CN112618992B - 一种低成本自杀式组网灭火方法及无人机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本自杀式组网灭火方法，包括如下步骤：首先设计制作低成本自杀式灭火无人机，按一次性使用低成本设计原则和灭火可靠设计原则进行设计制作；设计制作探测垂直起降无人机；建立包括指挥控制系统的地面站，所述指挥控制系统通过空中自组网通信链路，使得低成本自杀式灭火无人机的低成本组网(普通节点)设备与探测评估垂直起降无人机携带的低成本的自组网(中心节点)设备进行数据交联。本发明用于快速应对突发森林火灾，实现对不同森林初发火灾“打早、打小”的目的。

Description

一种低成本自杀式组网灭火方法及无人机系统
技术领域
本发明属于飞行器总体设计领域，具体涉及一种低成本自杀式组网灭火方法及无人机系统。
背景技术
森林火灾突发性强、破坏性大、危险性高，是全球发生最频繁、处置最困难、危害最严重的自然灾害之一，森林火灾每年造成我国数万公顷的森林资源损毁，直接经济损失达数亿元。
我国应对林火的主要方式有：地面人工扑救、航空飞机灭火等。地面人工扑火机具适用于扑救地下火、地面火等情况，难以扑救树冠火，且需大量消防人员参与，在控制、稳定火势阶段，人员生命危险性大；航空灭火方式灭火，具有机动性强、不受地形限制的显著优势，但当前航空灭火多采取吊水灭火，灭火效率低，且存在远距离取水问题；远距发射灭火弹，可密集发射、大面覆盖火场，但因射程近、地面机动时受地形、道路影响大，及时性不强等因素，适应性大大降低。
针对森林火灾的防控，最核心的需求是解决早发现、早扑灭，避免火势的蔓延。而目前森林消防存在快速到位难、直接扑救难、综合保障难等痛点难点，导致火灾很难在第一时间被扑灭，火场蔓延从而产生更大的危害。因此，急需研制适用不同环境的响应速度快、使用方便、综合使用成本低、能尽量实现自成体系的森林航空灭火系统，实现对森林火灾的“打早、打小、打了”。
随着无人机技术的发展，无人机作为一种快捷、安全、廉价的航空灭火设备，被越来越多的运用到消防灭火当中来。然而现有的灭火无人机价格高昂，且多使用旋翼型无人机，载药量少，且一般用于城市高层灭火。综上所述，现有森林航空灭火设备普遍存在成本高且无法短时间内快速投放大批量高效能灭火工质的问题。
发明内容
针对现有森林航空灭火设备普遍存在成本高且无法短时间内快速投放大批量高效能灭火工质的问题，本发明提出一种低成本自杀式组网无人机灭火方法及系统，用于快速应对突发森林火灾，实现对不同森林初发火灾“打早、打小”的目的，最大程度降低森林火灾的损失。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种低成本自杀式组网灭火方法，包括如下步骤：
S1、首先设计制作低成本自杀式灭火无人机，按一次性使用低成本设计原则和灭火可靠设计原则进行设计制作；设计制作探测垂直起降无人机；建立包括指挥控制系统的地面站，所述指挥控制系统通过空中自组网通信链路，使得低成本自杀式灭火无人机的低成本组网(普通节点)设备与探测评估垂直起降无人机携带的低成本的自组网(中心节点)设备进行数据交联；
S2、所述车载指挥控制系统首先根据火场初步位置信息(由卫星或者瞭望塔得到)以及当地三维地形信息规划探测评估垂直起降无人机航迹；所述设计制作好探测评估垂直起降无人机起飞对火场火情进行快速确认，对火场位置进行精确定位，获取火场气象信息，将火场的图像视频信息实时传送到指挥控制系统；车载指挥控制系统对火场火势危险程度分布进行评估、对火场火势走向进行预示；
S3、所述设计制作好的低成本自杀式灭火无人机由弹射器弹射起飞，按照指挥控制系统根据探测评估垂直起降无人机发布的火情信息规划的航迹自主飞行至火场上方，与探测评估垂直起降无人机建立起点对点通信网络；
S4、所述抵达目标位置附近的低成本自杀式灭火无人机，根据指挥控制系统利用火场分布信息以及低成本自杀式灭火无人机子群的状态信息，所述低成本自杀式灭火无人机子群由多个低成本自杀式灭火无人机组成，为低成本自杀式灭火无人机子群规划灭火航迹并通过探测评估垂直起降无人机发布灭火攻击指令，指挥低成本自杀式灭火无人机子群分批次顺序灭火；低成本自杀式灭火无人机子群根据规划的灭火航迹俯冲飞向火场，落地时触发无人机上灭火装置实施灭火。
进一步地，所述步骤S1中具体地所述一次性使用低成本设计原则为：
a.所述无人机采用常规固定翼布局，机翼采用上单翼设计，尾翼采用T型尾翼，飞行稳定度高；
b.所述无人机机体结构采用了低成本的玻璃纤维材料，能够快速大批量制造，且落入火场不会燃烧；
c.所述无人机为常规固定翼布局，采用静稳定设计；
d.所述无人机机体内部结构简单，容积大，适合于大量装载；
e.所述无人机动力系统采用前拉式动力，为降低成本采用市面上成熟的电机及桨叶；
f.所述无人机电源系统为高能量密度的一次性电池，其在相同电量下比二次电池更轻，且价格更低；
g.所述无人机控制系统选用市场上成熟的飞控系统，既能满足无人机控制要求，且价格便宜可大批量供应；
h.所述无人机低成本视觉系统配备低成本光学摄像镜头，实时采集火场图像数据，并发送至控制系统处理，控制系统根据视觉系统的输出结果修正导航偏差，最终输出飞行控制指令，实现火场瞄准及对目标俯冲；
所述灭火可靠设计原则为：所述无人机内部使用灭火装置携带超细干粉灭火剂，采用触地起爆或者温度延时起爆对火场进行高效可靠灭火。
进一步地，所述地面站为车载地面站，所述指挥控制系统为车载指挥控制系统。
本发明提供一种低成本自杀式组网灭火无人机系统，包括设有地-空数传通信(空中)设备的探测评估垂直起降无人机、低成本自杀式灭火无人机子群及车载地面站，所述低成本自杀式灭火无人机子群由一架或多架设有低成本的自组网(普通节点)设备的低成本自杀式灭火无人机组成，
所述车载地面站包括：车载弹射系统、车载综合电力保障系统和车载指挥控制系统，车载地面站采用车载集成方式，快速灵活，能够迅速抵达火场附近执行任务；所述车载指挥控制系统设有地-空数传通信(地面)设备，
所述车载弹射系统执行低成本自杀式灭火无人机弹射起飞任务；所述车载综合电力保障系统为车载地面站相关系统提供电源，为探测评估垂直起降无人机电源充电；
所述车载地面站还包括：车载休息室和车载无人机维护系统，所述车载休息室满足地面控制人员休整需求，所述车载无人机维护系统执行探测评估垂直起降无人机及低成本自杀式灭火无人机的现场组装、维护维修任务；
所述车载指挥控制系统通过地-空数传通信链路与探测评估垂直起降无人机相连；所述车载指挥控制系统用于探测垂直起降无人机和低成本自杀式灭火无人机子群起飞前的自检，执行两种无人机飞行的安全管控功能，全程监控两种无人机飞行状态，实时显示探测垂直起降无人机传输的火情数据，根据火灾任务及环境制定两种无人机的行动方案，除此之外，车载指挥控制系统包含探测垂直起降无人机航迹规划、低成本自杀式灭火无人机子群编队飞行、两种无人机的任务分配、火场态势评估等模块，执行相关任务；
所述地-空数传通信链路由探测评估垂直起降无人机携带的地-空数传通信(空中)设备与车载指挥控制系统携带的地-空数传通信(地面)设备交联组成；
所述探测评估垂直起降无人机通过空中自组网通信链路与所述低成本自杀式灭火无人机子群相连，向低成本自杀式灭火无人机子群发布车载指挥控制系统的指令、火情信息和火源位置进行灭火；
所述空中自组网通信链路由探测评估垂直起降无人机携带的低成本的自组网(中心节点)设备与低成本自杀式灭火无人机携带的低成本的自组网(普通节点)设备交联组成；空中自组网通信链路使多架低成本自杀式灭火无人机通过探测垂直起降无人机与车载指挥控制系统进行通信，空中组网通信能够大幅缩短通信距离，降低通信设备功率，避免了低成本自杀式灭火无人机子群中的每架无人机单独与车载指挥控制系统的高成本；空中自组网通信链路中的网络中心节点为探测评估垂直起降无人机，普通节点为低成本自杀式灭火无人机，网络能满足普通节点随时接入、随时退出的需求；
所述低成本自杀式灭火无人机子群由多架低成本自杀式灭火无人机组成，所有低成本自杀式灭火无人机均通过空中自组网通信链路与所述探测评估垂直起降无人机进行多对一的连接，接收探测评估垂直起降无人机转发的控制指令、火源位置信息，执行对火源目标执行自杀式的灭火任务；
所述探测评估垂直起降无人机具有垂直起降功能，搭载探测评估垂直起降无人机飞行控制器、高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱、低成本的自组网(中心节点)设备、气象探测设备、喊话器、地-空数传通信(空中)设备，承担火场定位、火场视频获取、低成本自杀式灭火无人机子群通信中转、火场气象探测、喊话等任务。
进一步地，所述探测评估垂直起降无人机飞行控制器用于控制探测评估垂直起降无人机飞行及数据中转；探测评估垂直起降无人机通过数据线与高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱、低成本的自组网(中心节点)设备、气象探测设备、喊话器、地-空数传通信(空中)设备相连；探测评估垂直起降无人机飞行控制器接收高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱获取的光电信息、低成本的自组网(中心节点)设备获取的低成本自杀式灭火无人机子群飞行信息、气象探测设备获取的气象信息并通过地-空数传通信(空中)设备向车载指挥控制系统传输，同时向高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱、低成本的自组网(中心节点)设备、喊话器发布经由地-空数传通信(空中)设备接收的车载指挥控制系统指令。
所述高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱可实时获取火场高清可见光/红外图像及火源激光测距数据，通过数据线将所采集的光电信息传输到探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器通过地-空数传通信(空中)设备将接收的光电信息数据传输至车载指挥控制系统，车载指挥控制系统通过分析光电数据信息可完成火场位置确定、火场周边地理环境分析、火场实时图像发布等任务。
所述低成本的自组网(中心节点)设备与低成本自杀式灭火无人机携带的低成本的自组网(普通节点)设备通过空中自组网通信链路进行数据交联；所述低成本的自组网(中心节点)设备通过数据线与探测评估垂直起降无人机飞行控制器相连，将通过空中自组网通信链路获取的低成本自杀式灭火无人机子群飞行信息传输到探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器通过地-空数传通信(空中)设备将接收的低成本自杀式灭火无人机子群飞行信息传输至车载指挥控制系统，车载指挥控制系统通过对火情的分析制定低成本自杀式灭火无人机子群灭火方案，并通过地-空数传通信链路将指令传输至探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器将指令转发至低成本的自组网(中心节点)设备，再由低成本的自组网(中心节点)设备通过空中自组网通信链路向低成本自杀式灭火无人机子群发布。
所述气象探测设备可实时获取火场上空温度、湿度、压强、风速、风向等气象数据，通过数据线将所采集的气象数据传输到探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器通过地-空数传通信设备将接收的气象数据传输至车载指挥控制系统，车载指挥控制系统通过分析气象数据可完成对火场气象环境的评估，判断火场走势，制定灭火方案任务。
所述地-空数传通信(空中)设备通过数据线与探测评估垂直起降无人机飞行控制器相连，通过地-空数传通信链路与车载指挥控制系统相连，用与地-空数据交换。
更进一步地，所述喊话器可向火场附近人员喊话，喊话器通过数据线与探测评估垂直起降无人机飞行控制器相连，接收探测评估垂直起降无人机飞行控制器通过地-空数传通信(空中)设备接收到车载指挥控制系统的喊话指令，用于车载指挥控制系统对火场附近救援人员的指挥及灾民的疏散。
更进一步地，所述低成本自杀式灭火无人机子群由一架或多架低成本自杀式灭火无人机组成，低成本自杀式灭火无人机通过弹射起飞，使用低成本机体结构，搭载低成本自杀式灭火无人机飞行控制器、低成本一次性电池、低成本视觉系统、低成本的自组网(普通节点)设备及灭火装置，接收探测评估垂直起降无人机转发的控制指令、火源位置信息，在空中组成集群编队，执行对火源目标执行自杀式的灭火任务；
所述低成本自杀式灭火无人机飞行控制器用于控制低成本自杀式灭火无人机飞行及数据中转。低成本自杀式灭火无人机飞行控制器通过数据线与低成本视觉系统及低成本的自组网(普通节点)设备相连，接收并处理低成本视觉系统发送的火场图像数据用以修正火源位置导航信息，接收低成本的自组网(普通节点)设备发送的控制指令执行灭火任务，同时向低成本的自组网(普通节点)设备发送低成本自杀式灭火无人机飞行控制信息，通过空中自组网通信链路向探测评估垂直起降无人机转发，再经由地-空数传通信链路传送至车载指挥控制系统，用于车载指挥控制系统进行任务分配。
更进一步地，所述低成本组网(普通节点)设备与探测评估垂直起降无人机携带的低成本的自组网(中心节点)设备通过空中自组网通信链路进行数据交联；通过数据线与低成本自杀式灭火无人机飞行控制器相连，将通过空中自组网通信链路获取的探测评估垂直起降无人机转发的飞行指令传输到低成本自杀式灭火无人机飞行控制器。
更进一步地，所述的低成本自杀式灭火无人机，包括机身、机翼、尾翼、动力系统、电源系统、包含控制器的控制系统、低成本视觉系统以及灭火子装置，所述动力系统安装在无人机机体头部，为无人机提供前进推力；所述电源系统安装在机身内部，为无人机各分系统供电；所述控制系统主要是机载飞控，安装于机身内部，机载飞控处理其内部传感器、地面控制端即地面端控制指令及低成本视觉系统传输的信号，并向动力系统及伺服系统舵机输出控制信号，控制飞机自主飞行；
所述无人机为常规固定翼布局，采用静稳定设计；
所述无人机机身结构采用了低成本的玻璃纤维材料，能够快速大批量制造，且落入火场不会燃烧；机身内部容积大，适合于大量装载；
所述无人机机翼为提高巡航性能采用大展弦比设计，为提高飞行稳定性采用上单翼设计，为制造简单降低成本采用梯形平直翼设计；
所述无人机尾翼为提高大角度俯冲机动时的舵面控制力采用大尾容T型设计；
所述无人机动力系统采用前拉式动力，为降低成本采用市面上成熟的电机及桨叶；
所述无人机电源系统为高能量密度的锂氟化碳一次性电池，其在相同电量下比二次电池更轻，能够省下更多载荷重量分配给灭火剂，且价格更低；
所述无人机控制系统选用市场上成熟的飞控，既能满足无人机控制要求，且价格便宜可大批量供应；
所述无人机低成本视觉系统配备低成本光学摄像镜头，实时采集火场图像数据，为飞控系统提供视觉导航数据，实时修正导航偏差；
还包括伺服系统、导航系统、通信系统，伺服系统根据控制系统提供的指令对无人机舵面进行控制，为无人机提供控制力矩；导航系统为控制系统提供导航数据；通信系统为无人机及地面控制端提供数据收发；伺服系统、导航系统及通信系统安装于机身结构内部，都是常规技术。
更进一步地，所述低成本自杀式灭火无人机灭火装置安装于低成本自杀式灭火无人机机身及机翼内部,灭火装置内包含灭火剂及引爆系统,采用触地起爆或者温度延时起爆；灭火剂为超细干粉灭火剂，粒径很小，在相同重量下，具有更广泛的覆盖面积和更强的附着性，具有很高的灭火效率；引爆系统主要由引信、中心抛撒药组成，引信发火方式为碰炸及温度延时触发，引信发火后引爆中心抛撒药，利用抛撒药的高爆速和做功能力确保灭火剂均匀抛撒。
本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1.本发明用于快速应对突发森林火灾，实现对不同森林初发火灾“打早、打小”的目的的低成本自杀式组网灭火无人机系统，主要包括探测评估垂直起降无人机、低成本自杀式灭火无人机子群和车载地面站(包括：车载弹射系统、车载休息室、车载综合电力保障系统、车载无人机维护系统和车载指挥控制系统)，能够实现对火情的快速确认、对火势的实时评估、对火场走势的预测以及对突发森林火灾进行快速集群式打击；其探测评估垂直起降无人机和车载地面站，均可以重复使用，使用耗费低；低成本自杀式灭火无人机子群为一次性使用产品，根据火情可调整低成本自杀式灭火无人机子群中的低成本自杀式灭火无人机数量，低成本自杀式灭火无人机各系统大多采用了市场上的成熟产品，单价低，适合于大批量使用。
2.本发明的用于在森林火灾初期可短时间快速投放大批量低成本自杀式灭火无人机，携带有超细干粉灭火剂这种高效能灭火工质，由弹射器弹射起飞，按照地面指挥系统的指示目标，自动规划的航迹，并自主飞行至火场上方。根据地面指挥系统的灭火指令，通过大角度俯冲飞向火场，落地时触发无人机上灭火装置实施灭火。
3.本发明结构简单，操作方便，各子系统成本低，采用自杀式的灭火方式，一次性使用无需复杂的维护工作；其携带的超细干粉灭火剂能快速对火场进行灭火且防止复燃；若采用多架组合式灭火，则能快速对大范围火场进行压制，适合于森林火灾初期短时间快速向火场投放大批量高效能灭火工质，具有较高的灭火效率。
附图说明
图1为低成本自杀式灭火无人机系统系统组成；
图2为探测垂直起降无人机系统组成；
图3为低成本自杀式灭火无人机系统组成；
图4为低成本自杀式灭火无人机系统组成及链路图。
图5为低成本自杀式灭火无人机总体布局示意图；
图6为低成本自杀式灭火无人机系统布置示意图。
其中，1-大容量机身，2-上单翼机翼，3-T型尾翼，4-动力系统，5-电源系统，6-控制系统及低成本视觉系统，7-机身内部灭火装置，8-机翼内部灭火装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
一种低成本自杀式组网灭火方法，包括如下步骤：
S1、首先设计制作低成本自杀式灭火无人机，按一次性使用低成本设计原则和灭火可靠设计原则进行设计制作；设计制作探测垂直起降无人机；建立包括指挥控制系统的地面站，所述指挥控制系统通过空中自组网通信链路，使得低成本自杀式灭火无人机的低成本组网(普通节点)设备与探测评估垂直起降无人机携带的低成本的自组网(中心节点)设备进行数据交联；
S2、所述车载指挥控制系统首先根据火场初步位置信息(由卫星或者瞭望塔得到)以及当地三维地形信息规划探测评估垂直起降无人机航迹；所述设计制作好探测评估垂直起降无人机起飞对火场火情进行快速确认，对火场位置进行精确定位，获取火场气象信息，将火场的图像视频信息实时传送到指挥控制系统；车载指挥控制系统对火场火势危险程度分布进行评估、对火场火势走向进行预示；
S3、所述设计制作好的低成本自杀式灭火无人机由弹射器弹射起飞，按照指挥控制系统根据探测评估垂直起降无人机发布的火情信息规划的航迹自主飞行至火场上方，与探测评估垂直起降无人机建立起点对点通信网络；
S4、所述抵达目标位置附近的低成本自杀式灭火无人机，根据指挥控制系统利用火场分布信息以及低成本自杀式灭火无人机子群的状态信息，所述低成本自杀式灭火无人机子群由多个低成本自杀式灭火无人机组成，为低成本自杀式灭火无人机子群规划灭火航迹并通过探测评估垂直起降无人机发布灭火攻击指令，指挥低成本自杀式灭火无人机子群分批次顺序灭火；低成本自杀式灭火无人机子群根据规划的灭火航迹俯冲飞向火场，落地时触发无人机上灭火装置实施灭火。
在本实施例中，所述步骤S1中具体地所述一次性使用低成本设计原则为：
a.所述无人机采用常规固定翼布局，机翼采用上单翼设计，尾翼采用T型尾翼，飞行稳定度高；
b.所述无人机机体结构采用了低成本的玻璃纤维材料，能够快速大批量制造，且落入火场不会燃烧；
c.所述无人机为常规固定翼布局，采用静稳定设计；
d.所述无人机机体内部结构简单，容积大，适合于大量装载；
e.所述无人机动力系统采用前拉式动力，为降低成本采用市面上成熟的电机及桨叶；
f.所述无人机电源系统为高能量密度的一次性电池，其在相同电量下比二次电池更轻，且价格更低；
g.所述无人机控制系统选用市场上成熟的飞控系统，既能满足无人机控制要求，且价格便宜可大批量供应；
h.所述无人机低成本视觉系统配备低成本光学摄像镜头，实时采集火场图像数据，并发送至控制系统处理，控制系统根据视觉系统的输出结果修正导航偏差，最终输出飞行控制指令，实现火场瞄准及对目标俯冲；
所述灭火可靠设计原则为：所述无人机内部使用灭火装置携带超细干粉灭火剂，采用触地起爆或者温度延时起爆对火场进行高效可靠灭火。
在本实施例中，所述地面站为车载地面站，所述指挥控制系统为车载指挥控制系统。
本发明提供一种低成本自杀式组网灭火无人机系统，包括设有地-空数传通信(空中)设备的探测评估垂直起降无人机、低成本自杀式灭火无人机子群及车载地面站，所述低成本自杀式灭火无人机子群由一架或多架设有低成本的自组网(普通节点)设备的低成本自杀式灭火无人机组成，
所述车载地面站包括：车载弹射系统、车载综合电力保障系统和车载指挥控制系统，车载地面站采用车载集成方式，快速灵活，能够迅速抵达火场附近执行任务；所述车载指挥控制系统设有地-空数传通信(地面)设备，
所述车载弹射系统执行低成本自杀式灭火无人机弹射起飞任务；所述车载综合电力保障系统为车载地面站相关系统提供电源，为探测评估垂直起降无人机电源充电；
所述车载地面站还包括：车载休息室和车载无人机维护系统，所述车载休息室满足地面控制人员休整需求，所述车载无人机维护系统执行探测评估垂直起降无人机及低成本自杀式灭火无人机的现场组装、维护维修任务；
所述车载指挥控制系统通过地-空数传通信链路与探测评估垂直起降无人机相连；所述车载指挥控制系统用于探测垂直起降无人机和低成本自杀式灭火无人机子群起飞前的自检，执行两种无人机飞行的安全管控功能，全程监控两种无人机飞行状态，实时显示探测垂直起降无人机传输的火情数据，根据火灾任务及环境制定两种无人机的行动方案，除此之外，车载指挥控制系统包含探测垂直起降无人机航迹规划、低成本自杀式灭火无人机子群编队飞行、两种无人机的任务分配、火场态势评估等模块，执行相关任务；
所述地-空数传通信链路由探测评估垂直起降无人机携带的地-空数传通信(空中)设备与车载指挥控制系统携带的地-空数传通信(地面)设备交联组成；
所述探测评估垂直起降无人机通过空中自组网通信链路与所述低成本自杀式灭火无人机子群相连，向低成本自杀式灭火无人机子群发布车载指挥控制系统的指令、火情信息和火源位置进行灭火；
所述空中自组网通信链路由探测评估垂直起降无人机携带的低成本的自组网(中心节点)设备与低成本自杀式灭火无人机携带的低成本的自组网(普通节点)设备交联组成；空中自组网通信链路使多架低成本自杀式灭火无人机通过探测垂直起降无人机与车载指挥控制系统进行通信，空中组网通信能够大幅缩短通信距离，降低通信设备功率，避免了低成本自杀式灭火无人机子群中的每架无人机单独与车载指挥控制系统的高成本；空中自组网通信链路中的网络中心节点为探测评估垂直起降无人机，普通节点为低成本自杀式灭火无人机，网络能满足普通节点随时接入、随时退出的需求；
所述低成本自杀式灭火无人机子群由多架低成本自杀式灭火无人机组成，所有低成本自杀式灭火无人机均通过空中自组网通信链路与所述探测评估垂直起降无人机进行多对一的连接，接收探测评估垂直起降无人机转发的控制指令、火源位置信息，执行对火源目标执行自杀式的灭火任务；
所述探测评估垂直起降无人机具有垂直起降功能，搭载探测评估垂直起降无人机飞行控制器、高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱、低成本的自组网(中心节点)设备、气象探测设备、喊话器、地-空数传通信(空中)设备，承担火场定位、火场视频获取、低成本自杀式灭火无人机子群通信中转、火场气象探测、喊话等任务。
进一步地，所述探测评估垂直起降无人机飞行控制器用于控制探测评估垂直起降无人机飞行及数据中转；探测评估垂直起降无人机通过数据线与高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱、低成本的自组网(中心节点)设备、气象探测设备、喊话器、地-空数传通信(空中)设备相连；探测评估垂直起降无人机飞行控制器接收高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱获取的光电信息、低成本的自组网(中心节点)设备获取的低成本自杀式灭火无人机子群飞行信息、气象探测设备获取的气象信息并通过地-空数传通信(空中)设备向车载指挥控制系统传输，同时向高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱、低成本的自组网(中心节点)设备、喊话器发布经由地-空数传通信(空中)设备接收的车载指挥控制系统指令。
所述高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱可实时获取火场高清可见光/红外图像及火源激光测距数据，通过数据线将所采集的光电信息传输到探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器通过地-空数传通信(空中)设备将接收的光电信息数据传输至车载指挥控制系统，车载指挥控制系统通过分析光电数据信息可完成火场位置确定、火场周边地理环境分析、火场实时图像发布等任务。
所述低成本的自组网(中心节点)设备与低成本自杀式灭火无人机携带的低成本的自组网(普通节点)设备通过空中自组网通信链路进行数据交联；所述低成本的自组网(中心节点)设备通过数据线与探测评估垂直起降无人机飞行控制器相连，将通过空中自组网通信链路获取的低成本自杀式灭火无人机子群飞行信息传输到探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器通过地-空数传通信(空中)设备将接收的低成本自杀式灭火无人机子群飞行信息传输至车载指挥控制系统，车载指挥控制系统通过对火情的分析制定低成本自杀式灭火无人机子群灭火方案，并通过地-空数传通信链路将指令传输至探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器将指令转发至低成本的自组网(中心节点)设备，再由低成本的自组网(中心节点)设备通过空中自组网通信链路向低成本自杀式灭火无人机子群发布。
所述气象探测设备可实时获取火场上空温度、湿度、压强、风速、风向等气象数据，通过数据线将所采集的气象数据传输到探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器通过地-空数传通信设备将接收的气象数据传输至车载指挥控制系统，车载指挥控制系统通过分析气象数据可完成对火场气象环境的评估，判断火场走势，制定灭火方案任务。
所述地-空数传通信(空中)设备通过数据线与探测评估垂直起降无人机飞行控制器相连，通过地-空数传通信链路与车载指挥控制系统相连，用与地-空数据交换。
更进一步地，所述喊话器可向火场附近人员喊话，喊话器通过数据线与探测评估垂直起降无人机飞行控制器相连，接收探测评估垂直起降无人机飞行控制器通过地-空数传通信(空中)设备接收到车载指挥控制系统的喊话指令，用于车载指挥控制系统对火场附近救援人员的指挥及灾民的疏散。
更进一步地，所述低成本自杀式灭火无人机子群由一架或多架低成本自杀式灭火无人机组成，低成本自杀式灭火无人机通过弹射起飞，使用低成本机体结构，搭载低成本自杀式灭火无人机飞行控制器、低成本一次性电池、低成本视觉系统、低成本的自组网(普通节点)设备及灭火装置，接收探测评估垂直起降无人机转发的控制指令、火源位置信息，在空中组成集群编队，执行对火源目标执行自杀式的灭火任务；
所述低成本自杀式灭火无人机飞行控制器用于控制低成本自杀式灭火无人机飞行及数据中转。低成本自杀式灭火无人机飞行控制器通过数据线与低成本视觉系统及低成本的自组网(普通节点)设备相连，接收并处理低成本视觉系统发送的火场图像数据用以修正火源位置导航信息，接收低成本的自组网(普通节点)设备发送的控制指令执行灭火任务，同时向低成本的自组网(普通节点)设备发送低成本自杀式灭火无人机飞行控制信息，通过空中自组网通信链路向探测评估垂直起降无人机转发，再经由地-空数传通信链路传送至车载指挥控制系统，用于车载指挥控制系统进行任务分配。
更进一步地，所述低成本组网(普通节点)设备与探测评估垂直起降无人机携带的低成本的自组网(中心节点)设备通过空中自组网通信链路进行数据交联；通过数据线与低成本自杀式灭火无人机飞行控制器相连，将通过空中自组网通信链路获取的探测评估垂直起降无人机转发的飞行指令传输到低成本自杀式灭火无人机飞行控制器。
如图5-6所示，为低成本自杀式灭火无人机总体布局示意图和系统布置示意图，本发明所述的低成本自杀式灭火无人机，包括机身、机翼、尾翼、动力系统、电源系统、包含控制器的控制系统、低成本视觉系统以及灭火子装置，所述动力系统安装在无人机机体头部，为无人机提供前进推力；所述电源系统安装在机身内部，为无人机各分系统供电；所述控制系统主要是机载飞控，安装于机身内部，机载飞控处理其内部传感器、地面控制端即地面端控制指令及低成本视觉系统传输的信号，并向动力系统及伺服系统舵机输出控制信号，控制飞机自主飞行。
所述无人机为常规固定翼布局，采用静稳定设计。
所述无人机机身结构采用了低成本的玻璃纤维材料，能够快速大批量制造，且落入火场不会燃烧；机身内部容积大，适合于大量装载。
所述无人机机翼为提高巡航性能采用大展弦比设计，为提高飞行稳定性采用上单翼设计，为制造简单降低成本采用梯形平直翼设计。
所述无人机尾翼为提高大角度俯冲机动时的舵面控制力采用大尾容T型设计。T型尾翼广泛应用于大型军用运输机和尾吊式发动机布局的民用客机上，T型尾翼将平尾抬高，避开了机翼尾流干扰，使其操纵效率提高，且抬高的平尾增大了距离飞机焦点的力臂长度，增大了俯仰操纵力矩，提高了俯仰灵活性。
所述无人机动力系统采用前拉式动力，为降低成本采用市面上成熟的电机及桨叶。国内如T-Motor、好盈生产各类无人机电机，T-Motor、劲旋风生产各类无人机桨叶，电机及桨叶技术成熟，性能优异价格低廉。
所述无人机电源系统为高能量密度的锂氟化碳一次性电池，其在相同电量下比二次电池更轻，能够省下更多载荷重量分配给灭火剂，且价格更低。
所述无人机控制系统选用市场上成熟的飞控，既能满足无人机控制要求，且价格便宜可大批量供应，如开源飞控APM系列、PIXHAWK系列、Taulabs系列等，这类飞控用户群庞大，代码开源，经历了多年、大量专业人士的优化，性能优越价格低廉。
所述无人机低成本视觉系统配备低成本光学摄像镜头，实时采集火场图像数据，为飞控系统提供视觉导航数据，实时修正导航偏差。市面上如索尼、大疆均有成熟且价格低廉的光学摄像头。
低成本自杀式灭火无人机低成本视觉系统通过数据线与低成本自杀式灭火无人机飞行控制器相连，为飞行控制器提供实时采集的火场图像数据，用以实时修正火源位置导航信息，使低成本自杀式灭火无人机在最后俯冲突入火场阶段能准确瞄准火源目标。
在一个实施例中，所述无人机机身内部灭火子装置为三个体积约0.16m×0.15m×0.18m(4.3L)的子装置，装药量约为超细干粉灭火剂6.6kg,采用触地起爆或者温度延时起爆。
在一个实施例中，所述无人机机翼内部灭火子装置为两个体积约0.02m×0.15m×0.5m(1.5L)的子装置，子装置内包含超细干粉灭火剂及引爆系统,采用触地起爆或者温度延时起爆。引爆系统主要由引信、中心抛撒药组成，引信发火方式为碰炸及温度延时触发，引信发火后引爆中心抛撒药，利用抛撒药的高爆速和做功能力确保灭火剂均匀抛撒。
所述灭火剂为超细干粉灭火剂，相较于其他常用灭火剂，超细干粉灭火剂(超细干粉灭火剂的相关标准详见中华人民共和国公共安全行业标准GA578-2005《超细干粉灭火剂》)，灭火原理结合了化学和物理两种灭火机理，其中化学抑制作用是其灭火基本机理，而该灭火方式克服了物理灭火存在的灭火速度慢、效率低的问题。同时，由于超细干粉灭火剂粒径很小，因此在相同重量下，它具有更广泛的覆盖面积和更强的附着性，上述优势确保了超细干粉灭火剂最佳的相对灭火效率。超细干粉灭火剂不仅对大气臭氧层耗减潜能值(ODP)为零，温室效应潜能值(GWP)为零，对人体皮肤无刺激，对保护物无腐蚀，无毒无害；灭火后残留物易清理，不易造成火场中人员中毒或窒息死亡，储存期限可达10年。
在另一个实施例中的低成本自杀式灭火无人机，还包括伺服系统、导航系统、通信系统，伺服系统根据控制系统提供的指令对无人机舵面进行控制，为无人机提供控制力矩；导航系统为控制系统提供导航数据；通信系统为无人机及地面控制端提供数据收发；伺服系统、导航系统及通信系统安装于机身结构内部，都是常规技术。市面上常见的无人机伺服舵机、GPS导航系统、通讯系统等，均可直接购买并应用到本发明的无人机中。
总之，本发明所述的一种用于森林灭火的一种低成本自杀式灭火无人机，内部携带有超细干粉灭火剂，通过大角度俯冲方式瞄准火场进行灭火阻燃。地面控制端接收到灭火指令后，向无人机发送火场位置数据，无人机通过地面弹射装置弹射起飞，并通过自身动力系统向目标区域飞行。抵达目标位置附近后，低成本视觉系统开始工作，获取目标火场图像，飞行控制系统处理低成本视觉系统数据后实时修正目标导航信息，并瞄准目标点飞行。在距目标点约500m处开始大角度俯冲，高速冲入目标火场，其灭火装置触地起爆或温度延时起爆，将内部超细干粉灭火剂通过冲击波迅速散布到大范围火场实现灭火及阻燃。无人机采用的结构材料、各分系统多采用市场上的成熟产品，总成本低，适合大量使用。
所述低成本自杀式灭火无人机灭火装置安装于低成本自杀式灭火无人机机身及机翼内部,灭火装置内包含灭火剂及引爆系统,采用触地起爆或者温度延时起爆；灭火剂为超细干粉灭火剂，粒径很小，在相同重量下，具有更广泛的覆盖面积和更强的附着性，具有很高的灭火效率；引爆系统主要由引信、中心抛撒药组成，引信发火方式为碰炸及温度延时触发，引信发火后引爆中心抛撒药，利用抛撒药的高爆速和做功能力确保灭火剂均匀抛撒。
本发明所述的用于森林灭火的一种低成本自杀式组网灭火无人机系统的工作流程具体为：
在发生森林火情时，车载指挥控制系统首先根据火场初步位置信息(由卫星或者瞭望塔得到)以及当地三维地形信息规划探测评估垂直起降无人机航迹；探测评估垂直起降无人机起飞对火场火情进行快速确认、对火场位置进行精确定位、获取火场气象信息、将火场的图像视频信息实时传送到车载指挥控制系统；车载指挥控制系统对火场火势危险程度分布进行评估、对火场火势走向进行预示；低成本自杀式灭火无人机子群由车载弹射系统弹射起飞，按照车载指挥控制系统根据探测评估垂直起降无人机发布的火情信息规划的航迹自主飞行至火场上方，与探测评估垂直起降无人机建立起点对点通信网络；车载指挥控制系统利用火场分布信息以及低成本自杀式灭火无人机子群的状态信息，为低成本自杀式灭火无人机子群规划灭火航迹并通过探测评估垂直起降无人机发布灭火攻击指令，指挥低成本自杀式灭火无人机子群分批次顺序灭火；低成本自杀式灭火无人机子群根据规划的灭火航迹俯冲飞向火场，落地时触发无人机上灭火装置实施灭火。

Claims (3)

1.一种低成本自杀式组网灭火方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、首先设计制作低成本自杀式灭火无人机，按一次性使用低成本设计原则和灭火可靠设计原则进行设计制作；设计制作探测垂直起降无人机；建立包括指挥控制系统的地面站，所述指挥控制系统通过空中自组网通信链路，使得低成本自杀式灭火无人机的低成本组网普通节点设备与探测评估垂直起降无人机携带的低成本的自组网中心节点设备进行数据交联；
S2、所述指挥控制系统首先根据火场初步位置信息，以及当地三维地形信息规划探测评估垂直起降无人机航迹；所述设计制作好探测评估垂直起降无人机起飞对火场火情进行快速确认，对火场位置进行精确定位，获取火场气象信息，将火场的图像视频信息实时传送到指挥控制系统；车载指挥控制系统对火场火势危险程度分布进行评估、对火场火势走向进行预示；
S3、所述设计制作好的低成本自杀式灭火无人机由弹射器弹射起飞，按照指挥控制系统根据探测评估垂直起降无人机发布的火情信息规划的航迹自主飞行至火场上方，与探测评估垂直起降无人机建立起点对点通信网络；
S4、所述抵达目标位置附近的低成本自杀式灭火无人机，根据指挥控制系统利用火场分布信息以及低成本自杀式灭火无人机子群的状态信息，所述低成本自杀式灭火无人机子群由多个低成本自杀式灭火无人机组成，为低成本自杀式灭火无人机子群规划灭火航迹并通过探测评估垂直起降无人机发布灭火攻击指令，指挥低成本自杀式灭火无人机子群分批次顺序灭火；低成本自杀式灭火无人机子群根据规划的灭火航迹俯冲飞向火场，落地时触发无人机上灭火装置实施灭火；
所述步骤S1中具体地所述一次性使用低成本设计原则为：
a.所述无人机采用常规固定翼布局，机翼采用上单翼设计，尾翼采用T型尾翼，飞行稳定度高；
b.所述无人机机体结构采用了低成本的玻璃纤维材料，能够快速大批量制造，且落入火场不会燃烧；
c.所述无人机为常规固定翼布局，采用静稳定设计；
d.所述无人机机体内部结构简单，容积大，适合于大量装载；
e.所述无人机动力系统采用前拉式动力，为降低成本采用市面上成熟的电机及桨叶；
f.所述无人机电源系统为高能量密度的一次性电池，其在相同电量下比二次电池更轻，且价格更低；
g.所述无人机控制系统选用市场上成熟的飞控系统，既能满足无人机控制要求，且价格便宜可大批量供应；
h.所述无人机低成本视觉系统配备低成本光学摄像镜头，实时采集火场图像数据，并发送至控制系统处理，控制系统根据视觉系统的输出结果修正导航偏差，最终输出飞行控制指令，实现火场瞄准及对目标俯冲；
所述灭火可靠设计原则为：所述无人机内部使用灭火装置携带超细干粉灭火剂，采用触地起爆或者温度延时起爆对火场进行高效可靠灭火；
所述地面站为车载地面站，所述指挥控制系统为车载指挥控制系统。
2.一种低成本自杀式组网灭火无人机系统，使用权利要求1所述的方法进行低成本自杀式组网灭火，其特征在于包括设有地-空数传通信空中设备的探测评估垂直起降无人机、低成本自杀式灭火无人机子群及车载地面站，所述低成本自杀式灭火无人机子群由一架或多架设有低成本的自组网普通节点设备的低成本自杀式灭火无人机组成，
所述车载地面站包括：车载弹射系统、车载综合电力保障系统和车载指挥控制系统，车载地面站采用车载集成方式，快速灵活，能够迅速抵达火场附近执行任务；所述车载指挥控制系统设有地-空数传通信地面设备，
所述车载弹射系统执行低成本自杀式灭火无人机弹射起飞任务；所述车载综合电力保障系统为车载地面站相关系统提供电源，为探测评估垂直起降无人机电源充电；所述车载指挥控制系统通过地-空数传通信链路与探测评估垂直起降无人机相连；所述车载指挥控制系统用于探测垂直起降无人机和低成本自杀式灭火无人机子群起飞前的自检，执行两种无人机飞行的安全管控功能，全程监控两种无人机飞行状态，实时显示探测垂直起降无人机传输的火情数据，根据火灾任务及环境制定两种无人机的行动方案，除此之外，车载指挥控制系统包含探测垂直起降无人机航迹规划、低成本自杀式灭火无人机子群编队飞行、两种无人机的任务分配、火场态势评估等模块，执行相关任务；
所述地-空数传通信链路由探测评估垂直起降无人机携带的地-空数传通信空中设备与车载指挥控制系统携带的地-空数传通信地面设备交联组成；
所述探测评估垂直起降无人机通过空中自组网通信链路与所述低成本自杀式灭火无人机子群相连，向低成本自杀式灭火无人机子群发布车载指挥控制系统的指令、火情信息和火源位置进行灭火；
所述空中自组网通信链路由探测评估垂直起降无人机携带的低成本的自组网中心节点设备与低成本自杀式灭火无人机携带的低成本的自组网普通节点设备交联组成；空中自组网通信链路使多架低成本自杀式灭火无人机通过探测垂直起降无人机与车载指挥控制系统进行通信，空中组网通信能够大幅缩短通信距离，降低通信设备功率，避免了低成本自杀式灭火无人机子群中的每架无人机单独与车载指挥控制系统的高成本；空中自组网通信链路中的网络中心节点为探测评估垂直起降无人机，普通节点为低成本自杀式灭火无人机，网络能满足普通节点随时接入、随时退出的需求；
所述低成本自杀式灭火无人机子群由多架低成本自杀式灭火无人机组成，所有低成本自杀式灭火无人机均通过空中自组网通信链路与所述探测评估垂直起降无人机进行多对一的连接，接收探测评估垂直起降无人机转发的控制指令、火源位置信息，执行对火源目标执行自杀式的灭火任务；
所述探测评估垂直起降无人机具有垂直起降功能，搭载探测评估垂直起降无人机飞行控制器、高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱、低成本的自组网中心节点设备、气象探测设备、喊话器、地-空数传通信空中设备，承担火场定位、火场视频获取、低成本自杀式灭火无人机子群通信中转、火场气象探测、喊话等任务；
所述探测评估垂直起降无人机飞行控制器用于控制探测评估垂直起降无人机飞行及数据中转；探测评估垂直起降无人机通过数据线与高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱、低成本的自组网中心节点设备、气象探测设备、喊话器、地-空数传通信空中设备相连；探测评估垂直起降无人机飞行控制器接收高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱获取的光电信息、低成本的自组网中心节点设备获取的低成本自杀式灭火无人机子群飞行信息、气象探测设备获取的气象信息并通过地-空数传通信空中设备向车载指挥控制系统传输，同时向高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱、低成本的自组网中心节点设备、喊话器发布经由地-空数传通信空中设备接收的车载指挥控制系统指令；
所述高清可见光/红外/激光测距仪光电吊舱可实时获取火场高清可见光/红外图像及火源激光测距数据，通过数据线将所采集的光电信息传输到探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器通过地-空数传通信空中设备将接收的光电信息数据传输至车载指挥控制系统，车载指挥控制系统通过分析光电数据信息可完成火场位置确定、火场周边地理环境分析、火场实时图像发布等任务；
所述低成本的自组网中心节点设备与低成本自杀式灭火无人机携带的低成本的自组网普通节点设备通过空中自组网通信链路进行数据交联；所述低成本的自组网中心节点设备通过数据线与探测评估垂直起降无人机飞行控制器相连，将通过空中自组网通信链路获取的低成本自杀式灭火无人机子群飞行信息传输到探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器通过地-空数传通信空中设备将接收的低成本自杀式灭火无人机子群飞行信息传输至车载指挥控制系统，车载指挥控制系统通过对火情的分析制定低成本自杀式灭火无人机子群灭火方案，并通过地-空数传通信链路将指令传输至探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器将指令转发至低成本的自组网中心节点设备，再由低成本的自组网中心节点设备通过空中自组网通信链路向低成本自杀式灭火无人机子群发布；
所述气象探测设备可实时获取火场上空温度、湿度、压强、风速、风向等气象数据，通过数据线将所采集的气象数据传输到探测评估垂直起降无人机飞行控制器，探测评估垂直起降无人机飞行控制器通过地-空数传通信设备将接收的气象数据传输至车载指挥控制系统，车载指挥控制系统通过分析气象数据可完成对火场气象环境的评估，判断火场走势，制定灭火方案任务；
所述地-空数传通信空中设备通过数据线与探测评估垂直起降无人机飞行控制器相连，通过地-空数传通信链路与车载指挥控制系统相连，用与地-空数据交换；
所述低成本自杀式灭火无人机子群由一架或多架低成本自杀式灭火无人机组成，低成本自杀式灭火无人机通过弹射起飞，使用低成本机体结构，搭载低成本自杀式灭火无人机飞行控制器、低成本一次性电池、低成本视觉系统、低成本的自组网普通节点设备及灭火装置，接收探测评估垂直起降无人机转发的控制指令、火源位置信息，在空中组成集群编队，执行对火源目标执行自杀式的灭火任务；
所述低成本自杀式灭火无人机飞行控制器用于控制低成本自杀式灭火无人机飞行及数据中转，低成本自杀式灭火无人机飞行控制器通过数据线与低成本视觉系统及低成本的自组网普通节点设备相连，接收并处理低成本视觉系统发送的火场图像数据用以修正火源位置导航信息，接收低成本的自组网普通节点设备发送的控制指令执行灭火任务，同时向低成本的自组网普通节点设备发送低成本自杀式灭火无人机飞行控制信息，通过空中自组网通信链路向探测评估垂直起降无人机转发，再经由地-空数传通信链路传送至车载指挥控制系统，用于车载指挥控制系统进行任务分配；
所述低成本组网普通节点设备与探测评估垂直起降无人机携带的低成本的自组网中心节点设备通过空中自组网通信链路进行数据交联；通过数据线与低成本自杀式灭火无人机飞行控制器相连，将通过空中自组网通信链路获取的探测评估垂直起降无人机转发的飞行指令传输到低成本自杀式灭火无人机飞行控制器。
3.根据权利要求2所述的低成本自杀式组网 灭火无人机系统，其特征在于包括机身、机翼、尾翼、动力系统、电源系统、包含控制器的控制系统、低成本视觉系统以及灭火子装置，所述动力系统安装在无人机机体头部，为无人机提供前进推力；所述电源系统安装在机身内部，为无人机各分系统供电；所述控制系统主要是机载飞控，安装于机身内部，机载飞控处理其内部传感器、地面控制端即地面端控制指令及低成本视觉系统传输的信号，并向动力系统及伺服系统舵机输出控制信号，控制飞机自主飞行；
所述无人机为常规固定翼布局，采用静稳定设计；
所述无人机机身结构采用了低成本的玻璃纤维材料，能够快速大批量制造，且落入火场不会燃烧；机身内部容积大，适合于大量装载；
所述无人机机翼为提高巡航性能采用大展弦比设计，为提高飞行稳定性采用上单翼设计，为制造简单降低成本采用梯形平直翼设计；
所述无人机尾翼为提高大角度俯冲机动时的舵面控制力采用大尾容T型设计；
所述无人机动力系统采用前拉式动力，为降低成本采用市面上成熟的电机及桨叶；
所述无人机电源系统为高能量密度的锂氟化碳一次性电池，其在相同电量下比二次电池更轻，能够省下更多载荷重量分配给灭火剂，且价格更低；
所述无人机控制系统选用市场上成熟的飞控，既能满足无人机控制要求，且价格便宜可大批量供应；
所述无人机低成本视觉系统配备低成本光学摄像镜头，实时采集火场图像数据，为飞控系统提供视觉导航数据，实时修正导航偏差；
还包括伺服系统、导航系统、通信系统，伺服系统根据控制系统提供的指令对无人机舵面进行控制，为无人机提供控制力矩；导航系统为控制系统提供导航数据；通信系统为无人机及地面控制端提供数据收发；伺服系统、导航系统及通信系统安装于机身结构内部，都是常规技术；
所述低成本自杀式灭火无人机灭火子装置安装于低成本自杀式灭火无人机机身及机翼内部,灭火装置内包含灭火剂及引爆系统,采用触地起爆或者温度延时起爆；灭火剂为超细干粉灭火剂，粒径很小，在相同重量下，具有更广泛的覆盖面积和更强的附着性，具有很高的灭火效率；引爆系统主要由引信、中心抛撒药组成，引信发火方式为碰炸及温度延时触发，引信发火后引爆中心抛撒药，利用抛撒药的高爆速和做功能力确保灭火剂均匀抛撒。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113856098A (zh) * 2021-10-25 2021-12-31 中航通飞华南飞机工业有限公司 大型灭火水陆两栖飞机汲水灭火系统和方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2020101085A4 (en) * 2020-06-23 2020-07-23 Casic Simulation Technology Co., Ltd. A Fire Extinguishing Device for High-rise Buildings Based on UAV

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102785778B (zh) * 2012-07-17 2015-09-09 王�华 一种管式发射灭火无人机及灭火控制方法
CN108241349B (zh) * 2018-01-15 2020-08-21 梁晓龙 消防无人机集群系统及消防方法
CN210437388U (zh) * 2019-08-12 2020-05-01 云南骏鹰航空科技有限公司 森林灭火察打固定翼无人机
CN110937112B (zh) * 2019-11-13 2021-10-12 北京机械设备研究所 一种森林消防制导飞行系统及作业方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2020101085A4 (en) * 2020-06-23 2020-07-23 Casic Simulation Technology Co., Ltd. A Fire Extinguishing Device for High-rise Buildings Based on UAV

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