一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统，涉及消防灭火技术领域，包括无人机用于采集火灾信息；流体控制装置包括火焰预测模块和流体控制模块；火焰预测模块通过构建高层建筑火灾模型采用基本守恒方程组与火焰受力分析预测火焰位置；流体控制模块由无人机和火焰预测模块提供的信息控制灭火所需要灭火剂的喷射参数；流体储存装置由储罐组成，用于存储灭火剂；流体喷射装置由阀门、喷嘴、压力泵、流速计组成，阀门用于控制灭火剂的流量，喷嘴用于将灭火剂喷射到火灾现场，压力泵用于提供喷射所需的压力，流速计测量喷嘴处灭火剂流速，本发明专利技术通过预测火焰位置和精确控制灭火液体喷射流量、方向和时间，提高灭火效率。高灭火效率。高灭火效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统


[0001]本专利技术涉及消防灭火
，尤其涉及一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统。

技术介绍

[0002]随着城市化进程的加速和建筑高度的不断增加，高层建筑火灾的发生频率也不断提高。传统的灭火方法往往存在着灭火难度大、灭火时间长、灭火效果不佳等问题，而无人机灭火技术的出现为高层建筑火灾的灭火带来了新的解决方案。
[0003]目前市场上已经存在一些无人机灭火设备，但是它们存在着灭火效率低、流量控制不精确等问题。
[0004]如申请公开号为CN110329509A的中国专利公开了一种高层建筑消防无人机的灭火弹瞄准发控系统及控制方法，该高层建筑消防无人机的灭火弹瞄准发控系统包括空中发射平台、地面手机控制终端和地面无线信号发射器。地面手机控制终端与所述空中发射平台中的单片机通讯连接；地面无线信号发射器为该灭火弹瞄准发控系统提供wifi信号；空中发射平台包括单片机、激光测距传感器和摄像头，该摄像头的信号输出端与所述单片机上的图像信号输入端连通。具有瞄准精度高，操作简单的特点。
[0005]但是由于火灾的蔓延趋势不受人为控制，现有技术无法针对火焰的蔓延趋势进行预测并根据火焰预测实现定量灭火喷射，从而针对火灾进行快速、精准灭火。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述现有一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术目的是提供一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：无人机，用于采集火灾信息；流体控制装置，包括火焰预测模块和流体控制模块；火焰预测模块通过构建高层建筑火灾模型，在高层建筑火灾模型中采用基本守恒方程组并通过火焰受力分析计算来预测火焰位置；流体控制模块由无人机和火焰预测模块提供的信息控制灭火所需要灭火剂的喷射参数；其中，火焰预测模块由基本守恒方程组得到火焰燃烧速度和火焰燃烧时间，接着通过对火焰的受力分析获取火焰加速度，然后通过欧拉方法得到火焰变加速度，并采用基本守恒方程组得到的火焰燃烧速度和火焰燃烧时间参数确定火焰在空间中的位置；流体储存装置，由储罐组成，用于存储灭火剂；
其中，储罐中设置压力传感器实时监测灭火剂的储存容量，将检测情况输入到流体控制模块；流体喷射装置，由阀门、喷嘴、压力泵、流速计组成，实现对储罐的控制；通过阀门控制灭火器开关，然后通过压力泵向储罐施加足够压力，灭火剂由喷嘴喷出；其中，设置流速计用于测量灭火剂喷射流速，喷嘴中设置温度传感器实时监测喷射时灭火剂的温度，流体控制模块通过流体喷射装置控制流体储存装置中灭火剂的喷射方向、喷射量和喷射时间。
[0010]作为本专利技术所述一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统的一种优选方案，其中：无人机通过设置温度传感器采集火灾现场的温度、通过设置烟雾传感器采集火灾现场的烟雾浓度、通过设置GPS和惯性导航系统获取自身的位置和姿势状态、通过摄像头获取火灾形状和喷嘴到火源的距离和高度以及通过设置风速计测量火灾中不同位置风速和气流运动情况。
[0011]作为本专利技术所述一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统的一种优选方案，其中：火焰预测模块通过无人机获得火灾现场的温度、烟雾浓度、自身的位置、姿势状态、不同位置风速参数构建高层建筑火灾模型。
[0012]作为本专利技术所述一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统的一种优选方案，其中：构建高层建筑火灾模型方法如下：利用BIM软件建立起高层建筑三维模型；将无人机获得火灾现场的温度、烟雾浓度、自身的位置、姿势状态、不同位置风速、气流运动情况和高层建筑三维模型导入到火灾模拟软件Pyrosim软件中；在Pyrosim软件中对导入的高层建筑三维模型保留，再在Pyrosim软件中调整火源位置、形状、大小、燃烧物种类、质量参数并添加消防设备和消防管道信息，建立高层建筑火灾模型；提前设定好最不利的火源发生位置，在Pyrosim软件中确定模拟火灾的热释放速率和火灾模拟时长参数；将高层建筑火灾模型进行火灾仿真模拟来得到热辐射强度、火焰密度、火焰的初始位置、火焰初始速度、火焰中风场的面积、风场的升力系数、阻力系数以及火焰质量的参数信息。
[0013]作为本专利技术所述一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统的一种优选方案，其中：基本守恒方程组通过高层建筑火灾模型得到火焰燃烧速度和火焰燃烧时间，方法如下：基本守恒方程组包括火焰质量守恒方程、火焰动量守恒方程；火焰质量守恒方程表达式如下：；其中，为火焰密度，为火焰燃烧速度，为微分散度，为单位时间内质量的变化值，为火焰燃烧时间；
火焰动量守恒方程表达式如下：；；其中，为火焰的运动速度，为火焰燃烧时间，为火焰密度，为重力加速度，为微分散度，为火焰在不同位置和时间的速度变化值，为火焰燃烧加速度；为单位体积内质量的变化值，为其他外力，为单位面积上的力。
[0014]作为本专利技术所述一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统的一种优选方案，其中：火焰受力分析如下：火焰在传播的过程中受到气流、风力和重力的影响，火焰在风场中受到水平方向的风力、和风力相反的阻力以及火焰在不同粒子作用下的合力，由于粒子向下运动，所以火焰在不同粒子作用下的合力方向为侧向下；由于力是有方向的，所以将火焰受到的各个力进行矢量化表达，火焰受到的合力的表达式如下：；其中，为火焰重力，为水平方向的风力，为和风力相反的阻力，为火焰在不同粒子作用下的合力；火焰重力计算公式为；水平方向的风力计算公式为；和风力相反的阻力计算公式为；其中，为火焰质量，为重力加速度，为风速，为阻力系数，为升力系数，表示迎风面积，为空气密度，阻力系数和升力系数通过高层建筑火灾模型仿真过程中得到，迎风面积通过不同位置的风速计所测风速代入模型中得到；为火焰在不同粒子作用下的合力，通过对火焰受到的合力平衡分析，把火焰在不同粒子作用下的合力进行水平和垂直方向上分解，将水平和垂直方向上的分量相加得到。
[0015]作为本专利技术所述一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统的一种优选方案，其中：通过对火焰进行受力分析得到火焰加速度，接着通过欧拉方法得到火焰加速度，并采用基本守恒方程组得到的火焰燃烧速度和火焰燃烧时间参数来预测火焰位置，方
法如下：火焰受到的合力得到的火焰加速度表达式如下：；其中，为火焰加速度，为火焰受到的合力，为火焰重力，为水平方向的风力，为和风力相反的阻力，为火焰在不同粒子作用下的合力，为火焰质量，为风速，为阻力系数，为升力系数，表示迎风面积，为空气密度；火焰中受到的合力中风力是随时间不断变化的，火焰的运动为变加速度运动，通过对火焰的变加速度运动采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统，其特征在于：包括，无人机，用于采集火灾信息；流体控制装置，包括火焰预测模块和流体控制模块；火焰预测模块通过构建高层建筑火灾模型，在高层建筑火灾模型中采用基本守恒方程组并通过火焰受力分析计算来预测火焰位置；流体控制模块由无人机和火焰预测模块提供的信息控制灭火所需要灭火剂的喷射参数；其中，火焰预测模块由基本守恒方程组得到火焰燃烧速度和火焰燃烧时间，接着通过对火焰的受力分析获取火焰加速度，然后通过欧拉方法得到火焰变加速度，并采用基本守恒方程组得到的火焰燃烧速度和火焰燃烧时间参数确定火焰在空间中的位置；流体储存装置，由储罐组成，用于存储灭火剂；其中，储罐中设置压力传感器实时监测灭火剂的储存容量，将检测情况输入到流体控制模块；流体喷射装置，由阀门、喷嘴、压力泵、流速计组成，实现对储罐的控制；通过阀门控制灭火器开关，然后通过压力泵向储罐施加足够压力，灭火剂由喷嘴喷出；其中，设置流速计用于测量灭火剂喷射流速，喷嘴中设置温度传感器实时监测喷射时灭火剂的温度，流体控制模块通过流体喷射装置控制流体储存装置中灭火剂的喷射方向、喷射量和喷射时间。2.如权利要求1所述的一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统，其特征在于：所述无人机通过设置温度传感器采集火灾现场的温度、通过设置烟雾传感器采集火灾现场的烟雾浓度、通过设置GPS和惯性导航系统获取自身的位置和姿势状态、通过摄像头获取火灾形状和喷嘴到火源的距离和高度以及通过设置风速计测量火灾中不同位置风速和气流运动情况。3.如权利要求2所述的一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统，其特征在于：所述火焰预测模块通过无人机获得火灾现场的温度、烟雾浓度、自身的位置、姿势状态、不同位置风速参数构建高层建筑火灾模型。4.如权利要求3所述的一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统，其特征在于：所述构建高层建筑火灾模型方法如下：利用BIM软件建立起高层建筑三维模型；将无人机获得火灾现场的温度、烟雾浓度、自身的位置、姿势状态、不同位置风速、气流运动情况和高层建筑三维模型导入到火灾模拟软件Pyrosim软件中；在Pyrosim软件中对导入的高层建筑三维模型保留，再在Pyrosim软件中调整火源位置、形状、大小、燃烧物种类、质量参数并添加消防设备和消防管道信息，建立高层建筑火灾模型；提前设定好最不利的火源发生位置，在Pyrosim软件中确定模拟火灾的热释放速率和火灾模拟时长参数；将高层建筑火灾模型进行火灾仿真模拟来得到热辐射强度、火焰密度、火焰的初始位置、火焰初始速度、火焰中风场的面积、风场的升力系数、阻力系数以及火焰质量的参数信息。
5.如权利要求4所述的一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统，其特征在于：所述基本守恒方程组通过高层建筑火灾模型得到火焰燃烧速度和火焰燃烧时间，方法如下：基本守恒方程组包括火焰质量守恒方程、火焰动量守恒方程；火焰质量守恒方程表达式如下：；其中，为火焰密度，为火焰燃烧速度，为微分散度，为单位时间内质量的变化值，为火焰燃烧时间；火焰动量守恒方程表达式如下：；；其中，为火焰的运动速度，为火焰燃烧时间，为火焰密度，为重力加速度，为微分散度，为火焰在不同位置和时间的速度变化值，为火焰燃烧加速度；为单位体积内质量的变化值，为其他外力，为单位面积上的力。6.如权利要求5所述的一种用于高楼灭火无人机的灭火器流体压力控制系统，其特征在于：所述火焰受力分析如下：火焰在传播的过程中受到气流、风力和重力的影响，火焰在风场中受到水平方向的风力、和风力相反的阻力以及火焰在不同粒子作用下的合力，由于粒子向下运动，所以火焰在不同粒子作用下的合力方向为侧向下；由于力是有方向的，所以将火焰受到的各个力进行矢量化表达，火焰受到的合力的表达式如下：；其中，为火焰重力，为水平方向的风力，为和风力相反的阻力，为火焰在不同粒子作用下的合力；火焰重力计算公式为；水平方向的风力计算公式为；和风力相反的阻力计算公式为；
其中，为火焰质量，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈松，赵慧强，鲁伟，
申请(专利权)人：江苏苏启智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：