CN109806515A - 无人机消防用超轻型弹射爆炸破窗器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机消防用超轻型弹射爆炸破窗器，解决了小型和微型无人机在超高层建筑灭火时进入建筑物会被玻璃幕墙阻挡的难题，通过无人机遥控器上的自定义按键下达指令，无人机在接收到指令信号后会控制舵机解锁弹簧，弹簧弹出破窗弹，破窗弹在触碰玻璃的瞬间爆炸，爆炸的冲击波以及经过冲击波加速后的玻璃碎片会使玻璃幕墙瞬间炸裂。本发明整体质量在100克左右，可以爆破几乎所有商业应用的玻璃幕墙，解决了小型和微型无人机在超高层建筑灭火中，进入建筑物的难题，将推动小型和微型无人机灭火走向实用化。

Description

无人机消防用超轻型弹射爆炸破窗器

技术领域

本发明属于灭火领域,具体涉及无人机消防设备，特别是涉及一种适合小型和微型无人机搭载的超轻型弹射爆炸破窗器。

背景技术

目前国内外对于超高层建筑及危险场地的有效灭火措施非常缺乏，现有设备不能及时有效的扑灭此类火灾，所以需要一种快速有效的消防装置。

随着经济社会的发展，建筑物的高度越来越高，截止2017年9月的统计数据显示：大中华区100米以上高层建筑大约3000座，200米以上大约800 座，300米以上大约80座。然而，目前大多数消防车的灭火高度在50米左右， 100米左右的云梯消防车国内低于10辆，世界最高的云梯消防车也只有113 米，而且展开后的消防车其100米左右高度的平台在微风下左右摇摆幅度在2 米左右，对于消防员心理素质要求极高、灭火剂的喷射难度也非常大。

无人机具有以下特点：(1)机动性高，起飞和降落时对地形要求极低，可以以时速60km/h以上快速机动，起飞后可以实时传回最远达到5km的火灾实时画面，并迅速对初始火灾进行压制；(2)体积适中，满足搭载要求的情况下还可以穿过玻璃窗等，从而进入人员难以快速进入的空间；(3)系统反应非常迅速，接到火情数据后可在10秒左右展开系统、制定飞行计划并准备起飞。

目前国内外用于超高层建筑及危险场地的有效灭火措施非常缺乏，虽然发达国家有成熟的气溶胶灭火技术，但主要是集成的自动化灭火系统。而现有应用于灭火的无人机主要是固定翼的无人机，常用于在森林火灾或其他大型火灾中投放灭火剂。在消防领域应用的无人机一般只是搭载红外或者可见光摄像头做侦查用。目前有一种既能侦查又能够有效灭火的微型无人机灭火系统，但是没有解决高层建筑物玻璃外墙阻挡无人机进入大楼实施灭火的问题，无法达到实用的要求。

因此，迫切需要一种适合小型和微型无人机搭载的超轻型弹射爆炸破窗器以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的各种问题，创新性的提出了超轻型弹射爆炸破窗器。

为实现上述发明目的，本发明的显示设备安装机构可采用如下技术方案：

超轻型弹射爆炸破窗器，包含弹簧、破窗器外壳、破窗弹玻璃外壳、破窗弹起爆药外壳、破窗弹起爆药、茶色玻璃封口、梯度装药、内置舵机。弹簧的左端刚性连接在破窗器外壳内部最左侧的中间位置，内置舵机则刚性安装在弹簧的中间。破窗弹起爆药位于梯度装药右端的圆柱形小孔中并与梯度装药紧密贴合。破窗弹起爆药与破窗弹起爆药外壳之间有一定的间隙，防止起爆药在破窗弹撞击玻璃外墙之前引爆。破窗弹玻璃外壳内置梯度装药和破窗弹起爆药，并且和破窗弹起爆药外壳一起组成破窗弹。破窗弹的左端和弹簧压缩后的右端一起被内置舵机锁定，茶色玻璃封口刚性连接在破窗器外壳的最右端。该破窗器工作过程包括以下步骤：

无人机遥控器上的自定义按键给出启动信号；

信号经过无人机飞行控制系统处理后将作动信号传递给破窗器上的内置舵机；

内置舵机接收信号后控制输出轴转动，立即解除弹簧和破窗弹的锁定；

弹簧解锁后立即伸张，推动破窗弹在破窗器壳内加速；

破窗弹在弹簧作用下弹出破窗器，并获得初速度；

破窗弹沿着弹道飞行后与窗户玻璃碰撞；

碰撞瞬间破窗弹起爆药外壳变形，破窗弹起爆药受挤压立即爆炸并引爆梯度装药；

装药爆炸后形成的冲击波以及被冲击波加速的破碎的破窗弹玻璃外壳作用于建筑物玻璃外墙；

玻璃外墙在强大的冲击作用力下碎裂；

进一步的，所述的超轻型弹射爆炸破窗器中的破窗器的启动过程为无线操控。

进一步的，所述的破窗器在使用一次后加装新的破窗弹可以重复使用。

进一步的，所述的梯度装药的爆炸威力可调，可以针对不同的建筑物玻璃外墙选用合适威力的装药。

进一步的，所述的破窗器外壳选用质量轻的镁铝合金来满足强度和重量的要求。

进一步的，所述的破窗弹玻璃外壳选用钢化玻璃，有利于在炸药爆炸时提供一个强约束的条件，而且硬度大，有利于击碎玻璃。

进一步的，所述的破窗弹起爆药外壳选用聚氯乙烯塑料，在保证破窗弹的流线型结构的同时还对其内的起爆药有良好的隔热防潮等物理保护作用。

进一步的，所述的茶色玻璃封口使破窗弹处在一个相对稳定的环境中，可以显著增加破窗弹的有效使用时间和存储安全性。

进一步的，所述的破窗弹起爆药是雷酸银。起爆药制造过程是向热的硝酸银饱和溶液中加入乙醇制得，反应方程式为：3AgNO₃+2CH₃CH₂OH→3AgONC+CO₂↑+6H₂O。

进一步的，所述的超轻型弹射爆炸破窗器的内置舵机用于同时控制弹簧和破窗弹的解锁。舵机是一种带输出轴的角度伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统，舵机的控制信号实际上是一个脉冲宽度调制信号(PWM信号)，该信号可由FP-GA器件、模拟电路产生。

进一步的，所述的梯度装药为采用梯度压制技术压制成型的黑火药，黑火药药柱的密度从一端到另一端逐渐升高，靠近起爆药的一端密度低所以容易起爆，远离起爆药的一端密度高所以威力大，梯度压药技术的使用有利于黑火药的可靠起爆和稳定爆轰。

附图说明

图1为本发明所涉及的无人机消防用超轻型弹射爆炸破窗器整体结构示意图。

图1中：1、弹簧，2、破窗器外壳，3、破窗弹玻璃外壳，4、破窗弹起爆药外壳，5、破窗弹起爆药，6、茶色玻璃封口，7、梯度装药，8、内置舵机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本实施例只是介绍其具体实施方式，不在于限制其保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种不脱离本发明原理的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。请参阅图1所示，无人机消防用超轻型弹射爆炸破窗器，包含弹簧1、破窗器外壳2、破窗弹玻璃外壳3、破窗弹起爆药外壳4、破窗弹起爆药5、茶色玻璃封口6、梯度装药7、内置舵机8。弹簧1的左端刚性连接在破窗器外壳2内部最左侧的中间位置，内置舵机8则刚性安装在弹簧1的中间。内置舵机8的电源线从舵机和破窗器外壳2连接处的小孔伸出，并与搭载破窗器的无人机电源输出端相连。破窗弹起爆药5位于梯度装药7右端的圆柱形小孔中并与梯度装药紧密贴合。破窗弹起爆药5与破窗弹起爆药外壳4之间有一定的间隙，防止起爆药在破窗弹撞击玻璃外墙之前引爆。破窗弹玻璃外壳3内置梯度装药7和破窗弹起爆药5，并且和破窗弹起爆药外壳4一起组成破窗弹。破窗弹的左端和弹簧1压缩后的右端一起被内置舵机8的扳机锁定，茶色玻璃封口6刚性连接在破窗器外壳2的最右端，其工作过程如下：

(1)无人机遥控器上的自定义按键给出启动信号；

(2)信号经过无人机飞行控制系统处理后将作动信号传递给破窗器上的内置舵机8；

(3)内置舵机8接收信号后控制输出轴转动，立即解除弹簧1和破窗弹的锁定；

(4)弹簧1解锁后立即伸张，推动破窗弹在破窗器外壳2内加速；

(5)破窗弹在弹簧1的作用下弹出破窗器，并获得初速度；

(6)破窗弹沿着弹道飞行后与建筑物玻璃外墙碰撞；

(7)碰撞瞬间破窗弹起爆药外壳4变形，内置破窗弹起爆药5受挤压立即爆炸并引爆梯度装药7；

(8)梯度装药7爆炸后形成的冲击波以及被冲击波加速的破碎的破窗弹玻璃外壳作用于建筑物玻璃外墙；

(9)玻璃外墙在强大的冲击作用力下碎裂；

进一步，所述的无人机消防用超轻型弹射爆炸破窗器中的破窗器的启动过程为无线操控，内置破窗弹的梯度装药7的装药量可以针对不同的建筑物玻璃外墙选用合适药量的装药。

该方法中，各个装置的用途为：

弹簧1：储存弹性势能，通过形变对破窗弹做功，使破窗弹加速并在离开破窗器的时候具有一定的初速度。

破窗器外壳2：内置舵机8、弹簧1、破窗弹三者按照顺序放置在破窗器外壳2内，为破窗弹的加速提供通道。

破窗弹玻璃外壳3：储存梯度装药7，并且在装药爆炸时提供一定的约束条件，有利于装药的爆炸。

破窗弹起爆药外壳4：防止破窗弹起爆药5受潮，在破窗弹碰撞玻璃幕墙时可以通过自身的形变使得破窗弹起爆药5受到挤压并爆炸。

破窗弹起爆药5：在破窗弹撞击玻璃幕墙的时候通过自身的爆炸来起爆梯度装药7。

茶色玻璃封口6：使破窗弹处在一个相对稳定的环境中，起到防潮、隔热、避光的作用，可以显著增加破窗弹的有效使用时间和存储安全性，并在破窗弹弹出的时候可以轻易的碎裂，只轻微的降低破窗弹的速度。

梯度装药7：通过自身爆炸产生的冲击波对玻璃做功来炸碎玻璃。

内置舵机8：舵机上的弯钩形输出轴可以在卡住弹簧的同时也勾住破窗弹，避免弹簧解锁之前破窗弹在破窗器外壳内部左右移动，舵机上的输出轴可以在控制信号改变的情况下相应的改变输出轴的角度位置，以使弹簧和破窗弹保持锁定状态和解除锁定。内置舵机上的输出轴可以辅助弹簧1存储弹性势能。

Claims (10)

1.无人机消防用超轻型弹射爆炸破窗器，其特征在于，包含弹簧、破窗器外壳、破窗弹玻璃外壳、破窗弹起爆药外壳、破窗弹起爆药、茶色玻璃封口、梯度装药、内置舵机，所述破窗弹玻璃外壳、破窗弹起爆药外壳、破窗弹起爆药和梯度装药共同组成破窗弹，所述破窗弹、弹簧、茶色玻璃封口、内置舵机均集成在破窗器外壳内，该破窗器工作步骤为：

1)无人机遥控器上的自定义按键给出启动信号；

2)信号经过无人机飞行控制系统处理后将作动信号传递给破窗器上的内置舵机；

3)内置舵机接收信号后控制输出轴转动，立即解除弹簧和破窗弹的锁定；

4)弹簧解锁后立即伸张，推动破窗弹在破窗器壳内加速；

5)破窗弹在弹簧作用下弹出破窗器，并获得初速度；

6)破窗弹沿着弹道飞行后与窗户玻璃碰撞；

7)碰撞瞬间破窗弹起爆药外壳变形，破窗弹起爆药受挤压立即爆炸并引爆梯度装药；

8)梯度装药爆炸后形成的冲击波以及被冲击波加速的破窗弹玻璃外壳作用于建筑物玻璃外墙；

9)建筑物玻璃外墙在强大的冲击作用力下碎裂。

2.根据权利要求1所述的超轻型弹射爆炸破窗器，其特征在于：该破窗器的启动过程为无线操控。

3.根据权利要求1所述的超轻型弹射爆炸破窗器，其特征在于：该破窗器在使用一次后加装新的破窗弹可以重复使用。

4.根据权利要求1所述的超轻型弹射爆炸破窗器，其特征在于：所述梯度装药的爆炸威力可以针对不同的建筑物玻璃外墙进行调节。

5.根据权利要求1所述的超轻型弹射爆炸破窗器，其特征在于：所述的破窗器外壳选用质量轻的镁铝合金来满足强度和重量要求。

6.根据权利要求1所述的超轻型弹射爆炸破窗器，其特征在于：所述的破窗弹玻璃外壳选用钢化玻璃。

7.根据权利要求1所述的超轻型弹射爆炸破窗器，其特征在于：所述的破窗弹起爆药外壳选用聚氯乙烯塑料。

8.根据权利要求1所述的超轻型弹射爆炸破窗器，其特征在于：所述的茶色玻璃封口使破窗弹处在一个相对稳定的环境中，可以显著增加破窗弹的有效使用时间和存储安全性。

9.根据权利要求1所述的超轻型弹射爆炸破窗器，其特征在于：所述的破窗弹起爆药是雷酸银。

10.根据权利要求1所述的超轻型弹射爆炸破窗器，其特征在于：该破窗器的内置舵机用于控制弹簧和破窗弹的解锁。