一种机载灭火弹精确延时定高起爆控制系统和起爆方法与流程

1.本发明属于森林火灾防控技术领域，涉及一种机载灭火弹的起爆控制系统，特别是涉及一种针对机载灭火弹进行精确延时定高起爆的控制方法。


背景技术：

2.森林草原火灾起火迅速，燃烧面积大，灭火难度极高，是世界范围的难题。灭火成功与否的关键在于能否将灭火剂精准投放并大面积分散到火场区域上空。目前，无人机、直升机等消防飞机挂载灭火弹进行灭火已成为重要的森林草原火灾防控方式之一。
3.灭火弹从飞机上投放后，如果能够在确定的有利高度将灭火剂释放出来，将能极大地提高灭火剂的分散范围和覆盖面积，对抑制控制森林火灾意义重大。
4.实现这一技术的难度同样极高。在军事上，航空炸弹一般是利用近炸引信不断探测下落过程中弹体的距地高度，从而实现定高起爆。
5.但近炸引信并不适合在灭火弹中使用。一方面，由于近炸引信技术复杂、解除保险条件苛刻、价格昂贵等原因，至今未在机载森林草原灭火装备中实际应用；另一方面，森林草原火场地面情况复杂，受到树冠、土丘等的影响，无法准确探测得到据地高度。
6.cn 211015079u“一种灭火航弹的延时引爆系统”提出了利用温度传感器探测森林火场高温信息以实现灭火航弹延时起爆的技术方案，但由于着火区域大小和温度的高度不确定性，导致该技术存在探测过程不确定性大、传感器精度难以与航弹的下落速度相匹配而无法准确定高起爆的问题，且如果灭火航弹恰巧落到非高温区，还存在造成“哑弹”的安全风险。
7.cn 201760012u“一种空爆森林灭火航弹”使用了撞地碰炸引信和时间引信双引信技术，航弹落地后碰炸抛起，时间引信作用引爆航弹抛出灭火剂，这种双引信不仅造成航弹成本过高，同时起爆高度和分散效果受落地条件（硬度、平整度等）的影响很大。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种机载灭火弹精确延时定高起爆控制系统和起爆方法，通过对灭火弹下落过程中不同高度的准确延时计量，控制灭火弹在最佳高度精准起爆释放灭火剂。
9.本发明所述的机载灭火弹精确延时定高起爆控制系统和起爆方法是在多年军工技术积累和消防实践基础上，在机载灭火弹中引入控制芯片精确时间控制技术，通过精准计算灭火弹下落不同高度的时间，实现对灭火弹下落过程中不同高度的准确延时计量，最终实现在灭火剂的最佳释放高度精准控制灭火弹起爆。
10.为实现上述发明目的，本发明所述的机载灭火弹精确延时定高起爆控制系统是由飞行控制系统，固定安装在飞行器上的智能起爆器、光学吊舱、测距毫米波雷达，设置在灭火弹上的内置有控制芯片和储能电容的起爆雷管，以及飞行器上用于固定灭火弹的电磁信号控制挂钩组成。
11.其中，所述飞行控制系统包括地面控制系统和飞行控制舱两部分，所述飞行控制舱固定安装在飞行器上，通过无线通信方式与地面控制系统保持联系，并接收地面控制系统的指令。
12.所述光学吊舱和毫米波测距雷达分别与飞行控制舱电路连接，并通过飞行控制舱与地面控制系统进行信号和数据传输，用于将光学吊舱采集的红外或可视信号，毫米波测距雷达采集的高度信号传输至飞行控制舱并无线传输至地面控制系统。
13.所述智能起爆器一端与飞行控制舱电路连接，一端与灭火弹上的起爆雷管通过带有拉拔插头的电路连接，以实现正常的信息传递。
14.与常规的灭火弹一样，在本发明机载灭火弹的壳体内设置有起爆雷管、中心爆管和干粉类灭火剂，通过起爆雷管引爆中心爆管，涨裂灭火弹弹壳以将干粉类灭火剂抛洒出去实现其灭火功能。不同的是，本发明机载灭火弹起爆雷管内置的储能电容在平时是处于无电状态，无法触发起爆雷管，只有将起爆雷管通过带有拉拔插头的电路与设置在飞行器上的智能起爆器连接后，才能够通过智能起爆器向起爆雷管内置的控制芯片发送延时设置指令和向储能电容充电。
15.所述控制芯片是在灭火弹与飞行器分离，拉拔插头被拉拽断开的瞬间开始进行计时的。
16.所述电磁信号控制挂钩与飞行控制舱电路连接，通过飞行控制舱发布命令操控挂钩的打开与闭合。灭火弹被挂载在电磁信号控制挂钩上并加以固定，挂钩处于闭合状态。
17.进一步地，本发明所述的机载灭火弹精确延时定高起爆控制系统还包括设置于智能起爆器上的密钥识别系统，其执行来自飞行控制舱的带有密钥的指令后通电工作。
18.密钥的作用则在于本发明起爆雷管内的控制芯片只接收设定密钥波形的起爆信号，对其它静电、射频、杂散电流等干扰信号一律不予响应，这样就确保了在特定波形的起爆（或点火）信号发出前，灭火弹不会发生可能导致意外的早爆事故，确保人员勤务处理和飞机飞行过程的安全。
19.其中，所述的飞行器可以是消防直升机或无人机。
20.利用本发明所述机载灭火弹精确延时定高起爆控制系统对灭火弹进行精确延时定高起爆的方法包括：将灭火弹通过飞行器上的电磁信号控制挂钩悬挂在飞行器上并加以固定，此时电磁信号控制挂钩处于闭合状态；飞行器起飞后，通过其上搭载的可见光和红外传感器探测地面着火区域，并将探测信号传递给飞行控制系统；飞行控制系统控制飞行器飞行到地面着火区域上空并进入悬停状态；飞行器上搭载的测距毫米波雷达准确测定出飞行器的悬停高度h，并传递给飞行控制系统；飞行控制系统向智能起爆器发布充电信号，向起爆雷管内设置的储能电容充电，并输入预定起爆高度h；智能起爆器依据公式：t = [2(h
−
h)/g]
0.5
计算出延时起爆时间t，储存在控制芯片中；充电完成后，飞行控制系统向电磁信号控制挂钩发布投弹指令，电磁信号控制挂
钩打开释放灭火弹，灭火弹自由落下，依靠重力作用将起爆雷管与智能起爆器之间的拉拔插头拔脱，控制芯片依据延时起爆时间t开始倒计时；到达延期起爆时间t，灭火弹下落至预定起爆高度h，控制芯片触发储能电容向起爆雷管放电，起爆雷管引爆灭火弹进行灭火。
[0021]
其中，所述飞行控制系统发布的指令可以是飞行控制舱直接发布指令，也可以是由地面控制系统向飞行控制舱发布指令。
[0022]
机载灭火弹的起爆高度直接关系到飞行器安全和灭火效果。本发明的精确延时定高起爆方法不仅能够确保飞行器的安全，而且可以在最理想的高度将灭火剂释放出来，以达到最好的灭火效果。
[0023]
具体来讲，机载灭火弹被挂载在飞行器上时，其智能起爆器中的电子芯片被预设了特定电信号波形的密钥以及依据投弹高度和预设起爆高度计算出的延期时间。当飞行器投掷出灭火弹时，带有控制芯片的起爆雷管开始延时计时，当其下降到灭火剂释放的合适高度时，储能电容会自动放电，引爆起爆雷管，将灭火弹中驱动灭火剂分散的炸药起爆，爆炸冲击波和高压气体迅速驱动灭火剂大面积分散开来，实现大范围快速灭火。
[0024]
本发明提供了一种能够精确控制机载灭火弹投掷后起爆高度的技术，本发明的精确延时定高起爆技术是通过精确控制起爆时间达到控制起爆高度的目的，延时启动精度可以控制在毫秒级，最高可达1毫秒，灭火弹起爆并释放灭火剂的高度误差可以控制在
±
1米的范围内。
[0025]
本发明不仅解决了目前机载灭火弹在森林草原灭火中定高起爆释放灭火剂的技术难题，具有起爆高度控制精准的优势外，还具有结构简单、安全可靠、成本低、使用操作方便、安全性好等优点，具有良好的推广应用前景。
附图说明
[0026]
图1是本发明机载灭火弹精确延时定高起爆控制系统的结构示意图。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，从而使本领域技术人员能很好地理解和利用本发明，而不是限制本发明的保护范围。
[0028]
需要说明的是，当一个元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，可以是直接在另一个元件上或间接在另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，也可以是直接连接或间接连接至另一个元件上。
[0029]
本发明实施例中使用的各种仪器、设备、原料或试剂，并没有来源上的特殊限制，均为可以通过正规商业途径购买获得的常规产品。
[0030]
本发明安装在飞行器上的机载灭火弹精确延时定高起爆控制系统如图1，主要包括灭火弹1，挂钩2，飞行控制舱3，智能起爆器4，光学吊舱5，测距毫米波雷达6等部分。
[0031]
所述飞行控制舱3与地面控制系统共同组成飞行控制系统，通过无线通信方式与地面控制系统保持联系，并接收地面控制系统的指令。
[0032]
所述灭火弹1内部包含有起爆雷管、中心爆管和干粉类灭火剂，起爆雷管安装在灭
火弹的头部并与智能起爆器4通过带有拉拔插头的电路连接，在所述起爆雷管内设置有控制芯片和储能电容。
[0033]
所述挂钩2为受电磁信号控制的挂钩，挂钩的打开与闭合由地面控制系统通过飞行控制舱3发布命令来操控。飞行器起飞前，灭火弹1被挂载在挂钩2上并加以固定。
[0034]
所述智能起爆器4内置特殊设计的电路板，一端与飞行控制舱3电路连接，通过软件执行来自飞行控制舱3的命令，并具有分析、判断、延时设置、自检等智能化功能，一端与灭火弹1上的起爆雷管通过带有拉拔插头的电路连接，以实现正常的信息传递。
[0035]
所述光学吊舱5和毫米波测距雷达6均与飞行控制舱3电路连接，并通过飞行控制舱3与地面控制系统进行信号和数据传输，用于将光学吊舱采集的红外或可视信号，毫米波测距雷达采集的高度信号传输至飞行控制舱并无线传输至地面控制系统。
[0036]
灭火弹投掷后的定高起爆是通过精确控制灭火弹与飞行器分离时开始计时的延时时间实现的。其中，本发明的精确延时定高起爆技术系统中的命令接收和信息传递采用了特殊密钥波形，其它形式的电磁能量和信息无法在本发明技术系统传输。
[0037]
飞行器飞到森林草原着火区上空附近后，光学吊舱5通过可见光和红外传感器探测地面附近着火区，探测信号传回地面控制系统后，由地面控制系统向飞行控制舱3发布命令引导飞行器飞行到火场上空后进入悬停状态，由测距毫米波雷达6准确测得飞行器的悬停高度h。
[0038]
地面控制系统以密钥方式通过飞行控制舱3向智能起爆器4发布充电信号，并输入预定起爆高度数据h。
[0039]
此时智能起爆器4命令控制芯片向储能电容开始充电，同时依据公式t = [2(h-h)/g]
0.5
计算出的延期起爆时间t，储存到控制芯片中，公式中的g表示重力加速度，其它符号含义已在文中说明。
[0040]
充电完成后，地面控制系统对整体电路进行检测，确认各部分线路连接完好后，向挂钩2发布投弹命令，挂钩2打开并释放灭火弹1。
[0041]
灭火弹1自由下落时，靠重力作用将弹体头部起爆雷管与智能起爆器4之间的拉拔插头拔脱，控制芯片开始延期起爆倒计时。
[0042]
灭火弹1继续自由下落，到达延期起爆时间后，控制芯片命令储能电容向起爆雷管放电，起爆雷管瞬间起爆并引爆灭火弹，此时刚好对应预定起爆高度h。
[0043]
灭火弹1被临空炸开，灭火剂向四周分散开来，在森林草原着火区上空形成灭火剂覆盖云团，进行大面积灭火。
[0044]
需要说明的是，本发明所述方法是通过控制延时时间而控制森林草原灭火弹或其它灭火装置起爆高度的，其他虽非用于森林草原灭火，但依据本发明技术原理通过控制自由下落时间从而实现定高起爆的装置或用途，也属于本发明技术保护的范围。
[0045]
本发明以上实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制本发明仅为以上所述实施例。本领域普通技术人员在不脱离本发明原理和宗旨的情况下，针对这些实施例进行的各种变化、修改、替换和变型，均应包含在本发明的保护范围之内。