5的数量、安装位置与舵机4相对应，每个舵机4均用于接收控制器发出的控制信息，并根据控制信息调节尾舵5的转向，以调节可控制导灭火弹的飞行方向。在本实施例中，尾舵5的数量为4个，相邻两个尾舵5间的距离相等，连接位置相对的两个尾舵5，成叉字交叉状。

本发明实施例采用四象限导引头7，在弹头6周围的四个方向分别设置一个传感器，可以精准获取弹头6不同方向的温度，并根据温度差判断出着火点相对于弹头6的方向。通过控制器控制舵机4来调节尾舵5的朝向，进而使得可控制导灭火弹朝向着火点的方向飞行，最终可控制导灭火弹到达灭火点时爆炸，将其内的灭火粉撒到着火点，进行精准灭火，提高灭火效率、降低偏差率。

本发明实施例中的可控制导灭火弹也可以实现非高层建筑物上的灭火，其四象限导引头7可以探测前方任意一点的温度，进而判断着火点相对于可控制导灭火弹的方向，再通过舵机4来调节尾舵5，可实现控制10次/s，当可控制导灭火弹距离着火点在20～30m的距离内，可以实现调节方向范围为左右1.5m，上下3m。完全可以实现高层建筑和底面着火点的灭火效果。现有制导灭火弹没有四象限导引头和控制系统，所以其只能实现高层的灭火，制导灭火弹只能直线射出，不能实现飞行方向的调节。

本发明实施例中，每个尾舵5均为薄片板体，间隔且垂直设置于控制仓外壁上，若干个尾舵5位于弹体1的同一横截面上。每个尾舵5均通过连接装置与舵机4相连接，连接装置的内端与舵机4的动力输出端连接，外端与尾舵5连接，连接装置用于在舵机4的带动下带动尾舵5相对于控制仓外壁转动。尾舵5设为薄片板体更加易于舵机4的控制，而且通过连接装置实现二者的联动，在连接装置和弹体1外壳之间增设轴承，一面影响二者的运动，轴承连接处增加密封圈等，可以起到密封效果，还能防止灭火时热气进入控制仓内，进而影响整个系统。另外，也可以用步进电机替代舵机4，进而实现尾舵的调节。

本发明实施例中，弹体1与弹头6之间、弹体1与控制仓之间均设置有堵板，堵板为圆板，圆板的直径与柱状的中空壳体的外径相等。圆板的两面靠近其边沿处均向外延伸有环状凸起，环状凸起用于伸入柱状的中空壳体的两端、弹头6的连接端或控制仓的连接端内部，并与柱状的中空壳体的两端、弹头6的连接端或控制仓的连接端相连接。

通过堵板一方面可以将弹体1进行封闭，保证其内的灭火粉稳定，不会泄漏。另一方面，通过堵板向两面延伸的环状凸起可以实现弹体1和弹头6以及控制仓之间的连接，在环状凸起、弹体1、弹头6和控制仓外壁上开设螺栓孔，通过螺栓实现固定。

本发明实施例中将堵板、弹体1、弹头6和控制仓通过螺栓固定，由于弹体1是需要爆炸开的，所以弹体材料采用轻薄软性材料制成，这样可以有效减小爆炸后产生的弹体残片对着火点附近的人产生伤害。

本发明实施例中，如图2所示，两个堵板之间设置有一管体9，且两个堵板上设有与管体9相连通的通孔，管体9用于固定导爆索，还用于供四象限导引头7与控制器之间的数据线路穿过。管体9位于弹体1的中轴线上。通过该管体9，可以实现控制数据线从弹体1内部穿过，对控制线是一种保护措施。另外，数据线的传输也可以绑在管体9外部或者是弹体1外部，但是这两种方式对控制数据线的保护效果欠佳。

本发明实施例中，弹头6的前端中心处设置有一椎体8，通过该椎体8可以轻松实现窗上玻璃的破碎，而且，在椎体8和玻璃碰撞的瞬间，可控制导灭火弹内设置的加速度传感器会检测到瞬间的加速度超出预设阈值，此时控制器会延时起爆导爆索，延时时间预先根据着火建筑的内部结构设定，一般为几十～几百ms，延时起爆后，将弹体1炸碎，其内容纳空间的灭火粉喷洒向火源，进行灭火。另外，也可以采用尖棱或具有尖状前端的物品，都可以实现该设计。

本发明实施例中，弹体1外壁上设置有与其走向一致的若干个边条翼2，每个边条翼2均为薄片板体，间隔且垂直设置于弹体1外壁上，若干个边条翼2位于弹体1的同一横截面上。通过边条翼2可以更好的控制可控制导灭火弹的飞行平稳，避免受到大风环境的影响。

本发明另一实施例中还包括灭火系统，该灭火系统包括上述的可控制导灭火弹和一飞行器，飞行器下方设置有一滑槽，可控制导灭火弹的弹体1上设置有至少一个滑块，滑块用于当可控制导灭火弹启动后，沿滑槽滑动，以控制可控制导灭火弹的发射方向。

在该灭火系统中还包括一激光瞄准器和远程遥控器，激光瞄准器安装在飞行器下方的支架上，激光瞄准器用于获取着火点及其周围的影像信息，以及激光瞄准器与着火点所在建筑外墙之间的距离信息，并发送至远程遥控器；远程遥控器用于接收影像信息和距离信息，并发送点火信息，以启动可控制导灭火弹。

本发明该实施例采用飞行器将可控制导灭火弹带到空中，通过远程遥控器进行火箭发动机点火，可控制导灭火弹飞行过程中通过在弹头6周围的四个方向分别设置一个传感器，可以精准获取弹头6不同方向的温度，并根据温度差判断出着火点相对于弹头6的方向。通过控制器控制舵机4来调节尾舵5的朝向，进而使得可控制导灭火弹朝向着火点的方向飞行，最终可控制导灭火弹到达灭火点时爆炸，将其内的灭火粉撒到着火点，进行精准灭火，提高灭火效率、降低偏差率。

在该实施例中的激光瞄准器，如图5所示，包括用于安装在飞行器上的中空盒体，盒体内部安装有激光测距仪15和摄像头12，激光测距仪15和摄像头12均朝向待扑灭火源方向。

激光测距仪15通过摆动机构16安装在盒体内部，摆动机构16用于带动激光测距仪15在水平方向上左右摆动，通过激光测距仪15获取其与待扑灭火源所在建筑的外墙表面之间的若干个距离值，并发送至远程遥控器，以为计算制导灭火弹的发射角度提供可分析数据。

通过上述实施例可以通过摄像头12采集待扑灭火源及其周围的视频信息，通过视频信息可以推测出待扑灭火源的大概所在范围，确定制导灭火弹的发射方向的范围。通过激光测距仪15可以获取其与待扑灭火源所在建筑的外墙表面之间的若干个距离值，由于待扑灭火源周围会产生烟雾，会对激光测距仪15所测量的距离有所干扰，所以通过摆动机构带动激光测距仪15进行摆动，进而获取多个距离，并结合激光测距仪15的摆动角度，通过远程遥控器计算分析出激光测距仪15与待扑灭火源所在建筑的外墙表面之间的真实距离，再通过该距离结合制导灭火弹的飞行速度以及其他信息计算出制导灭火弹的最佳发射角度，确保发射后的制导灭火弹可以命中待扑灭火源。

摆动机构16为舵机或步进电机，舵机或步进电机的输出轴与激光测距仪15的下部连接、且垂直于激光测距仪15的激光发射/接收方向。采用舵机或步进电机能够更加精确的控制摆动角度，进而得到更加精确的距离信息。另外，也可以采用其他的摆动机构，比如通过飞行器上自带的摆动机构带动其摆动。但是该设计需要进行更多的改动，会增加设备的成本。

盒体由底座17和上盖18组成，具体为一方形盒体，以提供更多的容纳空间，且方形盒体方便与飞行器的支架进行固定。上盖18的同一侧面开设有用于激光测距仪15和摄像头12穿过的通孔。上盖18侧面上开设的用于激光测距仪15穿过的通孔宽度大于激光测距仪15的宽度，以方便激光测距仪15的摆动。

另外，如图4所示，在底座17上还分别安装有充电接口10、电池11、控制板13和电源开关14。激光测距仪15、摄像头12、控制板13、摆动机构16均通过电源开关14连接电池11。控制板13还分别数据连接至摄像头12、激光测距仪15和摆动机构16。上述部件都是为了更好地实现本的功能所配置的，是根据本的具体需求以及盒体的容纳空间具体设计的，以在保证整个激光瞄准器质量和容纳空间的条件下，更好的测量出准确距离，解决了传统测距瞄准系统在正对火源或烟雾时无法获取测距数据的难题，为精确计算制导灭火弹的发射角度提供可分析数据。

摄像头12拍摄待扑灭火源处的照片，将视频信息传输至控制板。激光测距仪15测量其与待扑灭火源所在建筑的外墙表面之间的距离，并将距离数据传输至控制板13。控制板13将位置信息和距离信息传输至外部设备，外部设备将激光测距仪15的摆动动作指令发送至控制板13，由控制板13通过摆动机构16调整激光测距仪15的摆动，进而测量出为精确计算制导灭火弹的发射角度提供可分析数据。

本发明另一实施例公开了一种灭火方法，使用上述灭火系统，如图3所示，包括以下步骤：

步骤s101：通过远程遥控器启动飞行器，飞行器携带可控制导灭火弹及激光瞄准器起飞，飞行至着火点所在建筑的窗外。

步骤s102：通过激光瞄准器中的摄像头拍摄着火建筑的视频，并发送至远程遥控器。

步骤s103：遥控器操作人员根据收到的视频信息，确定飞行器的初步悬停位置。

步骤s104：远程遥控器操作人员发送信号启动激光瞄准器中的激光测距装置。

步骤s105：激光测距装置启动，测量其与前方障碍物之间的距离，即与着火点所在建筑的外墙壁之间的距离。

步骤s106：通过远程控制器生成瞄准区，该瞄准区即为发射可控制导灭火弹后其可达到的范围。

步骤s107：调节飞行器的飞行位置直至激光瞄准器与建筑的窗的高度差在预设范围内，以及激光瞄准器与建筑的外墙距离在预设距离范围内:，即进行飞行器的微调。

步骤s108：通过远程遥控器启动可控制导灭火弹内的火箭发动机3启动。

步骤s109：可控制导灭火弹发射后，就不在需要远程遥控器来操控。该步骤是可控制导灭火弹内部的完成步骤，具体包括以下步骤：

启动可控制导灭火弹内的加速度传感器和四象限导引头7，并通过可控制导灭火弹内的控制器采集加速度信息和温度信息。

可控制导灭火弹角度调节步骤：控制器根据温度信息，计算生成可控制导灭火弹的方向调节信息并分别发送至可控制导灭火弹内的每个舵机4，每个舵机4根据方向调节信息调节对应尾舵5的旋转角度。

重复执行可控制导灭火弹角度调节步骤，直至可控制导灭火弹的飞行方向朝向着火点。

当可控制导灭火弹的椎体8碰触并击破建筑的窗上的玻璃时，控制器检测到加速度传感器所测量的可控制导灭火弹的加速度超出预设阈值，延迟预定时间后启动导爆索炸破弹体1，将其容纳空间内的灭火粉喷洒出，以扑灭着火点的火源。

本发明该实施例通过上述的步骤可以实现高层建筑中的快速、精准灭火，提高灭火效率、降低偏差率。本发明中可控制导灭火弹可以瞄准火源并锁定火源方向飞行，通过测量每个象限内传感器数值，使灭火弹向数值高(温度高)的方向偏转，最终达到四个传感器数值均衡，此时灭火弹正对火源。使灭火弹准确无误的飞向火源，消除对人员的附带伤害，灭火弹在飞行过程中可根据火源的位置，实时摆动尾舵，以调整飞行方向，保证灭火弹精准地进入火源位置。