CN111529993B - 一种应用于无人机的悬挂灭火装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于无人机的悬挂灭火装置包括安装箱，水力组件，风力组件，控制系统，所述安装箱内设置有容纳空间，所述水力组件与所述风力组件对称设置在所述安装箱的两侧，所述水力组件与所述风力组件通过传动轴实现联动，所述控制系统用于控制所述水力组件的转速；利用所述水力涡轮与所述风机叶轮，抵消了部分高压水枪喷水产生的后坐力，保证了喷射过程中多旋翼无人机的飞行稳定，既能够保证无人机的飞行安全，也确保可无人机能够较为精准的完成喷射灭火的目的，在多旋翼无人机位移时，由所述风机叶轮旋转产生的压强差起到了辅助多旋翼无人机位移的作用，节约了调整多旋翼无人喷射角度的时间，提高了灭火的效率，延长了救援时间，实用性更强。
Description
技术领域
本发明涉及消防设备技术领域，尤其涉及一种应用于无人机的悬挂灭火装置。
背景技术
随着科技普及，无人机也逐渐进入大家的视野，其中工业级无人机也逐渐应用到各个领域当中，发挥自己的作用，尤其以消防为主的高危领域，运用无人机来代替部分人力行动， 对消防行业来说，其重要性不言而喻；
随着城市化进程的发展，高层和超高层建筑越来越多，一旦发生火情，反应速度和灭火难度极大，特别是 30m 以上的建筑，基本依靠建筑内部的消防装置，但仅靠内部消防装置， 作用效果有限，在很多情况下，还要有外部消防设备的干预才能控制火情；
无人机消防作为一种新型工业技术，已被广泛应用于各种领域，在国内已有不少消防机构使用无人机成功进行过火场侦查监测、抛投救援物资等尝试，效果非常明显，在天津爆炸事故救援中，各部门也曾利用无人机对事故现场进行高空侦查，为救援决策提供了部分的参考依据；
现有的消防无人机存在以下问题：
1.由于消防无人机携带了灭火装置，其自身的重量增大，无人机的位移需要耗费更多的电力，且在消防无人机连接高压水枪进行灭火时，要实现一边喷射灭火一边位移，仅仅依靠旋翼是非常困难的，在喷水时位移，会使得多旋翼无人机的飞行状态变得极不稳定，出现摆动摇晃，严重情况还有坠机的危险，现在的位移过程，往往是停止喷水，调整好位置后再进行喷水，不仅耗时长，且延误了救火时间，效率不高，实用性不强；
2. 现有无人机用于灭火，通常采用多旋翼无人机，在城市中使用不需起降场地，使用也比较灵活，但这种无人机在受到外力干扰时，其自身飞行稳定性较差，在应用时，往往将高压水枪与消防无人机的外壳连接，高压水枪喷射时，喷射后坐力较大，仅仅依靠飞机自身难以克服。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种应用于无人机的悬挂灭火装置，利用所述水力涡轮与所述风机叶轮，在高压水枪喷射水流时，为所述水力涡轮提供动力，从而带动所述风机叶轮旋转，所述风机叶轮将空气吸入后，经与所述喷水口共轴的所述出风管喷出，从而抵消了大部分高压水枪喷水时产生的后坐力，保证了喷射过程中多旋翼无人机的飞行稳定，既能够保证无人机的飞行安全，也确保可无人机能够较为精准的完成喷射灭火的目的，在所述风机叶轮旋转时，由于多旋翼无人机侧面的风速产生变化，从而形成压强差，在多旋翼无人机位移时，由所述风机叶轮旋转产生的压强差起到了辅助多旋翼无人机位移的作用，从而为实现边位移边喷水提供了一定的操作空间，节约了调整多旋翼无人喷射角度的时间，提高了灭火的效率，延长了救援时间，实用性更强，通过控制所述电动阀，对泵入所述进水管中的高压水流进行流量调节，实现对所述水力涡轮和所述风机叶轮的转速调节，从而调节无人机的位移方向，在不用降低旋翼转速的情况下，不仅实现了无人机的位移，也使得无人机更加平稳。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种应用于无人机的悬挂灭火装置，包括安装箱，水力组件，风力组件，控制系统，所述安装箱内设置有容纳空间，所述水力组件与所述风力组件对称设置在所述安装箱的两侧即所述水力组件设置在所述安装箱的内壁，所述风力组件设置在所述安装箱的外壁，所述水力组件与所述风力组件通过传动轴实现联动，所述控制系统用于控制所述水力组件的转速；
所述水力组件包括第一外壳，水力涡轮，进水管，出水管，所述第一外壳为空心圆柱体， 所述第一外壳将所述水力涡轮包裹在内，且所述第一外壳与所述水力涡轮同轴心设置，所述进水管竖直设置，所述进水管的出水端与所述第一外壳连通，所述出水管水平设置，所述出水管的进水端与所述第一外壳连通，所述第一外壳的一端与所述安装箱的内壁固定连接；
所述风力组件包括第二外壳，风机叶轮，出风口，出风管，所述第二外壳为一端开口的空心圆柱体，所述第二外壳将所述风机叶轮包裹在内，所述第二外壳与所述风机叶轮同轴心设置，所述第二外壳不开口的一端与所述安装箱的外壁固定连接，所述第二外壳上开设有与其腔室连通的出风口，所述出风口与所述出风管的进风端连通；
所述安装箱的侧壁开设有第一限位孔，所述第一限位孔螺纹连接有喷水头，所述喷水头的进水端与所述出水管的出水端连通；
所述安装箱的侧壁还开设有第二限位孔，所述第二限位孔与所述出风管的外壁螺纹连接；
所述第一限位孔与所述第二限位孔对称设置，且所述第一限位孔与所述第二限位孔同轴心设置；
所述水力组件与所述风力组件成套设置，所述安装箱内设置有两套对称的水力组件与所述风力组件，所述水力涡轮与所述风机叶轮同转轴，即通过所述传动轴使得所述水力涡轮与所述风机叶轮同步转动；
两套所述水力组件分别连通有第一进水管、第二进水管，第一出水管、第二出水管，所述第一进水管的进水端与第一电动阀的进水端连通，所述第二进水管的进水端与第二电动阀的进水端连通，所述第一电动阀的出水端与所述第一出水管的进水端连通，所述第二电动阀的出水端与所述第二出水管的进水端连通，所述第一电动阀与第二电动阀均起到调节水流大小的作用。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述第一电动阀的阀门控制器与所述第二电动阀的阀门控制器分别与控制器的不同端口连接，所述控制器用于控制第一电动阀与所述第二电动阀的开闭。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述控制器还连接有信号接收器，所述信号接收器用于接收远程无线信号发生器产生的信号，所述信号接收器与所述信号发生器之间通过远程通信模块连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述控制器固定在所述安装箱内。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述安装箱的顶部连接有第一安装架，所述安装箱的底面连接有第二安装架。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述第一安装架由四根安装条组成，所述安装条的一端与所述安装箱的顶面固定连接，四根所述安装条的另一端向所述安装箱的体心汇集，四根所述安装条的汇集处高于所述安装箱的顶面，所述第一安装架用于连接所述安装箱与无人机，所述第二安装架由两组安装板组成， 一组所述安装板由一块长板以及连接在所述长板两端的竖板组成，所述第二安装架用于连接所述安装箱与无人机。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、利用所述水力涡轮与所述风机叶轮，在高压水枪喷射水流时，为所述水力涡轮提供动力，从而带动所述风机叶轮旋转，所述风机叶轮将空气吸入后，经与所述喷水口共轴的所述出风管喷出，从而抵消了大部分高压水枪喷水时产生的后坐力，保证了喷射过程中多旋翼无人机的飞行稳定，既能够保证无人机的飞行安全，也确保可无人机能够较为精准的完成喷射灭火的目的；
2、在所述风机叶轮旋转时，由于多旋翼无人机侧面的风速产生变化，从而形成压强差， 在多旋翼无人机位移时，由所述风机叶轮旋转产生的压强差起到了辅助多旋翼无人机位移的作用，从而为实现边位移边喷水提供了一定的操作空间，节约了调整多旋翼无人喷射角度的时间，提高了灭火的效率，延长了救援时间，实用性更强；
3、通过控制所述电动阀，对泵入所述进水管中的高压水流进行流量调节，实现对所述水力涡轮和所述风机叶轮的转速调节，从而调节无人机的位移方向，在不用降低旋翼转速的情
况下，不仅实现了无人机的位移，也使得无人机更加平稳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图 1 为一种应用于无人机的悬挂灭火装置的结构示意图；
图 2 为风机叶轮的安装结构示意图；
图 3 为水力涡轮与风机叶轮的连接结构示意图；
图 4 为一种应用于无人机的悬挂灭火装置局部结构示意图；
图 5 为一种应用于无人机的悬挂灭火装置局部结构示意图。
图中标记：1-第一外壳，2-第二外壳，3-安装箱，4-传动轴，5-第一安装架，6-第二安装架，101-水力涡轮，102-进水管，103-出水管，201-风机叶轮，202-出风口，203-出风管。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例 1
本实施例是一种应用于无人机的悬挂灭火装置的结构，如图 1～图 5 所示，包括安装箱 3， 水力组件，风力组件，控制系统，所述安装箱 3 内设置有容纳空间，所述水力组件与所述风力组件对称设置在所述安装箱 3 的两侧即所述水力组件设置在所述安装箱 3的内壁，所述风力组件设置在所述安装箱 3 的外壁，所述水力组件与所述风力组件通过传动轴 4 实现联动， 所述控制系统用于控制所述水力组件的转速；
所述水力组件包括第一外壳 1，水力涡轮 101，进水管 102，出水管 103，所述第一外壳 1 为空心圆柱体，所述第一外壳 1 将所述水力涡轮 101 包裹在内，且所述第一外壳 1 与所述水力涡轮 101 同轴心设置，所述进水管 102 竖直设置，所述进水管 102 的出水端与所述第一外壳 1 连通，所述出水管 103 水平设置，所述出水管 103 的进水端与所述第一外壳 1 连通，所述第一外壳 1 的一端与所述安装箱 3 的内壁固定连接；
所述风力组件包括第二外壳 2，风机叶轮 201，出风口 202，出风管 203，所述第二外壳 2 为一端开口的空心圆柱体，所述第二外壳 2 将所述风机叶轮 201 包裹在内，所述第二外壳 2与所述风机叶轮 201 同轴心设置，所述第二外壳 2 不开口的一端与所述安装箱 3 的外壁固定连接，所述第二外壳 2 上开设有与其腔室连通的出风口 202，所述出风口 202 与所述出风管203 的进风端连通；
所述安装箱 3 的侧壁开设有第一限位孔，所述第一限位孔螺纹连接有喷水头，所述喷水头的进水端与所述出水管 103 的出水端连通，所述喷水头可根据具体灭火环境更换适配的消防喷头；
所述水力组件与所述风力组件成套设置，所述安装箱 3 内设置有两套对称的水力组件与所述风力组件，所述水力涡轮 101 与所述风机叶轮 201 同转轴，即通过所述传动轴 4 使得所述水力涡轮101与所述风机叶轮 201 同步转动；
两套所述水力组件分别连通有第一进水管、第二进水管，第一出水管、第二出水管，所述第一进水管的进水端与第一电动阀的进水端连通，所述第二进水管的进水端与第二电动阀的进水端连通，所述第一电动阀的出水端与所述第一出水管的进水端连通，所述第二电动阀的出水端与所述第二出水管的进水端连通，所述第一电动阀与第二电动阀均起到调节水流大小的作用；
所述第一电动阀的阀门控制器与所述第二电动阀的阀门控制器分别与控制器的不同端口连接，所述控制器用于控制第一电动阀与所述第二电动阀的开闭；
所述控制器还连接有信号接收器，所述信号接收器用于接收远程无线信号发生器产生的信号，所述信号接收器与所述信号发生器之间通过远程通信模块连接；
所述控制器固定在所述安装箱 3 内；
所述安装箱 3 的侧壁还开设有第二限位孔，所述第二限位孔与所述出风管 203的外壁螺纹连接，所述第一限位孔与所述第二限位孔对称设置，且所述第一限位孔与所述第二限位孔同轴心设置，所述安装箱 3 的顶部连接有第一安装架 5，所述安装箱 3 的底面连接有第二安装架 6，所述第一安装架 5 由四根安装条组成，所述安装条的一端与所述安装箱 3 的顶面固定连接，四根所述安装条的另一端向所述安装箱 3 的体心汇集，四根所述安装条的汇集处高于所述安装箱 3 的顶面，所述第一安装架 5 用于连接所述安装箱3 与无人机，所述第二安装架 6 由两组安装板组成，一组所述安装板由一块长板以及连接在所述长板两端的竖板组成，所述第二安装架 6 用于连接所述安装箱 3 与无人机；
作为优选地，成套设置的所述水力组件与所述风力组件的套数为偶数；
为解决由于消防无人机携带了灭火装置，其自身的重量增大，无人机的位移需要耗费更多的电力，且在消防无人机连接高压水枪进行灭火时，要实现一边喷射灭火一边位移，仅仅依靠旋翼是非常困难的，在喷水时位移，会使得多旋翼无人机的飞行状态变得极不稳定，出现摆动摇晃，严重情况还有坠机的危险，现在的位移过程，往往是停止喷水，调整好位置后再进行喷水，不仅耗时长，且延误了救火时间，效率不高，实用性不强，且现有无人机用于灭火，通常采用多旋翼无人机，在城市中使用不需起降场地，使用也比较灵活，但这种无人机在受到外力干扰时，其自身飞行稳定性较差，在应用时，往往将高压水枪与消防无人机的外壳连接，高压水枪喷射时，喷射后坐力较大，仅仅依靠飞机自身难以克服的问题，下面结合使用过程，对本装置进一步阐述：
首先，将所述第一安装架 5 与无人机的支架连接，确保所述安装箱 3 与所述无人机同轴
心设置，接着，将所述第二安装架 6 与无人机的支架连接，使得所述安装箱 3 与所述无人机连接更加稳定，且所述第二安装架 6 还可以防止运输过程中，由于装置之间的碰撞造成所述风力组件受到撞击的问题，保护了所述风力组件以及所述安装箱 3 的运输安全，安装好后，将所述进水管 102 的进水端与消防车上的高压水泵出水端连通；
调试程序，升起无人机，从而将所述安装箱带到空中；
到达指定地点后，打开所述高压水泵，水流通过所述进水管 102 进入所述第一外壳 1，从而使得水力涡轮 101 在高压水流的驱动下产生旋转，由于所述水力涡轮 101 与所述风机叶轮201 同转轴，即通过所述传动轴 4 使得所述水力涡轮与所述风机叶轮 201同步转动，从而带动所述风机叶轮 201 产生旋转，所述风机叶轮 201 产生旋转后，所述第二外壳 2 内产生负压区域，空气从所述第二外壳 2 的开口处涌入，随着所述风机叶轮201 的旋转，高压气体从所述出风管 203 排出，从而抵消大部分的高压水流喷射时产生的反作用力，且由于对称设置的两套所述水力组件与所述风力组件，故在喷射时，保证了无人机的平衡；
需要位移时，进行单侧供水，即只向一套水力组件供水即可形成无人机两侧的压强差，从而辅助无人机自行产生的位移动作，且在位移时，还可通过控制泵水的压力来控制无人机两侧的压强差值，从而使得无人机位移更加平稳；
无人机的位移实现操作如下：
在无人机面对横风时，通过所述远程无线信号发生器发出信号，所述信号接收器接收到信号后，随即对所述第一电动阀与所述第二电动阀的电机发出电信号，从而调整所述第一电动阀与所述第二电动阀的开闭状态，从而使得所述第一进水管与所述第二进水管中的水流流量得到控制，进一步的控制了水流的流速，使得所述水力涡轮 101 的转速得到控制，进而控制了风机叶轮 201 的转速，从而使得无人机面对横风时，应变能力更强，飞行更加平稳；
所述无线信号发生器与所述信号接收器之间通过无线传输模块实现信号收发，作为优选地，还可以设置无线信号接收增强器，使得信号传输距离更远，从而提升无人机的飞行高度。
综上所述，利用所述水力涡轮 101 与所述风机叶轮 201，在高压水枪喷射水流时，为所述水力涡轮 101 提供动力，从而带动所述风机叶轮 201 旋转，所述风机叶轮 201将空气吸入后，经与所述喷水口共轴的所述出风管 203 喷出，从而抵消了大部分高压水枪喷水时产生的后坐力，保证了喷射过程中多旋翼无人机的飞行稳定，既能够保证无人机的飞行安全，也确保可无人机能够较为精准的完成喷射灭火的目的，在所述风机叶轮 201 旋转时，由于多旋翼无人机侧面的风速产生变化，从而形成压强差，在多旋翼无人机位移时，由所述风机叶轮 201 旋转产生的压强差起到了辅助多旋翼无人机位移的作用，从而为实现边位移边喷水提供了一定的操作空间，节约了调整多旋翼无人喷射角度的时间，提高了灭火的效率，延长了救援时间， 实用性更强，通过控制所述电动阀，对泵入所述进水管 102中的高压水流进行流量调节，实现对所述水力涡轮 101 和所述风机叶轮 201 的转速调节，从而调节无人机的位移方向，在不用降低旋翼转速的情况下，不仅实现了无人机的位移，也使得无人机更加平稳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种应用于无人机的悬挂灭火装置，其特征在于：包括安装箱(3)，水力组件，风力组件，控制系统，所述安装箱(3)内设置有容纳空间，所述水力组件与所述风力组件对称设置在所述安装箱(3)的两侧即所述水力组件设置在所述安装箱(3)的内壁，所述风力组件设置在所述安装箱(3)的外壁，所述水力组件与所述风力组件通过传动轴(4)实现联动，所述控制系统用于控制所述水力组件的转速；
所述水力组件包括第一外壳(1)，水力涡轮(101)，进水管(102)，出水管(103)，所述第一外壳(1)为空心圆柱体，所述第一外壳(1)将所述水力涡轮(101)包裹在内，且所述第一外壳(1) 与所述水力涡轮(101)同轴心设置，所述进水管(102)竖直设置，所述进水管(102)的出水端与所述第一外壳(1)连通，所述出水管(103)水平设置，所述出水管(103)的进水端与所述第一外壳(1)连通，所述第一外壳(1)的一端与所述安装箱(3)的内壁固定连接；
所述风力组件包括第二外壳(2)，风机叶轮(201)，出风口(202)，出风管(203)，所述第二外壳(2)为一端开口的空心圆柱体，所述第二外壳(2)将所述风机叶轮(201)包裹在内，所述第二外壳(2)与所述风机叶轮(201)同轴心设置，所述第二外壳(2)不开口的一端与所述安装箱(3) 的外壁固定连接，所述第二外壳(2)上开设有与其腔室连通的出风口(202)，所述出风口(202) 与所述出风管(203)的进风端连通；
所述安装箱(3)的侧壁开设有第一限位孔，所述第一限位孔螺纹连接有喷水头，所述喷水头的进水端与所述出水管(103)的出水端连通；
所述安装箱(3) 的侧壁还开设有第二限位孔，所述第二限位孔与所述出风管(203)的外壁螺纹连接；
所述第一限位孔与所述第二限位孔对称设置，且所述第一限位孔与所述第二限位孔同轴心设置；
所述水力组件与所述风力组件成套设置，所述安装箱(3)内设置有两套对称的水力组件与所述风力组件，所述水力涡轮(101)与所述风机叶轮(201)同转轴，即通过所述传动轴(4)使得所述水力涡轮（101）与所述风机叶轮(201)同步转动；
两套所述水力组件分别连通有第一进水管、第二进水管，第一出水管、第二出水管，所述第一进水管的进水端与第一电动阀的进水端连通，所述第二进水管的进水端与第二电动阀的进水端连通，所述第一电动阀的出水端与所述第一出水管的进水端连通，所述第二电动阀的出水端与所述第二出水管的进水端连通，所述第一电动阀与所述第二电动阀均起到调节水流大小的作用。
2.如权利要求 1 所述的一种应用于无人机的悬挂灭火装置，其特征在于：所述第一电动阀的阀门控制器与所述第二电动阀的阀门控制器分别与控制器的不同端口连接，所述控制器用于控制第一电动阀与所述第二电动阀的开闭。
3.如权利要求 2 所述的一种应用于无人机的悬挂灭火装置，其特征在于：所述控制器还连接有信号接收器，所述信号接收器用于接收远程无线信号发生器产生的信号，所述信号接收器与所述信号发生器之间通过远程通信模块连接。
4.如权利要求 3 所述的一种应用于无人机的悬挂灭火装置，其特征在于：所述控制器固定在所述安装箱(3)内。
5.如权利要求 1 所述的一种应用于无人机的悬挂灭火装置，其特征在于：所述安装箱(3) 的顶部连接有第一安装架(5)，所述安装箱(3)的底面连接有第二安装架(6)。
6.如权利要求 5所述的一种应用于无人机的悬挂灭火装置，其特征在于：所述第一安装架(5)由四根安装条组成，所述安装条的一端与所述安装箱(3)的顶面固定连接，四根所述安装条的另一端向所述安装箱(3)的体心汇集，四根所述安装条的汇集处高于所述安装箱(3)的顶面，所述第一安装架(5)用于连接所述安装箱(3)与无人机，所述第二安装架(6)由两组安装板组成，一组所述安装板由一块长板以及连接在所述长板两端的竖板组成，所述第二安装架(6)用于连接所述安装箱(3)与无人机。
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