CN210494977U - 一种多旋翼无人机消防系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多旋翼无人机消防系统，是将多旋翼无人机消防系统设计由多旋翼机，机载控制系统，机载灭火载荷系统，消防供电车以及地面控制器五大部分共同组成；由多旋翼机负责升空实施消防作业，多旋翼机中安装机载控制系统对作业全过程进行控制，由机载灭火载荷系统具体实施消防作业，消防供电车配置在地面负责供电和输送灭火剂并兼用于装载运输多旋翼机，有地面控制器负责消防现场用于作业操作。本实用新型采用主流消防灭火剂并提出多种供应方案，适合从高楼侧面消防作业的场景，解决了消防无人机破窗作业难点，解决投送救生包等场景需求，以及消防现场所需视频即摄像机等通信手段。

Description

一种多旋翼无人机消防系统

技术领域

本实用新型属于航空飞行器及高层建筑消防领域，特别是多旋翼无人机工程应用范畴，可扩展军事，海事应用。

背景技术

城市高层建筑不断增加，消防和救生成为关注焦点。传统消防装备采用的云梯和高压水枪性能受限制，不适应高层建筑的消防要求。水作为灭火介质对于火场内人员安全比较有利，但是灭火效率较低。如果城市消防整体规划，改变消防介质及消防手段，可大幅提升高楼建筑消防效果。目前，采用无人机用于高楼消防正受到关注。

沈阳合创旭飞科技有限公司申请的中国实用新型专利107662699A公开了一种消防用灭火无人机，包括无人机本体、热成像仪以及声波设备；所述热成像仪和所述声波设备分别设置在所述无人机本体底部；所述无人机本体内设置有控制装置和第一无线模块；所述热成像仪与所述控制装置连接，用于对目标区域进行拍摄以得到目标区域的热图像信息；所述控制装置用于将所述热图像信息通过所述第一无线模块发送给监控终端；所述控制装置还用于通过所述第一无线模块接收所述监控终端发送来的灭火控制信号；所述声波设备与所述控制装置连接；所述声波设备用于在所述灭火控制信号的控制下工作，以产生声波来消除火灾。上述消防用灭火无人机能够及时控制火灾险情且工作效率较高。

湖南新业态智慧消防科技有限公司申请的中国实用新型专利109573038A公开了一种消防无人机，包括机体，所述机体的顶部设置有控制箱，所述控制箱的四角处皆设置有旋翼臂，所述旋翼臂顶部远离控制箱的一端安装有飞行电机，所述飞行电机的输出端转动连接有旋翼，所述机体底部的两侧皆设置有支撑架，所述支撑架的底端设置有支撑板，所述机体内部的底端安装有正反电机，所述正反电机的输出端转动连接有延伸至机体下方的转轴，所述转轴的末端连接有炮台，所述炮台的内部设置有炮筒。该方案通过在机体的内部安装正反电机，且正反电机的输出端通过转轴与机体下方的炮台转动连接，在进行灭火时，可通过正反电机带动炮台进行转动，从而调整炮筒的方向，运用较为较为灵活。

南京市公安消防局申请并获得授权的中国实用新型专利106043678B公开了一种消防用双体无人机，本申请无人机主体有一对，无人机主体中部上方有信号发射接收装置，两个无人机主体之间有灭火装置主体，本申请还包括相应的消防车，对消防车顶部进行改造，除具有传统消防车功能外还可以一次同时携带3个无人机，从而无人机与消防车可以互相配合使用。该方案中双头无人机采用双无人机主体设计，可以同时携带相同的灭火剂，以提高灭火剂的携带量，也可以分别携带不同的灭火剂来同时对不同的火情进扑灭并根据双体无人机结构设计了相应的消防车，这样无人机和消防车可以互相配合使用从而提高了消防效率，可以应付不同情况的火灾。

然而现有技术依然存在以下不足之处，如现有的消防无人机一般采用多旋翼机平台，多旋翼机的动力采用涡轮发动机，可解决装载重量和续航时间的需求，但是，采用涡轮发动机方案有几个缺点，一是动力控制比较困难，不适合楼间距较小侧风较大的场合使用，二是噪声较大寿命较短，而电动旋翼比较安静，隐蔽，三是存在燃油意外着火的风险，四是操作上需要每台依次起动，现场准备时间长，五是燃料不适合低温和高原低气压环境使用。因此，对现有的消防无人机及其控制系统进行进一步创新性的设计和改进是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种多旋翼无人机消防系统，以克服现有技术存在的不足。

详细技术说明：

本实用新型的设计方法是将多旋翼无人机消防系统设计由多旋翼机，机载控制系统，机载灭火载荷系统，消防供电车以及地面控制器五大部分共同组成；由多旋翼机负责升空实施消防作业，多旋翼机中安装机载控制系统对作业全过程进行控制，由机载灭火载荷系统具体实施消防作业，消防供电车配置在地面负责供电和输送灭火剂并兼用于装载运输多旋翼机，有地面控制器负责消防现场用于作业操作。

基于以上方法设计的一种多旋翼无人机消防系统，由多旋翼机，机载控制系统，机载灭火载荷系统，消防供电车以及地面控制器五大部分组成；所述多旋翼机由主承力结构分别连接旋翼臂结构，升力旋翼电机及旋翼，侧力旋翼电机及旋翼，电源或发电机，电源管理变换器，机载控制系统舱，起降支架结构，灭火剂容器或气瓶组，用于灭火剂喷射的加压气瓶或加压泵，灭火剂的地面输送管道，以及消防作业的喷射杆和消防设备；所述主承力结构和包含灭火剂容器或气瓶组在内的结构件采用防火复合材料制造。

其中，所述机载控制系统由综合管理计算机分别连接各分系统设备并进行控制管理，各分系统设备包括：

1)传感器组合与飞行控制分系统，所属设备及功能含多旋翼机导航定位及与地面消防供电车的相对定位，防撞传感器组合和风速仪，飞行控制系统，空地数据链可选5G通信设备，应急指令包；

2)动力能源分系统，所属设备及功能含动力电池组及供电变换器，高压气瓶或加压泵的控制执行机构，电源管理变换器的控制机构；

3)消防载荷分系统，所属设备及功能含破窗器及其控制机构，救生包投送控制机构，灭火剂加注及喷射压力控制机构，灭火剂喷口控制机构，灭火剂喷射杆的控制机构，地面供电输送管缆绳连接；

4)通信分系统，所属设备及功能含现场视频及其对预计火源目标的自动识别与锁定跟踪伺服控制机构；照明灯及指向控制机构；广播及麦克风；现场示范显示屏；

5)防护分系统，所属设备及功能含机载控制系统的防护安装，放电刷，地面系留绳。

进一步的，所述机载灭火载荷系统由如下消防作业分系统组成：

1)灭火剂分系统，所属设备及功能含灭火剂容器或气瓶组，加压气源或加压泵，管道阀门或电门，灭火剂喷射杆及喷口；

2)破窗分系统，所属设备及功能含破窗器及安装破窗器的机械臂或破窗杆；

3)救生包分系统，所属设备及功能含救生包推送杆；

4)信息分系统，所属设备及功能含喷射杆或破窗杆或推送杆的外端安装获取现场信息的多种探测设备，所述多种探测设备包括现场视频，照明灯，广播和麦克风，现场示范显示屏，以及辅助观察消防现场的高位视频和增强照明灯。

进一步的，所述消防供电车包括以下几个功能分系统，

1)装载车分系统，所属设备及功能含轻型车底盘改装或全新设计的装运车，多旋翼机在装运车上的停放平台及紧固机构；

2)灭火剂分系统，所属设备及功能含灭火剂容器或气瓶组，灭火剂加压气源或加压泵，灭火剂输送管及输送管连接器，输送管绕线盘及控制机构；

3)控制分系统，所属设备及功能含多旋翼机飞行控制台，装运车导航系统，指令数据链可选5G通信设备，通信系统，电源系统，电源变换器；

4)应急控制分系统，所属设备及功能含应急关停电源气源的执行机构，多旋翼机在装运车上的应急系留绳，排障铲。

进一步的，所述地面控制器包括多旋翼机飞行操控器，连接消防供电车连接的电源线缆和信息线缆，与信息线缆并存的无线数据链或5G通信设备；飞行操控器与飞行控制台通用或合二为一。

本实用新型采用电动多旋翼机，旋翼的动力采用电动机，可用直流电或交流电，优选直流电电动机。采用地面供电车进行有线供电，可有效解决长续航和重装载的需求。对旋翼电机采用至少六个旋翼布局甚至双层多旋翼布局，经过设计解决动力重构的安全关注，实现在个别电机故障后多旋翼机能够安全着陆。采用安全余度的控制系统，对多旋翼机在楼群里精确定位和抗侧风提出了解决方案，并设计了应对典型故障模式策略。本实用新型从多方面应对高楼消防高空防坠安全性问题，一是多旋翼布局及动力重构，二是控制系统余度设计，三是作业防撞传感器集成，四是远离火源的长臂结构，即破窗杆/喷射杆/推送杆三杆合一等。本实用新型采用主流消防灭火剂并提出多种供应方案，适合从高楼侧面消防作业的场景，解决了消防无人机破窗作业难点，解决投送救生包等场景需求，以及消防现场所需视频即摄像机等通信手段。对于消防现场需要多架无人机作业场景，可用本实用新型的多架无人机轮流升空解决。借助消防无人机的性能可以推广应用于军事用途，提高应用价值。

附图说明

图1为多旋翼机及主要机载系统设备安装示意图；

图2为多旋翼机的双层旋翼布局图示，顶视图(图中省略了其它物件)；

图3为多旋翼机与地面灭火剂输送管连接示意图；

图4为破窗圆环及电动破窗器；

图5为消防供电车和主要系统以及装运多旋翼机示意图。

附图中的标记为：1-破窗圆环，2-广播及麦克风，3-上层旋翼，4-旋翼臂，5-风速仪，6-高位视频，7-机载控制系统舱，8-下层旋翼，9-喷口，10-释放机构，11-喷射杆，12-输送管连接器，13-加压气瓶，14-起降支架，15-破窗器，16-圆环轴套，17-圆环辐条，18-飞行控制台，19-电源变换器，20-电池组或发电机，21-消防供电车，22-灭火剂输送管，23-多旋翼机，24-停放平台，25-地面控制器，26-连接线缆。

具体实施方式

下面将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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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”、“套设/接”、“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实用新型中的具体含义。

本实用新型的实施例：

如附图1和附图2所示，多旋翼机23由主承力结构分别连接以下机载系统设备：旋翼臂4结构，可设计为电动或手动的折叠结构；安装在旋翼臂4上的升力旋翼电机及旋翼，推荐给旋翼设计外环结构保护旋翼；升力旋翼电机的布局设计可选用单层布局或双层布局，通常采用单层6旋翼对称布局，为缩小多旋翼机23尺寸可选择双层布局且上层旋翼3的旋翼臂4较长的布局，如采用双层结构布局则上层旋翼3和下层旋翼8的旋翼臂4之间可选择间距可调整的可变结构，以便减少地面运输的设备高度，多旋翼机23电机布局的设计重点是设计旋翼动力重构功能，以便在某个及某几个电动机失效后，由其它电机的转速协同，整个多旋翼机23仍能够平稳着陆；可选配的侧力旋翼电机及旋翼，常采用对称布局，安装在主承力结构上，设计其电机轴线基本垂直于升力旋翼电机的轴线，用于提高多旋翼机23抗侧风性能或抗衡灭火剂喷射后坐力性能；机载电源或发电机，含地面供电输线缆的连接，以及电源管理变换器，用于交直流变换，推荐采用直流电机；在机载控制系统舱7内安装机载控制系统；多旋翼机23的起降支架14结构，可选带缓冲弹性机构的滑撬结构，可增加防火材料气囊；灭火剂容器或气瓶组，安装在多旋翼机23的较低位置，多旋翼机23的灭火剂承载重量可选为，容积100kg，必须安装的容器和高压气瓶或加压泵设备的重量另行计算合计；可选安装的地面灭火剂输送管22及输送管连接器12，如附图3所示；以及所需消防作业用的伸缩杆。主承力结构和包含灭火剂容器或气瓶组的其它结构件的设计主要采用具备抗短时火焰的防火复合材料制造，优选选用阻燃材料。

机载控制系统由综合管理计算机分别连接各分系统设备并进行控制管理，各系统设备包括：(1)传感器组合，包含垂直陀螺，航姿航向，加速度计，气压高度计，或选择可以提供两两组合测量判据而生成控制指令的含多传感器商业板件；飞行控制系统，含可选多余度备份控制系统，可采用自备三余度的独立设备或共享其它机载计算机综合而成三余度的综合设备，或硬件两余度加软件余度构成的低成本系统；卫星导航及惯性器件，以及多旋翼机23相对地面消防供电车21位置的相对定位控制；防撞传感器组合，包含水平方向的超声波测距仪，或激光测距仪，或毫米波雷达测距仪，测高仪如激光测距仪，范围在20-500米可选；柔性触碰传感器，含压力式开关；风速仪5；飞行控制系统，及其对升力电机和侧力电机的控制，对旋翼动力的重构控制以便在某个及某几个旋翼电动机失效后，多旋翼机23仍能够平稳着陆；空地数据链，及其控制指令上行和交互信息上下行，包含消防供电车21实时位置信息上传；应急指令包，含传感器信息的应急判据和应急指令生成与执行的控制，即根据机载传感器的组合测量与应急判据和指令生成设计，通过综合管理计算机判定多旋翼机23发生失控故障，并自动给消防供电车21发出应急指令进行关停电源气源的操作，多旋翼机23以机载蓄电池着陆，以防止对地面产生附带损害。其中，飞行控制系统可以替代综合管理计算机的功能。(2)动力能源分系统，所属设备及功能含动力电池组及给旋翼电机的供电变换器，推荐旋翼采用直流电机；高压气瓶或加压泵的控制机构。(3)消防载荷分系统，所属设备及功能含破窗器15及控制机构；救生包投送及控制机构；灭火剂加注及喷射加压控制机构；灭火剂喷口9及控制机构；灭火剂喷射杆11的位移控制机构。(4)通信分系统，所属设备及功能含现场视频及控制机构，照明灯及指向控制机构，话音通信的广播及麦克风2，现场示范显示屏。(5)防护分系统，所属设备及功能含机载控制设备的防护安装结构，包含防火防水防尘结构设计，防雷电如放电刷结构设计，电磁兼容性结构设计，推荐采用光纤电缆；地面系留绳及其连接，可满足多种设计要求，一是地面对多旋翼机23的供电线缆与系留绳捆绑为一体的组合缆绳可以提高供电线缆的抗风抗拉性能，二是在多旋翼机23失控后可将其牵引着陆，或限制其飞行范围。

机载灭火载荷系统由多种消防作业分系统组成，分系统包括：(1)灭火剂分系统，所属设备及功能含灭火剂容器或加压气瓶13组，或加压泵，给灭火剂的加压压力为2-7Mpa；或由地面输送管通过输送管连接器22充装灭火剂，其中，灭火剂气瓶组可以分组轮流充装和加压，并轮流喷射；管道阀门或电门；灭火剂喷射杆11及喷口9，设计可伸缩的喷射杆11结构以便减少地面停放尺寸，可以在起飞前安装到多旋翼机23主承力结构上，通过电动或起飞前手动设置其长度，而喷口9可设计远近结合的结构，一个档位是聚束喷口9适合远距离喷射，一个档位是扩散式喷口9适合近距离喷射；灭火弹及其发射机构，可安装在灭火剂喷射杆11上，减少专用的安装结构。(2)破窗分系统，所属设备及功能含破窗器15，该多点破窗器15安装在破窗圆环1上，由破窗器15内部的电控开关控制脉冲多次击发钢锥击毁窗户玻璃，破窗圆环1安装在破窗杆或喷射杆11前端并带动破窗器15旋转多点打击窗户，造成大面积破窗，扩大破窗面积，其中，破窗器15在破窗圆环1上可安装1个或多个，多个可以同时多点打击窗户玻璃加快破窗面积，而一旦破窗可以及时喷射灭火剂以防止喷射杆11难以对准破窗空洞造成消防时间拖延；破窗圆环1通过圆环辐条17连接圆环轴套16紧固在防卡滞的脱落机构上，圆环轴套16安装在喷射杆11的前端，当破窗器15或破窗圆环1突入窗户内造成卡滞后，通过脱落机构的定力或电控自动脱落，或人工控制脱落，如附图4所示，破窗圆环1可以脱离喷射杆11解除卡滞；单个破窗器15也可以直接连接在喷射杆11前端单独破窗；可选用软体且粘连的弹头发射破窗；且破窗器15外端挂抓救生包及应急脱落机构防止无人接应而阻碍破窗—通用杆。(3)救生包分系统，所属设备及功能含救生包，如防烟尘一次性面具包，一次供应3-6人或更多人，如自救滑下绳索，如止绑带，以及水和食品；救生包可借助破窗圆环1的外端进行悬挂推送给被救人，即借助喷射杆11实现一杆多用推送救生包，可同时悬挂多件，而应急情况可操控救生包脱落，防止救生包无人接应而阻碍破窗。(4)信息分系统，所属设备及功能含喷射杆11或破窗杆或推送杆的外端结构上安装获取现场信息的多种探测设备，包括现场视频特别是短波红外视频，照明灯特别是红外照明，通信系统的广播和麦克风，现场示范显示屏，以及辅助观察消防现场周边高位视频6和照明灯，同样推荐采用透雾性能好的短波红外视频以及红外照明，可选微光或白光视频。

消防供电车21包括以下几个功能分系统：(1)装载车分系统，含轻型车底盘改装或全新设计的装运车，含驾驶室，或无人驾驶设备舱；底盘的动力可选燃油动力，或电能动力，特别是混合动力车底盘，采用混合动力提高及时和持续的供电能力；多旋翼机23在装运车上的停放平台24，停放多旋翼机231架或多架，在总体方案设计上，为适应装载灭火剂装载容积或电源电池模块的安装空间，城市道路交通情况，可选择多旋翼机23与灭火剂容器共同安装在装运车上的合体方案，也可以选择多旋翼机23单独安装在装运车上的分体方案；多旋翼机23在停放平台24上的紧固机构以便在运输中紧固，起飞前松开。(2)灭火剂分系统，含灭火剂容器或气瓶组，适合装载各类灭火剂，容积约2吨，优选灭火剂包括超细干粉，7氟丙烷，气溶胶，或IG541惰性气体；灭火剂加压氮气瓶或加压泵；灭火剂输送管22，其长度符合高层建筑消防所需，长度设计可采用分段连接的导管结构，两端设计快装卸接头，输送管选用非金属管如编织或塑料轻质柔性的耐压管，输送管外表可涂装彩色标志线条如反光材料的彩色线条，设计1条或多条，线条应该不间断避免用虚线易误判，宽度适中便于地面人员观察，选择常用易识别的红色或黄色或绿色；输送管连接器12，设计目的是可旋转防缠绕，即在输送管与装运车上输气管口的连接之间，设计密闭不渗漏的多层可转动结构的连接器，以便输送管不会跟随多旋翼机23旋转，可以解除缠绕；绕线盘及控制机构，由多个盘组成并存放在装运车上；供电线缆用绕线盘释放或回收，供电线缆分段时用端头接插件连接；选用灭火剂输送管22时，如果输送管分段连接，则两端通过快装卸接头连接，并与供电线缆包裹一体与多旋翼机23连接；绕线盘可以电动或手动控制对供电线缆或输送管进行释放和回收，由释放机构10控制，并在多旋翼机23起飞前将地面的一端与多旋翼机23的接头连接，起飞前或释放中连接每段供电线缆或输送管，回收前排空输送管内残留灭火剂，回收后对绕线盘进行分段存放，对绕线盘进行紧固与清洁防护。(3)控制分系统，含多旋翼机23的飞行控制台18，可设计为移动式，带显示屏和操作键盘，可设计与地面控制器25连接共享信息，或设计为可快速拆卸取出车外使用的飞行控制台18；装运车的导航系统，可提供人工驾驶或自动行驶所需导航信息，能够给多旋翼机23有线或无线上传相对定位的导航信息；控制和信息指令数据链，可在空地之间上下传递数据；通信系统，含话音上下双工传递，上传示范视频，接收机载下传视频，话音，导航及机载设备工作状态等信息；电源系统，给多旋翼机23进行有线供电方式，装运车装载供电电池组或发电机20，特别可选车用改装的混合动力系统，预留外接电源接口和电缆，根据供电所需可选择简便的辅助供电方案，一是选用专用大功率车载电源补充供电，二是有条件的地方可接入城市工业电源供电；电源变换器19，可选交直流供电，一种方案是由机载变换器变为直流电。(4)应急控制分系统，含应急关停电源气源的控制执行机构，如电动开关，电动/手动阀门；多旋翼机23在装运车上的应急系留绳，以便在失控状态时应急回收多旋翼机23；排障铲，安装在车头，如推雪铲，推除垃圾铲，因此装运车的行驶动力的选择应考虑使用排障铲的功率要求，如附图5所示。

地面控制器25是多旋翼机23的飞行控制器，设计方案包括车载移动式，地面支架式，操作员便携式或穿戴式，具有操控界面和显示屏。其系统设备有可选的设计方案，其中，与消防供电车21通过连接线缆26取得电源，或自带电源；与消防供电车21通过连接线缆26可共享车载数据链和通信系统，操控多旋翼机23的起飞降落和飞行，操控消防作业，共享多旋翼机23信息，或自带数据链和通信系统；可设计与异地指挥员建立通信连接，可选用5G通信。地面控制器25可以与装运车上的飞行控制台18通用或合二为一，如附图5所示。

实施案例

案例1，多旋翼机23自带灭火剂的消防作业

设计一款多旋翼机23，最大起飞重量300kg，携带灭火剂100k。适用的灭火剂为7氟丙烷，或气溶胶。机载灭火系统参数对7氟丙烷的气瓶加压2.4-5.6Mpa，对气溶胶的气瓶加压30Mpa。可用于多种消防类型的灭火空间约300-500m3。

多旋翼机23的旋翼臂4折叠后安装在消防供电车21的停放平台24上，用多爪压杆进行紧固。装运到高楼消防现场路途，根据获得的消防现场情况进行了预定飞行参数的设置和装订。到达现场后，混合动力的装运车保持不熄火状态，消防员在停放平台24上展开多旋翼机23快速折叠的旋翼臂4，同时，连接供电线缆通信线缆和系留绳的组合缆绳，展开可伸缩的喷射杆11并紧固杆接头，检查破窗器15的机械安装紧固状态。起动旋翼机动力，通过地面操控器对多旋翼机23和供电车的工作参数进行加电检查，并预定飞行参数。约3分钟准备就绪。根据灭火剂装载重量的供电所需，可伴随专用大功率电源车补充供电，或接入城市工业电源。

指挥员发出起飞命令。多旋翼机23升空，并根据与消防供电车21的位置相对导航，控制多旋翼机23垂直升高。在预制的约120m高度上，短波红外视频即摄像机扑捉识别到着火冒烟楼层窗户，跟踪引导多旋翼机23自动调整飞行高度与窗户等高度后悬停，通过闪灯提示地面人员，并在地面操控器显示器上显示到达作业高度。指挥员发出作业开始的命令。多旋翼机23移动抵近救援阳台前自动减缓移动速度，并通过喷射杆11前端的破窗圆环1上挂载面罩救生包，递给阳台人员，这些作业通过视频传送到地面操控器显示器上。多旋翼机23转移到阳台隔壁窗户且减缓速度抵近窗户，由破窗杆抵压窗户后，压力传感器起动破窗器15脉动打击窗户玻璃，同时，破窗圆环1转动进行多点打击。很快窗户玻璃破损掉落，破窗圆环1突入窗户内的同时抵压窗户的压力消失，灭火剂自动喷射，并自动采用先远射再近射的顺序，按预定喷射时间大约10S钟结束。多旋翼机23自动退出窗户破洞，并转移离开本幢高楼。

在楼群劲风的吹动中，多旋翼机23平稳下降，缓缓降落在停放平台24上。经过消防员的适当移动，快速启动多爪压杆，对起降支架14进行了紧固。消防员解脱有关连接，完成折叠旋翼臂4，装运车熄火，其它消防员对救援和消防的现场进行检查和移交，完成消防现场的撤收。指挥员命令撤出现场，结束本次消防任务。

案例2，多旋翼机23由地面输送管灭火剂作业

多旋翼机23和消防供电车21的状态与案例1.相同。其中，装运车内灭火剂容器装载7氟丙烷灭火剂约2000kg。

消防供电车21行驶到达消防现场后，如同案例1展开多旋翼机23并进行检查。其中，消防员将第一个绕线盘的输送管和供电线缆通信线缆接头连接到多旋翼机23，输送管长度约50m，输送管与供电线缆和系留绳捆绑在一起。多旋翼机23升空到约40m高度，消防员松开剩余输送管，并将接头与第二个绕线盘的输送管接头连接，升高到约90m高度，连接第三个绕线盘。多旋翼机23最终升高到约120m预定高度，并如案例1的视频识别和跟踪引导程序自动调整到作业高度。地面消防员则将第三个绕线盘的输送管进口端与灭火剂容器接口连接，准备输送灭火剂。

指挥员命令灭火剂容器加压操作，加压就绪。指挥员命令起动加压输送，电动阀门开启灭火剂流入输送管，延时数秒后，多旋翼机23上机载加压气瓶13起动小压力状态的阀门，对输送管造成一定真空度，帮助灭火剂顺利上升。当灭火剂充满第一组灭火剂气瓶组后，自动加压到指标，并自动切换到给第二组灭火气瓶输送灭火剂，同时，多旋翼机23已经移动抵压消防窗户，开始破窗操作。在第一组灭火剂瓶起动喷射的同时，第二组灭火剂气瓶组充满，并自动完成加压。第二组接替第一组继续喷射。在预定喷射时间完成消防作业后，多旋翼机23退出转移到高楼空旷处，自动下降并平稳降落到停放平台24上。降落过程中，地面消防员开始分段撤收输送管，用电控绕线盘回收输送管，直至3个绕线盘全部收回输送管并完成摆放紧固，其中，使用灭火剂地面回收容器将输送管内剩余灭火剂回收。

后续其他撤收操作与案例1相同。

案例3，同类多旋翼机23的典型军事海事应用

多旋翼机23性能指标可选择为最大起飞重量100kg，携带任务载荷50kg，由地面或移动车船供电。也可选择更大型的多旋翼机23。对多旋翼机23进行防雨防冰等防护设计。供电线缆和通信线缆与系留绳复合连接可增强抗风抗断性能。

阵地防空(预警，察打)

在军队的临时驻地，比如导弹阵地，装甲阵地，可选用多旋翼机23执行昼夜执勤任务。

在多旋翼机23腹部安装侦察摄像机，同时可选择武器挂架，并对武器挂架设计可与摄像机稳瞄跟踪系统二维随动的伺服机构，实现武器跟随摄像机指向转动或俯仰。武器挂架上携带小型红外探头导弹或普通火箭弹，也可挂装机关枪，或话音喇叭/录音广播。

摄像机探测到目标后，自动起动识别跟踪，并通过通信线缆向值班员报警。根据值班员的指令，可以发射武器，或发出话音警告。

机场反恐

在机场视线开阔的楼房上，多旋翼机23升空值班，与地面连接供电线缆通信线缆。多旋翼机23机腹安装光电吊舱和随动的载荷挂架。可选载荷包括强电磁干扰器和激光干扰器等。

吊舱发现并识别到违法进入机场空域，特别是起降航线的空中目标后，向地面报警。根据值班员指令，可以启动载荷设备实施驱赶或打击。同时，安排地面排障车前往目标空域的下方待命，一旦发生打击的状况，及时排除地面物体。

车前探雷

军队为武警对道路的排雷，可选多旋翼机23前出执行探雷任务。在多旋翼机23机腹安装探雷雷达，发现目标后，根据指挥员指令可以引爆地雷。在地雷爆炸形成冲击波时，多旋翼机23接收并处理压力传感器信号，迅疾升高回撤，机动避险。

防化取样

防化车抵达污染区后，释放多旋翼机23升空，伴随防化车进行低空采样作业。

5)舰船预警

海警或海上作业的舰船可以携带多旋翼机23出海。在目标海域起飞多旋翼机23，在行进的舰船上空300-1000m高度，对周边海域进行探测为舰船提供预警。伴随舰船的多旋翼机23携带的任务载荷主要是识别距离50km以远的光电吊舱，重量约100kg。

重装多轴旋翼机，也适合军用，战场(巷战)、阵地、指挥中心、机场、基地、库房等固定场地需要昼夜长时间执行警戒监视和防空执勤，防御抵近侦察或轰炸的敌方无人机，多轴旋翼机上装载视频和小型导弹，作用距离2-5km。长时间阵地监视和防空。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (5)

1.一种多旋翼无人机消防系统，其特征在于：由多旋翼机(23)，机载控制系统，机载灭火载荷系统，消防供电车(21)以及地面控制器(25)五大部分组成；所述多旋翼机(23)由主承力结构分别连接旋翼臂(4)结构，升力旋翼电机及旋翼，侧力旋翼电机及旋翼，电源或发电机，电源管理变换器，机载控制系统舱(7)，起降支架(14)结构，灭火剂容器或气瓶组，用于灭火剂喷射的加压气瓶(13)或加压泵，灭火剂的地面输送管道，以及消防作业的喷射杆(11)和消防设备；所述主承力结构和包含灭火剂容器或气瓶组在内的结构件采用防火复合材料制造。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机消防系统，其特征在于：所述机载控制系统由综合管理计算机分别连接各分系统设备并进行控制管理，各分系统设备包括：

1)传感器组合与飞行控制分系统，所属设备及功能含多旋翼机(23)导航定位及与地面消防供电车(21)的相对定位，防撞传感器组合和风速仪(5)，飞行控制系统，空地数据链，应急指令包；

2)动力能源分系统，所属设备及功能含动力电池组及供电变换器，高压气瓶或加压泵的控制执行机构，电源管理变换器的控制机构；

3)消防载荷分系统，所属设备及功能含破窗器(15)及其控制机构，救生包投送控制机构，灭火剂加注及喷射压力控制机构，灭火剂喷口(9)控制机构，灭火剂喷射杆(11)的控制机构，地面供电输送管缆绳连接；

4)通信分系统，所属设备及功能含现场视频及其对预计目标的自动识别与锁定跟踪伺服控制机构；照明灯及指向控制机构；广播及麦克风(2)；现场示范显示屏；

5)防护分系统，所属设备及功能含机载控制系统的防护安装，放电刷，地面系留绳。

3.根据权利要求1所述的多旋翼无人机消防系统，其特征在于：所述机载灭火载荷系统由如下消防作业分系统组成：

1)灭火剂分系统，所属设备及功能含灭火剂容器或气瓶组，加压气源或加压泵，管道阀门或电门，灭火剂喷射杆(11)及喷口(9)；

2)破窗分系统，所属设备及功能含破窗器(15)及安装破窗器(15)的机械臂或破窗杆；

3)救生包分系统，所属设备及功能含救生包推送杆；

4)信息分系统，所属设备及功能含喷射杆(11)或破窗杆或推送杆的外端安装获取现场信息的多种探测设备，所述多种探测设备包括现场视频，照明灯，广播和麦克风，现场示范显示屏，以及辅助观察消防现场的高位视频(6)和增强照明灯。

4.根据权利要求1所述的多旋翼无人机消防系统，其特征在于：所述消防供电车(21)包括以下几个功能分系统，

1)装载车分系统，所属设备及功能含轻型车底盘改装或全新设计的装运车，多旋翼机(23)在装运车上的停放平台(24)及紧固机构；

2)灭火剂分系统，所属设备及功能含灭火剂容器或气瓶组，灭火剂加压气源或加压泵，灭火剂输送管(22)及输送管连接器(12)，输送管绕线盘及控制机构；

3)控制分系统，所属设备及功能含多旋翼机(23)飞行控制台，装运车导航系统，指令数据链，通信系统，电源系统，电源变换器(19)；

4)应急控制分系统，所属设备及功能含应急关停电源气源的执行机构，多旋翼机(23)在装运车上的应急系留绳，排障铲。

5.根据权利要求1所述的多旋翼无人机消防系统，其特征在于：所述地面控制器(25)包括多旋翼机(23)的飞行操控器，连接消防供电车(21)连接的电源线缆和信息线缆，与信息线缆并存的无线数据链或5G通信设备；飞行操控器与飞行控制台通用或合二为一。

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