一种森林消防制导飞行系统及作业方法技术方案

本发明专利技术涉及一种森林消防制导飞行系统及作业方法，属于森林消防救援技术领域，解决了现有技术中森林消防灭火系统作业范围小、携带载荷量少的问题。一种森林消防制导飞行系统及作业方法中运载器包括：动力装置段、通信及飞行控制段、载荷段以及探测感知段；动力装置段使用火箭发动机、涡喷发动机或电驱动作为动力源；通信及飞行控制段包括：地面指挥控制通信模块、运载器制导控制模块以及减速降落装置模块；载荷段设有载荷舱；所述载荷舱携带载荷包括水基灭火剂和救援物资；探测感知段包括红外探测器、探测火源的热敏红外探测器以及运载器回收过程中的信标装置。本发明专利技术实现了灭火作业中物资投放距离远、载荷量大以及安全性高的技术效果。

A forest fire control guidance flight system and operation method

【技术实现步骤摘要】
一种森林消防制导飞行系统及作业方法
本专利技术涉及森林消防
，尤其涉及一种森林消防制导飞行系统及作业方法。
技术介绍
森林火灾对森林的破坏性大、危害深、救助困难，造成严重的经济损失，影响社会稳定。森林火灾具备覆盖面大、突发性强、蔓延速度快的特点，并且受地形和森林植被的限制，一些大型的地面设备无法近距离的靠近火场，因此森林火灾一般较难扑救。随着经济技术的发展，一些新型的装备和解决途径被提出。现有的装备主要分为近距离的森林消防机器人和消防水泵，以及远距离发射的地面平台和相对较远距离的空中机载平台，主要包含火箭筒、迫击炮、火箭弹以及发射灭火弹的多旋翼无人机和携带水箱的大载重直升机等。这些装备针对森林消防火灾具有一定的作用，但其在载荷、射程、发射精度、灭火效果以及成本管控等方面性能存在较大的缺陷，发展的应用受到极大限制。现有森林消防技术中提出一种由侦察车、弹药车、无人机和灭火弹组成的综合灭火系统，远在2～6公里范围内对森林、草原、高层楼房、厂矿企业、石油化工企业、工业区、港口、物流集散区等发生的大型火灾进行压制覆盖灭火。此种装备一定程度上能在火势初期快速投送灭火剂使火势得到初步遏制和制造隔离带，但是作为远距离定点投送装备，其灭火弹携带灭火剂的重量有限，并且灭火弹为爆炸式的喷洒灭火剂，在释放灭火剂的同时，所产生的火花或者高温对周围森林环境又带来新的安全隐患。另一方面，所发射的灭火弹不可回收利用，造成其成本较高。因此，这一定程度上限制了其应用扩展。森林消防亟待发展一种远距离、高精度、多用途、低成本、高安全的新型灭火剂及救援物资发射及投放平台及其方法，用于补充或替代现有的其它地面、空中投送平台。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种森林消防制导飞行系统及作业方法，用以解决现森林消防领域中物资投放距离短、载荷量小以及灭火安全性差的问题。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种森林消防制导飞行系统，制导飞行系统包括：运载器；运载器包括：动力装置段、通信及飞行控制段、载荷段以及探测感知段；动力装置段使用火箭发动机、涡喷发动机或电驱动作为动力源；通信及飞行控制段包括：地面指挥控制通信模块、运载器制导控制模块以及减速降落装置模块；载荷段设有载荷舱；所述载荷舱携带载荷包括水基灭火剂和救援物资；探测感知段包括红外探测器、探测火源的热敏红外探测器以及运载器回收过程中的信标装置。进一步，制导飞行系统还包括发射平台、指挥车、无人机以及侦查车；侦查车用于评估火场情况；所述无人机用于实时回传现场火情；指挥车用于接收侦查车报告与无人机回传的现场火情状况，并向发射平台发送火场的位置坐标；发射平台包括地面发射平台或空中发射平台，发射平台用于发射大载荷的运载器。进一步，地面指挥控制通信模块向运载器发射控制指令；控制指令包括地面指挥控制通信模块对运载器的发射控制指令、运载器制导控制指令以及运载器返回控制指令；运载器制导控制模块设有舵机、控制翼与驱动翼；减速降落装置模块设有减速伞。进一步，运载器与发射平台之间采用滑轨式连接。进一步，森林消防制导飞行系统的作业方法包括如下步骤：步骤1：火情侦查，锁定着火点，获得着火点位置；步骤2：发射平台发射运载器；步骤3：运载器制导飞行，到达着火点；步骤4：运载器喷洒水基灭火剂、投放救援物资；步骤5：运载器减速降落；步骤6：运载器回收利用。进一步，一种森林消防制导飞行系统的作业方法，制导飞行包括如下步骤：步骤31：运载器弹道计算；指挥车接收侦查车报告与无人机回传的现场火情状况，并向发射平台发送着火点的位置坐标，地面指挥控制通信模块根据获得的现场火情状况和着火点的位置坐标，以及运载器发射方位和运载器发射俯仰角度进行飞行弹道计算。步骤32：运载器主动爬升；步骤33：运载器中段制导飞行；根据运载器探测感知段探测到的火场图像信息、运载器实时位置和飞行状态信息，地面指挥控制通信模块向运载器发送控制指令，运载器中段制导飞行。步骤34：运载器到达着火点，准备抛洒水基灭火剂、投放物资投放。进一步，步骤1中火情侦查是由侦查车以及无人机完成，侦查车评估火场情况，无人机实时回传现场火情。进一步，步骤2中发射平台发射运载器是基于计算着火点位置与发射平台的距离，初步计算有效射程；在有效射程内，根据着火点位置及发射平台位置确定运载器发射方向。进一步，步骤4中水基灭火剂的喷洒和救援物资的投放是基于载荷的飞行弹道计算结果进行的。进一步，步骤5中，通过发动机向前喷气使运载器进行减速，减速伞打开，运载器平稳安全降落至指定地点。与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：1、本专利技术提供的森林消防制导飞行系统，运载器为主要的工作装置，运载器设置有动力装置段、通信及飞行控制段、载荷段以及探测感知段，动力装置段使用火箭发动机、涡喷或电驱为飞行动力，可实现6km～10km的载荷投放，而传统的灭火系统的射程在5km以内；载荷段设置有载荷舱，可携带30kg～50kg的救援物资，而传统的灭火救援系统仅可携带3kg～5kg的载荷；运载器的通信及飞行控制段设置舵机、控制翼与驱动翼，通过舵机和驱动翼调整运载器的飞行姿态、轨迹，驱动翼在舵机的驱动下调整运载器的飞行姿态，保证气动稳定性的同时提高制导飞行控制精度。本专利技术提供的森林消防制导飞行系统及作业方法实现了携带大载荷量、飞行距离远、安全性高以及运行成本低的技术特点。2、本专利技术的运载器发射原理以及制导飞行方法，即采用导轨式的发射原理以及GPS和无线电指令制导的复合制导手段，基于红外及光学手段探测火源的热敏红外的复合探测手段，以及基于舵机带动尾翼，调整和修正飞行弹道的方法，实现了精准探测着火点位置以及精确投放救援物资。3、本专利技术中涉及的大载荷的运载器可实现回收利用。基于运载器设置减速降落装置，如设置减速伞，运载器携带的载荷投送释放后，运载器可实现进一步制导飞行，到达指定的目标降落点，即可完成运载器的回收再利用。运载器经返修后重复利用，大大降低成本。回收运载器的另外一个作用是保证运载器对森林环境更小，不会带来次生灾害，引起森林二次燃烧以及不对森林产生破片和垃圾。此外，多次多发运载器发射，可大大提高救援和灭火效率，起到良好的森林消防救援效果和社会经济效果。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为一种用于森林消防的大载荷运载器远程制导飞行及物资投送过程示意图；图2为一种用于森林消防的大载荷运载器远程制导飞行及物资投送方法工作流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种森林消防制导飞行系统，其特征在于，所述制导飞行系统包括：运载器；所述运载器包括：动力装置段、通信及飞行控制段、载荷段以及探测感知段；/n所述动力装置段使用火箭发动机、涡喷发动机或电驱动作为动力源；/n所述通信及飞行控制段包括：地面指挥控制通信模块、运载器制导控制模块以及减速降落装置模块；/n所述载荷段设有载荷舱；所述载荷舱携带载荷包括水基灭火剂和救援物资；/n所述探测感知段包括红外探测器、探测火源的热敏红外探测器以及运载器回收过程中的信标装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种森林消防制导飞行系统，其特征在于，所述制导飞行系统包括：运载器；所述运载器包括：动力装置段、通信及飞行控制段、载荷段以及探测感知段；
所述动力装置段使用火箭发动机、涡喷发动机或电驱动作为动力源；
所述通信及飞行控制段包括：地面指挥控制通信模块、运载器制导控制模块以及减速降落装置模块；
所述载荷段设有载荷舱；所述载荷舱携带载荷包括水基灭火剂和救援物资；
所述探测感知段包括红外探测器、探测火源的热敏红外探测器以及运载器回收过程中的信标装置。


2.根据权利要求1所述的一种森林消防制导飞行系统，其特征在于，所述制导飞行系统还包括：发射平台、指挥车、无人机以及侦查车；所述侦查车用于评估火场情况；所述无人机用于实时回传现场火情；所述指挥车用于接收侦查车报告与无人机回传的现场火情状况，并向发射平台发送火场的位置坐标；所述发射平台包括地面发射平台或空中发射平台，发射平台用于发射大载荷的运载器。


3.根据权利要求1所述的一种森林消防制导飞行系统，其特征在于，所述地面指挥控制通信模块向运载器发射控制指令；所述控制指令包括地面指挥控制通信模块对运载器的发射控制指令、运载器制导控制指令以及运载器返回控制指令；
所述运载器制导控制模块设有舵机、控制翼与驱动翼；所述减速降落装置模块设有减速伞。


4.根据权利要求1所述的一种森林消防制导飞行系统，其特征在于，所述运载器与发射平台之间采用滑轨式连接。


5.一种森林消防制导飞行系统的作业方法，其特征在于，采用权利要求1-4所述的森林消防制导飞行系统，所述作业方法包括如下步骤：
步骤1：火情侦查，锁定着火点，获得着火点位置；
步骤2：发射平台发射运载器；
步骤3：运载器制导飞行，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱旭阳，申研，刘海平，刘德龙，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11