电磁弹射灭火及其飞行控制方法

本发明涉及消防灭火，具体是一种电磁弹射灭火弹及其飞行控制方法。

背景技术：

1、森林、草场、化工厂、物流中心、油料存储基地等场所，具有过火面积大、地形复杂、交通不便等特点。一旦发生火灾，现有救援力量和装备难以得到充分发挥，有效地阻隔与控制火势的蔓延是当今世界应急救援的一大难题。而传统炮射灭火弹，载药量通常只有几十克到几千克，覆盖面积只有十平方米左右，对面目标的覆盖能力有限，且无精确命中着火点的能力。

2、目前市场灭火弹多为采用炮射或迫击炮发射的灭火弹，该类型弹携载灭火剂的重量有限，通常小于10公斤，且不具备精确制导和智能控制能力。航空制导灭火弹载重量大，但受地形、使用条件和火场环境影响大，且费用高，受载机限制，每次投放量仅1-4枚，灭火剂总量相对有限。

3、学术期刊《强激光与粒子束》2020年2月第32卷2期发表的《电磁弹射灭火弹消防系统研究》提出采用电磁线圈发射器发射灭火弹进行灭火，基于电流丝模型法设计了一种10级线圈发射器模型，以脉冲电容器作为初始能源，采用续流电路对线圈进行时序放电，实现对线圈内的弹丸加速。该方法由于受线圈直径的限制，弹丸携载灭火剂的重量有限，通常小于10公斤，而且通常只能装载固定重量的灭火剂，且弹丸的过载加速受限，最大弹射速度较小，速度可调区间窄，同时在强电磁环境包围中，弹丸内不能装载精确制导控制部件。

4、实用新型专利《一种复合制导机载灭火弹》一种复合制导机载灭火弹，解决了现有机载灭火弹制导不准确以及维护成本高的技术问题，包括弹身，弹身前端设有红外导引头，包括超级电容、飞行控制器、舵机、制导尾翼、以及导航卫星接收机电等，但该弹需要飞机投放，投放过程复杂，受天气、载机轨迹等影响比较大，机动灵活性差；难以反复多次快速发射灭火弹，对火场实现饱和覆盖；另一方面该弹采用红外导引头等设备，灭火弹造价昂贵，经济型不好，同时由于机载投放，难以调节携带的灭火剂数量。

5、目前现有的灭火弹在应用过程中的主要问题体现在：

6、(1)现有灭火弹大多数缺乏精确制导能力，无法对灭火部位进行精确投放；

7、(2)携带灭火材料少，通常为十公斤以下，且难以根据火场要求，调整所载灭火材料的种类和重量。现有灭火弹受到发射动力的限制，外壳重量较大，有效载荷比小，所带灭火剂的重量有限，灭火能力有限，难以扑灭大型火灾；

8、(3)对于高层楼宇、化工厂、港口、森林等大型火场，过火面积大，危险性高，消防官兵的安全要难以得到保障，需要尽可能的让人员设备与火场脱离直接接触，需进一步增大灭火弹射程，同时在大型火场还需要能够对火场内部纵深着火点进行精确扑灭；

9、(4)对于高层楼宇、化工厂、港口、森林等大型火场，过火面积大，现有灭火弹受载弹量及发射方式影响，难以对火场实现饱和覆盖；

10、(5)现有灭火弹通常采用热发射，携带火工品，可能引起二次灾害，尤其不适用在石油化工品等危险易爆、离火灾现场较近的区域。另一方面火工品管控严格，购买及使用火工品也需经过有关部门批准，储存维护要求高，阻碍了灭火弹的市场化。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种电磁弹射灭火弹及其飞行控制方法，不仅能够实现对着火点的精确灭火，还可以机动灵活配置发射位置，及时调整发射速度，提高灭火剂的火场覆盖范围。

2、为实现上述目的，本发明提供一种电磁弹射灭火弹，包括电磁弹射器以及依次相连的整流罩、机身中段与机身尾段；

3、所述机身中段包括回转体结构的机壳，所述机壳内具有可填充灭火子弹药或灭火剂的弹舱；

4、所述机壳的外壁上设有弹射支架，所述弹射支架可拆卸地连接在所述电磁弹射器上。

5、在其中一个实施例，所述机身尾段的壳体上沿周向间隔设有多个舵面，所述机身尾段的壳体内设有多个舵机，且所述舵机与所述舵面一一对应。

6、在其中一个实施例，所述机身尾段包括安装板以及回转体结构的尾段壳体；

7、所述尾段壳体的一端固定连接在所述安装板的一侧，另一端为封口结构，所述机壳固定连接在所述安装板另一侧的边缘位置。

8、在其中一个实施例，所述尾段壳体包括圆台壁面与圆顶壁面；

9、所述圆台壁面的大面端与所述安装板固定相连，所述圆顶壁面固定覆盖在所述圆台壁面的小面端上。

10、在其中一个实施例，所述尾段壳体上对应所述舵面的位置设有通孔，所述舵面的根部设有连接件；

11、所述连接件的一端与所述舵面固定相连，另一端穿过对应所述通孔后与对应所述舵机的输出端固定相连，或

12、所述舵机的输出端穿过对应所述通孔与对应所述连接件的另一端固定相连。

13、在其中一个实施例，所述机身中段还包括管状结构的机身中枢，所述机身中枢的一端与所述机身尾段相连，另一端与所述整流罩相连；

14、所述机壳同轴套设在所述机身中枢上，所述弹舱位于所述机壳与所述机身中枢之间。

15、在其中一个实施例，所述机壳的型线为流线结构，所述机壳的一端与所述整流罩平滑相连，另一端与所述机身尾段平滑相连。

16、在其中一个实施例，所述弹射支架为硬质材料制成的t型结构件，所述硬质材料为钢、铝、硬树脂或碳钎维。

17、在其中一个实施例，所述电磁弹射器包括电磁弹射轨道、负载平台与灭火弹工装；

18、所述负载平台底部设有动子，且所述动子伸入所述电磁弹射轨道内部，工作时与所述电磁弹射轨道磁悬浮连接；

19、所述灭火弹工装固定连接在所述负载平台上，且所述灭火弹工装与所述弹射支架通过锁扣机构硬连接。

20、在其中一个实施例，所述电磁弹射器还包括：

21、供电系统，用于提供电能；

22、储能系统，与所述供电系统电连接，用于存储电能；

23、充电管理系统，与所述供电系统电连接，用于管路控制所述供电系统的充电方式、时间；

24、功率变换系统，与所述储能系统电连接，用于将所述储能系统中的电能转换至对应功率后输出；

25、直线电机，与所述功率变换系统、所述电磁弹射轨道电连接，直线电机的动子运动带动负载平台运动；

26、控制系统，与所述储能系统、所述功率变换系统、所述直线电机、所述电磁弹射轨道电连接，用于控制所述储能系统的储能方式、控制所述功率变换系统的功率大小、控制所述直线电机的工作方式、控制所述电磁弹射轨道的上负载平台的速度。

27、在其中一个实施例，灭火弹还包括飞行控制系统，所述飞行控制系统包括：

28、无线传输电台，用于接收地面端控制指令和预设飞行路线；

29、制导控制模块，用于根据自主导航的控制指令、无线传输电台接收的地面端控制指令或预设飞行路线生成相应的灭火弹飞行控制信号。

30、在其中一个实施例，所述飞行控制系统还包括与所述制导控制模块通信相连的：

31、导航模块，用于测算灭火弹的位姿信息并传输至所述制导控制模块，以使得所述制导控制模块根据灭火弹的位姿信息和着火点位置，根据设定的制导律、控制律，计算出需要调整的姿态信息；

32、姿态舵机模块，用于根据所述制导控制模块实时解算出的姿态信息，生成舵机控制数据值，控制舵面偏转的角度，从而实现对弹体的精确控制与制导，实现精确命中着火目标；

33、能源模块，用于保障所述制导控制模块、所述导航模块、所述姿态舵机模块在飞行时所需要的电源。

34、为实现上述目的，本发明还提供一种上述灭火弹的飞行控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

35、步骤101，控制电磁弹射器通电，使电磁弹射器上的各设备开始工作；

36、步骤102，将灭火弹安装在电磁弹射器上；

37、步骤103，电磁弹射器运动准备，判断是否满足发射条件：

38、若是，则进行步骤104；

39、否则，再次进行步骤103；

40、步骤104，控制电磁弹射器中的直线电机通道，通过电磁弹射器中的控制系统控制直线电机运动，使电磁弹射器上的负载平台加速，带动灭火弹加速；

41、步骤105，判断灭火弹的速度是否达到发射速度：

42、若是，则进行步骤106；

43、否则，再次进行步骤105；

44、步骤106，电磁弹射器上的灭火弹工装松开锁扣，使灭火弹弹射出电磁弹射器；

45、步骤107，灭火弹弹射出电磁弹射器后，灭火弹上的飞行控制系统开始运行，实时解算灭火弹的位姿信息，并通过控制舵面纠正灭火弹的弹道偏差，直至灭火弹到达目标点；同时，电磁弹射器的控制系统控制电磁弹射器上的负载平台减速，并回归初始位置，随后判断是否还有下枚灭火弹待发射：

46、若存在，则返回步骤102；

47、否则，控制电磁弹射器断电，使电磁弹射器上的各设备停止工作。

48、本发明具有如下有益技术效果：

49、1、可以实现灭火弹的精确制导，对灭火部位精确投放；

50、2、一次携带灭火材料多，每次携带灭火材料可从十公斤到数百公斤；

51、3、可以在距离火场数百至上千米外投放灭火弹，避免人员设备与火场直接接触，提高人员、设备的安全；

52、4、通过电磁弹射，可以反复多次快速发射灭火弹，对火场实现饱和覆盖；

53、5、安全可靠，采用电磁弹射，避免了火药发射等传统方式带来的安全隐患；

54、6、经济环境友好，电磁弹射采用电流作为动力源，电磁弹射装置可以反复使用，使用费用低，且不产生废气、废渣等环境污染物。