CN107323675A - 一种消防用飞行器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防用飞行器，该飞行器载重量大、飞行时间长，可以用于灭高层、超高层建筑的火。

Description

一种消防用飞行器及其应用

技术领域

本发明属于消防领域，特别是一种能够用来灭火、救援的飞行器。

背景技术

无人机用途广泛、成本低、效费比好、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便，在现代战争中有着极其重要的作用。在民用领域也广泛用于地图测绘、地质勘测、灾害监测、空中交通管制、边境巡逻监控、通信中继、农药喷洒等领域。

近年来，高层、超高层建筑的消防问题日益严重，北京、上海、伦敦等地都发生过著名的高层建筑火灾。高层建筑着火的后果非常严重，主要是因为其救援非常困难。目前，消防车的灭火高度只有100多米，大约30-50层楼的高度，再高则无能为力了。

但是，当前多旋翼型无人机由于能源问题，载重量小（一般在20公斤以下，绝大多数在10公斤以下）、飞行时间短（一般在一小时以内甚至半小时内），限制了使用无人机来直接进行灭火、救援。现在无人机在消防、救援领域一般仅用作通讯(包含搜索、实时拍摄等等)的作用。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种可以用于消防、救援的大载重飞行器。

我们注意到，在消防、救援、娱乐、运输等领域，需要飞行器的载重量较大，要求最好能够载人，即载重量在40~100公斤以上，甚至更大，并且要求飞行的时间足够长，最好在2小时以上。然而，目前的多旋翼型无人机不能满足这一载重量与飞行时间的要求。固定翼型飞行器由于没有悬停的功能，更不能满足这一要求。

本发明提供了一种灭火高度可达到200～1000米以上的飞行器，理论上可以灭任何楼层的火。与现有的消防车相比，该飞行器成本低廉，灭火的高度大大提高，可达到200～1000米以上。与现有的消防车相比，该***成本低廉，灭火的高度大大提高，完全满足当前高层建筑的灭火需要。

本发明的技术方案如下 :

飞行器采用多旋翼型，包括电机、电机上安装的机翼（桨片）、机架、以及控制部件。飞行器接有导线，导线连接到飞行器之外的电源（外接电源）对飞行器供电。所述导线具有较大的强度，可承受大于100N以上的拉力，这可以通过多个方式实现，例如采用较粗的铜线/铜电缆、或者在导线中采用增强体（例如钢丝、钢丝网等）等等。

作为优选，导线的可导电部分的横截面积大于10平方毫米。

作为优选，导线可以承受的负载的质量比飞行器的质量还要大M公斤以上，M的范围是20~5000公斤。

所述导线为可以导电的线形物体，包括但不限于电线或电缆。导线用于连接到外接电源对飞行器进行供电；或者飞行器/飞行器的机架上设置了电源接口，这样当飞行器工作时也可以使用导线连接到外接电源供电。

所述的外接电源包含但不限于发电机、民用电（线）或工业用电（线）、电池、交通设备上的电源、建筑上的电源、空中的电源等。根据需要，可以将外接电源直接连接到飞行器，或者在飞行器上安装变压器、进行变压后再使用。

作为优选，电源采用民用或工业用电。

工作时，将导线在高处与外接电源连接，例如屋顶、建筑的顶部区域、空中平台等等地方。导线的两端连接除了保证电源与飞行器之间电学的导通之外，还对导线的两端作力学上的固定，以保证当飞行器因故障坠落时，能够被导线拉住。所述的固定包括但不限于将导线或导线中的力学增强体采用绑、系、扎等方式固定或限定在飞行器/飞行器机架、电源所在位置的牢固、可承受导线拉力的地方。所述的高处，是指离地面3米以上的地方。

当然，还可以将导线与电源在较低处连接，但是经过高处，再连接到飞行器。本领域内技术人员根据本发明的方案可以做出的类似变换，也在本发明的保护范围之内。

可以看出，本发明的飞行器工作时的最低位置可以低于其出发时的位置，或者该飞行器工作时的最低位置可以低于外接电源的位置，所述的高处是指离地面3米以上的空中。

作为优选，导线还在飞行器的机架上进行固定。这样，当飞行器因故障坠落时，能够被导线牢牢拉住。

可以采用绕线装置收放导线，以控制导线的长度与飞行器的位置相协调，保证飞行器坠落时能及时拉住，不至于坠落太久后下降速度过快。

所述的绕线装置可以采用手动或机械控制，也可以采用遥控控制。

飞行器的控制部分，可以利用外接电源直接供电，也可以将外接电源变压后供电，或者采用电池进行供电。飞行器中可以包含备用电源，例如电池组，也可以没有。备用电源用于在紧急情况下对电机进行供电，但是飞行器的动力部分主要或全部采用外部的电源供电。正常情况下采用外接电源供电，一旦由于电源出故障，可以迅速切换到备用电源，以防止飞行器由于电源故障而坠落。

本发明所述的电机可以是直流电机，也可以是交流电机。

在飞行器内部安装了用来测量高度与水平位置变化的仪器，包括但不限于超声波传感器、气压计、GPS等。飞行器内部还设置了惯性测量单元，包括陀螺仪、加速度计传感器及其它控制部件，用来识别自身的飞行状态和相对位移。以保证在GPS信号差的地方仍然能够稳定地控制飞行器的姿态，确保安全。例如室内、山区、高层建筑之间等环境。

在操作模式上，采用遥控或飞行器上直接操控的模式。所述飞行器上直接操控是指人在飞行器上根据操作按钮、手柄或操作界面等直接操控飞行器。例如有的情况下遥控方式可能会存在信号干扰、遮挡等状况，这时采用线控或人工在飞行器上直接操控更加有效。

本发明的飞行器可以安装摄像头之类的监控设备，通过遥控、线控或飞行器上直接操控，可以很方便地监控目标的状况。本发明的飞行器还可以包括落地缓冲***，以降低飞行器降落时的冲击力，所述缓冲***可以是在飞行器的触地部位安装支架或带弹簧的部件，或气垫等等。

本发明的飞行器包括载人或载物部件，例如平台、舱体、或其他形式。载物部件可以用来搭载救援用的物品、食品等。在飞行器之上还可以安装其他工具或配件，以满足飞行器在消防、灭火、救援、运输、娱乐等方面的应用。

为了进一步提升飞行器的安全性，可以在飞行器上安装安全绳，安全绳的一头固定在飞行器上；另一头固定在飞行器之外的牢固端，一般安装在高处、屋顶或建筑的顶部区域。安全绳可以采用刚性材料或弹性材料做成，可以承受的拉力大于100N以上。

作为优选，安全绳采用弹性材料，可以有一根或多根。

作为优选，安全绳可承受的拉力在500N~2000N以上。

飞行器上可以设置救援通道，可以是扶梯、桥、或过道等形式，用于连接飞行器与受困人员所在位置，以便让被救人员登陆飞行器。救援通道可以采用可拆卸、折叠或可伸缩的装置，以便需要的时候使用。

在飞行器上安装可以用来喷射灭火介质的含孔部件，所述含孔部件包含但不限于管道、喷枪、喷嘴。飞行器上还可以搭载灭火器、灭火弹等用来灭火的设备。

也可以在飞行器/飞行器机架上预留了安装含孔部件的位置、或者安装了固定含孔部件的设备/装置，类似的简单变换或替代也包含在本发明的保护范围之内。

飞行器上可以安装机械手，用来调整含孔部件喷射灭火介质的角度，提高灭火效率。所述调整可以通过人员在飞行器上调整，也可以通过遥控的方式进行。

为了防止导线、安全绳被桨片碰到，可以采用网罩将桨片罩住，这样，一方面避免了桨片碰到导线、安全绳，一方面还可以保护桨片。

本发明的飞行器的工作模式如下：

当建筑的某一楼层着火后，在建筑的屋顶、顶部区域或其他高处将飞行器的导线与外部电源连接好，并作固定；有安全绳的，将安全绳的两端分别与屋顶等高处的牢固处、飞行器机架连接牢固；将水管、水带等可以运输灭火介质的管道一端连接到屋顶的介质源，另一端连接到飞行器上的含孔部件，并做固定。导线、管道、安全绳都可以通过绕线装置来控制。视需要在飞行器上搭载灭火器、灭火弹等设备，以及消防人员。

连接好后，控制飞行器起飞，并且一般是往下飞（因为起飞时的位置较高），飞往灭火位置。这样，飞行器可以喷射灭火介质进行灭火，还可以进行救援作业。

周边建筑的屋顶或顶部区域也可以放飞飞行器，对失火建筑进行灭火。

当然，也可以在屋顶、建筑的顶部区域预先布置好飞行器，一旦发现失火，则可以在楼下、楼顶或其他位置遥控飞行器起飞，前往灭火。并且，只要飞行器布置的位置合适，一架飞行器可以对多栋建筑进行灭火作业。

有益的效果：

本发明有两个重要的创新点：1.当前消防车都是从下往上送水/泡沫灭火，而本发明的飞行器一般是从上向下送水/泡沫灭火；2.当前飞行器一般是向上飞行作业，而本发明的理念是飞行器向下飞行作业。

当然，本飞行器也具备往上飞行作业的能力。

这两个创新点带来了以下优点：

1.采用本发明方案的飞行器，通过飞行器拉起管道，从高处运输灭火介质向下灭火，从而可以灭高层、超高层建筑任何楼层的火，远远突破了当前消防车只能灭100多米高的建筑的限制，彻底根治高层、超高层建筑灭火难的世界难题；

2.由于导线、安全绳能够承受较大的拉力，且固定在高处，避免了飞行器直接跌落到地面造成的后果，是一种安全的设备；

3.由于导线、安全绳、管道都固定或引自高处，这样，导线、安全绳、管道的大部分重量被它们自身承受，飞行器只需要承受极少部分重量，这样有了更大的负载能力去工作。

本发明还有其他优点：

第一，飞行器可以不带电池，或者只带很少的电池，大大减轻了飞行器的重量，并且当增加电机时，电机所增加的功率基本上都可以用来增大拉力；第二，由于外接电源，飞行器的飞行时间可以不受限制；第三，由于没有能源方面带来的困扰，本发明的飞行器可以选用功率大的电机，从而产生非常大的拉力。其载重量可以达到50～5000公斤以上，可以轻松地搭载多名消防人员或被救援人员，使得既可以将消防人员运输到高层、超高层建筑中的灭火地点进行实地灭火，还可以将被救人员救下来。例如，目前多旋翼无人机所采用的电机一般只能拉起10公斤以下的载荷，绝大多数都在5公斤以下。增大电机的功率时，所需要的电池会更多、也就越重，所以实际能够增加的载重量十分有限。因此，即使是当前载荷比较大的用于喷洒农药的无人机，其载荷一般也就是十几公斤，然而，本发明的飞行器可以非常便捷地将飞行器的载重量提升到40公斤以上。例如，选用拉力为80公斤甚至更大的电机，制作一个八轴的旋翼型飞行器，则可以拉起500公斤以上的载荷。使用功率更大、数量更多的电机，产生的拉力会更大。

此外，本发明的消防与救援***可以从各个角度进行灭火，如左、右、上、下等方位。周边的建筑也可以进行联合消防。本发明的成本也十分低廉。

为了便于理解本发明，下面提供附图及实施例用于解释本发明，但它们不构成对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的飞行器的结构示意图。该示意图只标出了本发明的飞行器的基本结构，还有不少部件未标出，本领域内技术人员可以根据现有技术安装。

附图标记说明：

1- 飞行器

2- 导线

3- 水带

4- 喷嘴

5- 灭火介质

具体实施方式

下面通过结合实施例详细描述本发明的飞行器件。

首先制造机架，在机架上安装电机，将桨片安装到电机上。再安装气压计、GPS模块、陀螺仪、加速度计传感器以及各控制***、遥控***、线控***、摄像／监控***等。控制***采用电池供电，电机采用外接电源供电，导线采用钢丝增强的铜电缆，可承受的拉力为5000N。将导线在机架上固定之后，再与电调/电机连接。

然后在飞行器的下部安装载人舱，并在载人舱里安装飞行器的操控***，便于人员操控飞行器。

在飞行器的最下端安装落地缓冲***。

在飞行器上安装喷头，并准备好水带。

以上所述仅是本发明实施方式的一个例子，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种飞行器，其特征在于：飞行器或飞行器的机架上安装了可以用来喷射灭火介质的含孔部件，或者飞行器上预留了安装含孔部件的位置，或者安装了固定含孔部件的设备或装置，所述含孔部件包含但不限于管道、喷枪、喷嘴。

2.一种如权利要求1所述的飞行器，其特征在于：该飞行器装有可以连接到飞行器之外电源的导线，或者飞行器或飞行器的机架上预留了电源接口、以便于飞行器工作时用导线连接到飞行器之外的电源；并且所述的导线不仅起导电的作用，还可以起到受力的作用、避免飞行器坠落到地面。

3.一种可构成如权利要求1所述的飞行器的机架，其特征在于：该机架上连接了可以连接到飞行器之外电源的导线，或者该机架上预留了电源接口、以便于飞行器工作时用导线连接到飞行器之外的电源。

4.一种如权利要求1所述的飞行器, 其特征在于：该飞行器上连接有安全绳，所述安全绳为线状物体，能够承受大于M公斤的载荷，M的范围是20~5000。

5.一种如权利要求2所述的导线，其特征在于：该导线的可导电部分的横截面积大于10平方毫米，或者该导线可承受100N以上的拉力，或者导线的组成部分中除了导电部分、绝缘部分外，还有拉力增强部分，所述拉力增强部分包括但不限于钢丝、钢丝网、尼龙绳等各种强度较大的线状物体。

6.一种如权利要求2所述的导线，其特征在于：该导线可以承受的负载的质量比飞行器的质量还要大M公斤以上，M的范围是20~5000。

7.一种如权利要求2所述的导线，其特征在于：该导线的两端除了连通电源与飞行器之外，还做了固定，使得飞行器搭载M公斤以上的载荷并断电时，导线能够拉住飞行器、避免飞行器坠落到地面；所述的固定包括但不限于将导线或导线中的力学增强部分采用绑、系、扎等方式固定在飞行器/飞行器支架、电源所在位置的牢固、可承受导线拉力的地方，M的范围是20~5000。

8.一种如权利要求1所述的飞行器, 其特征在于：该飞行器安装在屋顶或其他高处，或者导线或安全绳经过屋顶或其他高处，或者飞行器的导线或安全绳固定在屋顶或其他高处，或者飞行器工作时可被导线或安全绳吊在屋顶或其他高处，或者飞行器工作时其导线与外部电源的连接位置在建筑的屋顶或顶部区域，或者该飞行器工作时是从屋顶或其他高处向下飞行作业，或者该飞行器工作时的最低位置可以低于其出发时的位置，或者该飞行器工作时的最低位置可以低于外接电源的位置，所述的高处是指离地面3米以上的空中。

9.一种如权利要求1所述的飞行器, 其特征在于：该飞行器含有载人部件、载物部件、救援通道、网罩中的一种或多种，所述救援通道包含但不限于扶梯、桥、或过道等形式，所述的网罩是指用来罩住飞行器的桨片的刚性、有孔的罩。

10.一种如权利要求1所述的飞行器在消防、灭火、救援、运输、娱乐等方面的应用。