CN208760902U - 一种基于无人机的高层楼宇救援系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高层楼宇救援技术领域，具体来说，一种基于无人机的高层楼宇救援系统，所述系统包括：无人机，用于运送救援弹；发射筒，设于无人机上，用于发射救援弹；救援弹，设于发射筒内，包括救援弹弹体和火箭发动机；电源电路，设于无人机上且与所述火箭发动机的激发部相连，用于给火箭发动机提供电源；地面控制终端，用于控制无人机的飞行以及电源电路的通断；摄像头，用于拍摄火灾现场的图像，并将所述图像发送给图像传输设备；图像传输设备，设于无人机上，用于将所述图像送给地面控制终端。进一步的，所述电源电路包括电源和与所述电源相连的继电器，所述火箭发动机的激发部与继电器相连，所述继电器还与地面控制终端相连。

Description

一种基于无人机的高层楼宇救援系统

技术领域

本实用新型涉及高层楼宇救援技术领域，具体来说，涉及一种基于无人机的高层楼宇救援系统。

背景技术

随着我国高层建筑数量以及高度的提高，消防救援压力日益增大。对于楼体外救援设备，受工作原理和物理极限影响，用于高层建筑救援的特种消防车辆装备普遍存在车体宽大、展开时间长、维修和保障装备复杂等问题，由此带来诸多救援现场限制，影响了救援装备性能的发挥。对于楼体内救援，由消防员携带救援装备以及消防装备进入火灾现场，存在危及消防员安全、攀爬效率低等问题，会错过救援的最佳时机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种基于无人机的高层楼宇救援系统，以克服现有技术中存在的上述不足。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于无人机的高层楼宇救援系统，所述系统包括：

无人机，用于运送救援弹；

发射筒，设于无人机上，用于发射救援弹；

救援弹，设于发射筒内，包括救援弹弹体和火箭发动机；

电源电路，设于无人机上且与所述火箭发动机的激发部相连，用于给火箭发动机提供电源；

地面控制终端，用于控制无人机的飞行以及电源电路的通断；

摄像头，用于拍摄火灾现场的图像，并将所述图像发送给图像传输设备；

图像传输设备，设于无人机上，用于将所述图像送给地面控制终端。

进一步的，所述电源电路包括电源和与所述电源相连的继电器，所述火箭发动机的激发部与继电器相连，所述继电器还与地面控制终端相连。

进一步的，所述救援弹通过一不对发射筒产生反作用力的连接件固定悬挂于发射筒内。

进一步的，所述连接件的一端与发射筒固定连接，另一端贯穿火箭发动机的尾喷管并与所述尾喷管固定相连，所述连接件由熔点为不高于540摄氏度的合金制成。

进一步的，所述连接件的尺寸满足如下要求：

F=S×σ，F≧M×a_max

式中，S为连接件的横截面积，σ为连接件的抗剪强度，M为救援弹的质量，a_max为无人机的最大加速度。

进一步的，所述连接件包括：

若干螺钉，呈圆周方向均布，一端与后挡板固定相连，另一端与火箭发动机的尾喷管固定相连；

后挡板，沿发射筒的径向固定设于发射筒内；

所述螺钉和后挡板均由赛璐珞制成。

进一步的，所述后挡板与尾喷管之间设有间隙。

进一步的，所述间隙内插有闭锁销，所述闭锁销贯穿设于发射筒上。

进一步的，所述激发部包括点火电路，所述点火电路包括：

第一电阻，一端接地，一端连接第一电源，另一端连接第二电阻；

第二电阻，一端连接所述第一电源，另一端分别与电容的正极以及可控硅的正极相连；

第三电阻，一端与电容的负极相连，另一端与点火信号负极输出端相连；

第四电阻，一端与第二电源相连，另一端分别与第五电阻、第七电阻和三极管的集电极相连；

第五电阻，一端与可控硅的负极相连，一端与第七电阻相连，

第六电阻，一端与点火触发信号相连，另一端与三极管的正极相连；

第七电阻，一端与三极管的集电极相连，另一端接地以及与可控硅的负极相连；

电容，负极与点火信号正极输出端相连；

可控硅，负极接地；

三极管，发射极接地。

进一步的，所述救援弹弹体包括救援弹壳体，所述救援弹壳体内设有救援器材，所述救援器材包括氧气面罩、照明设备、医疗急救包、安全绳、降落伞和电池中的一种或多种。

本实用新型的有益效果：本实用新型采用无人机携带救援弹飞到救援位置实施救援，具有作用距离近、展开时间短等特点，可以在火灾初期完成对高层楼宇火灾的救援；点火电路采用储能器件和可控硅作为点火电路的核心器件，降低对输入电源的要求，同时缩短点火电路的激活时间，在确保可靠触发的同时还设计了放电回路，保证发射的安全性；采用纯机械结构实现救援弹与发射筒的连接，可以保证运输过程中救援弹可靠固定，同时发射时不会将反作用力作用到无人机上，保证发射的安全性。

附图说明

图1是本实用新型所述的系统的第一种实施方式的结构示意图；

图2是本实用新型所述的系统的第二种实施方式的结构示意图；

图3是本实用新型所述的点火电路的结构示意图；

图4是本实用新型所述的救援弹的结构示意图。

图中所示：

1-发射筒；2-救援弹；21-救援弹弹体；22-火箭发动机；3-销钉；31-第一连接部；32-第二连接部；4-无人机；5-电源；6-继电器；7-摄像头；8-图像传输设备；9-地面控制终端；10-闭锁销；11-螺钉；12-后档板；13-间隙；14-氧气面罩；15-照明设备；16-医疗急救包；17-安全绳；18-降落伞；19-电池。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

如图1所示，根据本实施例所述的一种基于无人机的高层楼宇救援系统，所述系统包括：无人机4，用于运送救援弹2；发射筒1，设于无人机4上，用于发射救援弹2；救援弹2，设于发射筒1内，包括救援弹弹体21和火箭发动机22；电源电路，设于无人机4上且与所述火箭发动机22的激发部相连，用于给火箭发动机22提供电源；地面控制终端9，用于控制无人机4的飞行以及电源电路的通断；摄像头7，用于拍摄火灾现场的图像，并将所述图像发送给图像传输设备8；图像传输设备8，设于无人机4上，用于将所述图像送给地面控制终端9。

在本实施例，所述电源电路包括电源5和与所述电源5相连的继电器6，所述火箭发动机22的激发部与继电器6相连，所述继电器6还与地面控制终端9相连。

在本实例中，所述救援弹2通过一不对发射筒1产生反作用力的连接件固定悬挂于发射筒1内，所述连接件的一端与发射筒1固定连接，另一端贯穿火箭发动机22的尾喷管并与所述尾喷管固定相连，所述连接件由熔点为不高于540摄氏度的合金制成。

本实施例连接件选择的原理：

首先不考虑救援弹2与发射筒1之间的摩擦力，发射筒1垂直向下的时候施加到连接件的力最大，另外考虑到无人机4的机动飞行，那么连接件所要承受的最大剪切力F1的计算公式为：

F1=M×a_max

式中：M为救援弹2的质量，a_max为无人机4的最大加速度。

对于连接件，连接件的抗剪力的计算公式为：

F2=S×σ

式中，S为连接件的横截面积，σ为连接件的抗剪强度。

为使救援弹2在整个飞行过程中保持稳定，则需F2≧F1，即S×σ≧M×a_max。

另外为了保证连接件在救援弹2发射前可靠熔化，通过实验得知，连接件的熔点应不高于540摄氏度。

基于上述原理，具体的，如图1所示，本实用新型公开了一种救援弹2与发射筒1的连接件，为由铝合金材料制成的销钉3，所述销钉3由直径为5.5mm的第一连接部31和直径为2.5mm的第二连接部32构成，所述发射筒1上设有直径为6mm的第一通孔（图中未示），所述第一连接部31贯穿第一通孔与发射筒1固定连接，所述尾喷管上设有直径为3mm的第二通孔（图中未示），所述第二连接部32贯穿第二通孔与尾喷管固定相连。

在本实施例中，所述救援弹2的质量M为5kg，无人机4的最大加速度a_max为3倍重力加速度，因此，F1=5*（10×3）=150N。

在本实施例中，销钉3由铝2A12制成，查阅资料得到其抗剪强度为105~150，取最小的抗剪强度105，横截面取销钉3的最小横截面，其直径为2.5mm，抗剪切力的计算公式为F=S×σ，因此，销钉3所能承受的最大剪切力为3.14*1.25*1.25=515N，能够满足飞行的稳定性要求。

另外，通过查阅资料得到，铝2A12的熔点范围为496℃~540℃，设计过程中可以取最高值540℃，而火箭发动机22尾焰的温度可达上千度，救援弹2引出可以保证熔化销钉3。

在本实施例中，如图3所示，所述激发部包括点火电路，所述点火电路包括：第一电阻R1，一端接地，一端连接第一电源VCC1，另一端连接第二电阻R2；第二电阻R2，一端连接所述第一电源VCC1，另一端分别与电容C1的正极以及可控硅Q1的正极相连；第三电阻R3，一端与电容C1的负极相连，另一端与点火信号负极输出端OUT-相连；第四电阻R4，一端与第二电源VCC2相连，另一端分别与第五电阻R5、第七电阻R7和三极管Q2的集电极相连；第五电阻R5，一端与可控硅Q1的负极相连，一端与第七电阻R7相连，第六电阻R6，一端与点火触发信号IGN相连，另一端与三极管Q2的正极相连；第七电阻R7，一端与三极管Q2的集电极相连，另一端接地以及与可控硅Q1的负极相连；电容C1，负极与点火信号正极输出端OUT+相连；可控硅Q1，负极接地；三极管Q2，发射极接地。整个电路的点火信号正极输出端OUT+以及点火信号负极输出端OUT-分别与激发部的两根线相连，电路工作的时候，会有点火电流流过这两个点，就会激活火箭发动机22。

回路I为充电回路，由第二电阻R2、电容C1以及第三电阻R3组成。回路II为放电回路，由电容C1和可控硅Q1组成。

点火电路工作原理如下：

第一电源VCC1为供电电源，由无人机蓄电池提供。第一电源VCC1接通后，通过第二电阻R2和第三电阻R3给电容C1充电，充电时间约为5秒钟。充电完成后，通路I处于稳定状态，A点电压为第一电源VCC1的电压，B点电压为0V。

D点初始化状态应为高电平，此时三极管Q2导通，C点电压约为1.2V，无法满足可控硅的导通要求，可控硅处于截止状态，点火回路II无法构成回路，也就无法产生点火电流。

在发出点火触发信号IGN后，D点电压由高变为低，三极管Q2截止，C点电压变为VCC2，E点电压同比升高，达到可控硅Q1导通条件，可控硅Q1瞬间导通，点火回路II构成回路，从而产生点火电流。可控硅作为放电器件，其反应速度比MOS管要高出1个数量级，并且可以承受大电流通过，因此可以在短时间内产生符合要求的点火电流。

考虑到存在无人机起飞后但救援弹不需要发射的情况，点火电路板设计了放电回路，在第一电源VCC1断电后，电容C1中存储的电能会通过第一电阻R1和第二电阻R2进行释放，不存在点火电路板断电后还带电的情况，放电时间约为10秒钟。

在本实施例中，所述救援弹弹体21包括救援弹壳体，所述救援弹壳体内设有救援器材，所述救援器材包括氧气面罩14、照明设备15、医疗急救包16、安全绳17、降落伞18和电池19中的一种或多种。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，本实用新型公开了一种不同于实施例1的连接件，所述连接件包括：若干螺钉11，呈圆周方向均布，一端与后挡板12固定相连，另一端与火箭发动机22的尾喷管固定相连；后挡板12，沿发射筒1的径向固定设于发射筒1内；所述螺钉11和后挡板12均由赛璐珞制成，所述后挡板12与尾喷管之间设有间隙13，所述间隙13内插有闭锁销10，所述闭锁销10贯穿设于发射筒1上。

采用本实施例连接件的救援弹2在运输途中，通过在后挡板12与后挡板12的间隙13内插设闭锁销10，保证了所述装置连接的稳定性。后挡板12与螺钉11均采用赛璐珞材料进行加工，能保证有一定连接强度，同时在火箭发动机22点火的时候，赛璐珞材料很容易燃烧，燃点为100℃，而火箭发动机22喷出的尾焰的温度高达上千度。这样在救援弹2运动前后挡板12和螺钉11已经燃烧完毕，救援弹2运动的时候就没有约束力了，可以自由运动，也就没有对发射筒1的反作用力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无人机的高层楼宇救援系统，其特征在于，所述系统包括：

无人机，用于运送救援弹；

发射筒，设于无人机上，用于发射救援弹；

救援弹，设于发射筒内，包括救援弹弹体和火箭发动机；

电源电路，设于无人机上且与所述火箭发动机的激发部相连，用于给火箭发动机提供电源；

地面控制终端，用于控制无人机的飞行以及电源电路的通断；

摄像头，用于拍摄火灾现场的图像，并将所述图像发送给图像传输设备；

图像传输设备，设于无人机上，用于将所述图像送给地面控制终端。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电源电路包括电源和与所述电源相连的继电器，所述火箭发动机的激发部与继电器相连，所述继电器还与地面控制终端相连。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述救援弹通过一不对发射筒产生反作用力的连接件固定悬挂于发射筒内。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述连接件的一端与发射筒固定连接，另一端贯穿火箭发动机的尾喷管并与所述尾喷管固定相连，所述连接件由熔点为不高于540摄氏度的合金制成。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述连接件的尺寸满足如下要求：

F=S×σ，F≧M×a_max

式中，S为连接件的横截面积，σ为连接件的抗剪强度，M为救援弹的质量，a_max为无人机的最大加速度。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述连接件包括：

若干螺钉，呈圆周方向均布，一端与后挡板固定相连，另一端与火箭发动机的尾喷管固定相连；

后挡板，沿发射筒的径向固定设于发射筒内；

所述螺钉和后挡板均由赛璐珞制成。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述后挡板与尾喷管之间设有间隙。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述间隙内插有闭锁销，所述闭锁销贯穿设于发射筒上。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激发部包括点火电路，所述点火电路包括：

第一电阻，一端接地，一端连接第一电源，另一端连接第二电阻；

第二电阻，一端连接所述第一电源，另一端分别与电容的正极以及可控硅的正极相连；

第三电阻，一端与电容的负极相连，另一端与点火信号负极输出端相连；

第四电阻，一端与第二电源相连，另一端分别与第五电阻、第七电阻和三极管的集电极相连；

第五电阻，一端与可控硅的负极相连，一端与第七电阻相连，

第六电阻，一端与点火触发信号相连，另一端与三极管的正极相连；

第七电阻，一端与三极管的集电极相连，另一端接地以及与可控硅的负极相连；

电容，负极与点火信号正极输出端相连；

可控硅，负极接地；

三极管，发射极接地。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述救援弹弹体包括救援弹壳体，所述救援弹壳体内设有救援器材，所述救援器材包括氧气面罩、照明设备、医疗急救包、安全绳、降落伞和电池中的一种或多种。