用于高层建筑火灾扑救的无人机以及消防车的制作方法

本发明涉及无人机领域，具体涉及一种用于高层建筑火灾扑救的无人机以及消防车。

背景技术：

我国城市高层建筑数量总体已位列世界首位。高层建筑火灾具有火势蔓延速度快、人员疏散困难、火灾补救困难的特点。在建筑自身消防系统存在设计缺陷或者维护不足的情况下，一旦建筑内部起火且不能及时扑救、或者是出现外层起火、未完工建筑起火等情况下，往往可能形成灾难事件。相关技术中，用于建筑楼外举高喷射灭火救援的大型消防车，往往由于机动性差、作业空间在灾害现场受限等原因，难以实现对高层建筑火灾的快速扑救。

近年来，为提升快速反应能力和更大高度的火灾扑救，出现了无人机拖拽超轻水带与城市主战消防车或地面可移动泡沫制备系统联合扑救高层建筑火灾的方法及装置创新。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：现有用于高层建筑火灾扑救的无人机，其灭火剂喷射管长细，通径狭小，限制了灭火效能。

技术实现要素：

本发明提出一种用于高层建筑火灾扑救的无人机以及消防车，用以提高无人机的灭火性能。

本发明实施例提供一种无人机，包括：

机体；

旋翼，包括多个，各个所述旋翼设置于所述机体的顶部；以及

灭火剂喷射装置，包括输送管和喷嘴，所述输送管从所述机体的底部贯穿至所述机体的顶部，所述喷嘴与所述输送管连通，且所述喷嘴的位置高于所述旋翼的位置。

在一些实施例中，所述输送管包括：

第一管路，位于所述机体的下方；

第二管路，位于所述第一管路的下游，且与所述第一管路连通，所述第二管路包括至少两根；以及

第三管路，位于各根所述第二管路的下游，且与各根所述第二管路均连通。

在一些实施例中，各根所述第二管路相对于所述机体的中轴线对称布置。

在一些实施例中，所述第一管路的中轴线和所述机体的中轴线重合；和/或，所述第三管路的中轴线和所述机体的中轴线重合。

在一些实施例中，无人机还包括：

风速检测元件，设置于所述机体的顶部；和/或

六维力传感器，一端安装于所述机体，且所述灭火剂喷射装置安装于所述六维力传感器的另一端，以检测所述无人机在飞行工作中拖拽物作用于无人机的六维力。

在一些实施例中，无人机还包括：

水带，与所述输送管连通，以向所述输送管输送灭火剂；所述六维力传感器被构造为检测所述水带施加给所述无人机的六维力。

在一些实施例中，所述输送管还包括：

电控锁紧装置，设置于所述输送管的底部，所述电控锁紧装置被构造为锁紧、断开所述水带与所述第一管路的连接。

本发明实施例还提供一种消防车，包括本发明任一技术方案所提供的无人机。

在一些实施例中，消防车还包括：

臂架；以及

支撑平台，安装于所述臂架的末端；所述无人机安装于所述支撑平台。

在一些实施例中，消防车还包括：

数据处理模块，安装于所述支撑平台附近，所述无人机包括数据传输模块，所述数据处理模块与所述数据传输模块通过无线方式通信连接；以及

无人机操控台，与所述数据处理模块也通信连接，且被构造为根据所述数据处理模块获取到的所述数据传输模块传输的所述无人机的状态参数以及所述无人机的预设参数，控制无人机飞行、灭火剂的输送量和/或是否输送灭火剂，或者是否卸载管路中灭火剂，以确保所述无人机不因被过度拖拽而坠机。

在一些实施例中，所述无人机的预设参数至少包括以下其中之一：无人机的预定载荷能力、无人机对环境风速的设限值、无人机允许远离起飞点的设定距离。

在一些实施例中，所述数据处理模块和所述无人机操控台以及所述主操控台均通过有线方式通信连接。

在一些实施例中，消防车还包括：

存放装置，安装于所述支撑平台的底部，所述存放装置设置有存储腔；水带的一端与无人机的输送管连通，所述水带的另一端与所述消防车的中转管路连通，所述水带的中间部分存放于所述存储腔中；所述存放装置的底部被构造为可开合的。

在一些实施例中，消防车还包括：

锁止机构，安装于所述支撑平台，以将所述无人机与所述支撑平台固定。

上述技术方案提供的无人机，其灭火剂喷射装置具有输送管和喷嘴，并且输送管从无人机的底部贯穿至无人机的末端，喷嘴位于无人机的末端，且喷嘴的位置高于各个所述旋翼的位置。经由喷嘴喷出的无人机的高度也高于各个所述旋翼的高度。旋翼利用自身旋转产生下旋风为无人机提供所需要的力。灭火剂喷射装置采用上述结构形式，可以降低、甚至避免了各个旋翼旋转所产生的往下排放的气流，即下排气流对灭火剂喷射装置射程及射流集中度的不利影响，就无需依靠加长灭火剂喷嘴的长度来避免上述下排气流对灭火剂射流所产生的扰动影响，使得喷嘴可以实现短粗化设计，从而增加灭火剂的输送量，提高无人机的灭火效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的无人机主视示意图；

图2为本发明实施例提供的无人机俯视示意图；

图3为本发明另一实施例提供的消防车主视示意图；

图4为本发明另一实施例提供的消防车的局部放大示意图；

图5为本发明另一实施例提供的消防车的臂架处于两种工作模式下支撑平台的相对位置示意图；

图6为图5的m局部放大示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图6对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

参见图1和图2，本发明实施例提供一种无人机，用于消防灭火，尤其适合用作通过拖拽超轻的水带6与消防车耦合作业的无人机。超轻的水带6是指质量轻便的水带，比如水带单重低于等于150g/m。无人机包括机体1、旋翼2以及灭火剂喷射装置3。旋翼2包括多个，各个旋翼2分散设置于机体1的顶部。灭火剂喷射装置3包括输送管31和喷嘴32，输送管31从机体1的底部贯穿至机体1的顶部，喷嘴32与输送管31连通，且喷嘴32的位置高于各个旋翼2的位置。

机体1是无人机的主体部分，无人机常规集成部件，比如摄像机、导航装置、陀螺仪稳定机构、动力系统、飞行控制系统等都集成于机体1。机体1的下方可以设置起落架。

参见图2，旋翼2的数量比如设置为四个，四个旋翼2相对于无人机的中轴线对称布置于无人机机体1的四个角处。

灭火剂喷射装置3用于喷射灭火剂。无人机本身不带灭火剂存储元件，灭火剂经由输送管31输送至喷嘴32处。输送管31和位于消防车、甚至地面、其他高建筑或者固定物体上的灭火剂存储元件连通，以将灭火剂输送至灭火剂喷射装置3的喷嘴32处。

参见图1和图2，在一些实施例中，输送管31包括第一管路311、第二管路312以及第三管路313。第一管路311位于机体1的下方。第二管路312位于第一管路311的下游，且与第一管路311连通，第二管路312包括至少两根。第三管路313位于各根第二管路312的下游，且与各根第二管路312均连通。

第一管路311、第二管路312以及第三管路313均可以采用轻质材料，比如超轻金属，比如铝合金等。输送管31采用先分后合的对称式结构，方便了输送管31的安装固定，也可以保证无人机更好的平衡。

参见图1，在一些实施例中，各根第二管路312相对于机体1的中轴线l1对称布置。第一管路311的中轴线和机体1的中轴线l1重合。第三管路313的中轴线也和机体1的l1中轴线重合。这样使得无人机在空中工作时，更易保持平衡。

参见图1，在一些实施例中，无人机还包括六维力传感器5，六维力传感器5的一端安装于机体1，且灭火剂喷射装置3安装于六维力传感器5的另一端，具体比如通过螺栓实现安装。无人机能够实时采集作业过程中无人机受到的六维力，具体是实时采集无人机在飞行工作中拖拽物作用于无人机的六维力。拖拽物具体为水带6。

参见图2，在一些实施例中，无人机还包括风速检测元件4，风速检测元件4设置于机体1的顶部。风速检测元件4比如为风速仪，通过风速仪实时监测无人机所处位置的风速。

参见图3和图4，在一些实施例中，无人机还包括水带6，水带6与输送管31连通，以向输送管31输送灭火剂；六维力传感器5被构造为检测水带6及灭火剂喷射装置3施加给无人机的六维力。在一些实施例中，水带6的长度为90米～110米。

参见图1和图4，在一些实施例中，输送管31还包括电控锁紧装置33，电控锁紧装置33设置于第一管路311的底部，电控锁紧装置33被构造为锁紧、断开水带6与第一管路311的连接。

电控锁紧装置33可以锁定水带6与第一管路311的连接，这样使得无人机在灭火过程中，水带6与第一管路311保持可靠的连接，以保证灭火剂的可靠输送。并且，在需要的时候，打开电控锁紧装置33，可以断开水带6与第一管路311的连接。

需要说明的是，在一些实施例中，水带6的两端均设置有电控锁紧装置33，水带6位于消防车和无人机之间。参见图4，位于水带6上部的电控锁紧装置33用于和无人机配合，以锁定输送管31的下部接口与超轻的水带6的上部接口的连接。位于水带6下部的电控锁紧装置33用于锁定超轻的水带6的下部接口与中转管路的连接。中转管路用于将地面灭火剂输送至水带6。通过控制电控锁紧装置33实现了超轻的水带6的流量、卸流。

根据需要，在水带6的两端都设置有电控锁紧装置33的情况下，先断开水带6下部的电控锁紧装置33与中转供管的连接。因为在高空如果直接打开位于水带6上部的电控锁紧装置33，近百米长的水带6和所带灭火剂总重量比较大，直接跌落，会有安全隐患。先打开水带6下部的电控锁紧装置33，让灭火剂放空，无人机带着空水带飞，当接近降落或无安全隐患情况下再将上部电控锁紧装置33与第一管路311的脱开。

参见图3，本发明实施例还提供一种消防车，包括本发明任意技术方案所提供的无人机。

消防车选用举高能力为40米～50米的中型消防车，该消防车外形尺寸较小，机动性好，举升操作所需要的时间非常短，能快速实现消防炮与无人机的耦合，实现快速灭火。

上述技术方案提供的消防车，可以用于高空灭火，无人机拖拽超轻的水带6与常规举高消防车组成耦合系统，联合扑救高层建筑火灾；实现了高效、灵活、经济地扑救更高米数的高层建筑火灾。并且，可实现无人机喷射的灭火剂流量更大。

参见图3和图4，在一些实施例中，消防车还包括臂架7以及支撑平台8。臂架7被构造为可变幅的，或者可升降的，或者即可变幅又可升降，以实现举升。支撑平台8安装于臂架7的末端；无人机安装于支撑平台8。以臂架7处于举升状态来说，支撑平台8安装于臂架7的顶端。

参见图3和图4，在一些实施例中，消防车还包括存放装置12，存放装置12安装于支撑平台8的底部，存放装置12设置有存储腔121。水带6的一端与无人机的输送管31连通，水带6的另一端与消防车的中转管路15连通，水带6的中间部分存放于存储腔121中。存放装置12的底部被构造为可开合的。存放装置12的底板可以设置为对开式的，通过转动每一半底板，实现存放装置12底部的快速打开。

参见图4，在一些实施例中，消防车还包括锁止机构13，锁止机构13安装于支撑平台8，以将无人机与支撑平台8固定。锁止机构13可以采用多种实现结构。

当该新型举高消防车系统只执行常规举高消防车灭火作业时，无人机通过锁止机构13安放于支撑平台8末端。存放装置12位于支撑平台8下方，超轻的水带6叠合后装入存放装置12中。当该新型举高消防车系统执行耦合无人机灭火作业时，超轻的水带6存放装置12的底板被打开。随后，超轻的水带6的叠合部分靠自身重力放下，以便无人机升空作业不受超轻的水带6叠合的约束。水带6的展开状态参见图5和图6所示。然后，无人机带着未输送灭火剂的水带6起飞至一定高度后悬停，此时开始输送灭火剂。待灭火剂输送稳定后，无人机带着装有灭火剂的水带6飞行至待灭火位置。

上述技术方案提供的消防车，无人机在举高消防车臂架7展开时，能够拖拽超轻的水带6，从支撑平台8升空飞行，这使得无人机可以利用臂架7自身的展开动作实现一定的升空操作和靠近待灭火物体的操作，这就减少了无人机的飞行距离，节省了无人机的电量，使得无人机执行灭火任务的时间可以更长。并且，该无人机借助常规举高车的中转管路15，减少了无人机必须携带的水带6的长度。

消防车还包括数据处理模块9、主操控台10和无人机操控台11。数据处理模块9安装于支撑平台8附近，无人机包括数据传输模块，数据处理模块9与数据传输模块通过无线方式通信连接。主操控台10与数据处理模块9通信连接。无人机操控台11与数据处理模块9也通信连接，且被构造为根据数据处理模块9获取到的数据传输模块传输的无人机的状态参数以及无人机的预设参数，控制无人机飞行、灭火剂的输送量和/或是否输送灭火剂，或是否卸载管路中灭火剂，以确保无人机不因被过度拖拽而坠机。

无人机具有数据传输模块及天线，除了具有传递飞控系统与数据处理模块9之间的常规上/下行信息和指令外，还能将六维力传感器5、风速仪的输入信号，以及空中定位坐标等信息发送给数据处理模块9。数据处理模块9也安装于支撑平台8附近，数据处理模块9是重要的控制信息传递节点。数据处理模块9和无人机之间通过无线方式实现通信连接。数据处理模块9还通过电缆与举高消防车的主操控台10、无人机操控台11均有线通信连接，用于交互控制升空飞行和灭火剂喷射等。并且，为了保证无人机作业的安全性，数据处理模块9和无人机操控台11还可以根据无人机的预定载荷能力、对环境风速的设限值以及无人机允许远离起飞点的距离设定，自动控制地面灭火剂的流量供应控制、卸流，以及打开超轻的水带6两端连接的两个电控锁紧装置33，从而确保无人机不因被过度拖拽而坠机。

下面介绍一些具体的实现方式。

消防车采用举高能力为45米的举高消防车，该消防车具有三桥底盘，整车行驶状态外形尺寸≤12.5米。消防车车载有水和泡沫液两种灭火剂。举高消防车灭火剂输送管路通径≥80mm。车载无人机为多旋翼电动无人机，具有50kg的搭载能力。泡沫发泡倍数设定为6～8倍。无人机拖拽100米的水带6，水带6的通径50mm，能够实现120米高度、30米跨度的高层建筑火灾扑救。水带6的水带单重为150g/m。

第一工作模式为消防车举高灭火模式。针对60米以下高层火灾，主要通过该举高消防车的头端的水-泡沫两用消防炮，该消防炮14喷射≥60升/秒(水)或≥120升/秒(压缩空气泡沫，发泡倍数6～8倍)的大流量灭火剂灭火。此状态下，臂架7可以正常变幅，举高灭火模式下安全工作范围的限制曲线s1参见图5和图6所示。图5中，工作高度是指相对于地面的高度。工作幅度是指消防车距离待灭火建筑的水平方向的距离。

第二工作模式为耦合无人机灭火。针对60米以上高层火灾，以消防车耦合无人机灭火模式作业。该模式下，通过无人机拖拽水带6，借助举高消防车的灭火剂制备和输送系统供给，通过无人机的灭火剂喷射装置3，喷射≥18升/秒(压缩空气泡沫，发泡倍数6～8倍)的小流量灭火剂升空，以抵近火源来灭火。此情况下，臂架7不再动作，消防炮14的位置在图5和图6中的安全作业范围曲线s2所示意的范围内，均认为满足无人机起飞前的位置要求。

耦合无人机灭火模式作业具体操作方法为：首先，通过举高消防车的主操控台10，操作臂架7到达耦合无人机作业所需的标准工作姿态。耦合作业时要求标准工作姿态下的小范围限制曲线s2位于举高灭火模式下安全工作范围的限制曲线s1以内，这主要是考虑耦合作业时倾翻力矩更大。然后，按下模式切换按键，使其处于耦合无人机灭火模式。其次，操作无人机操控台11，打开存放装置12的底板以及中转管路15处的旁通阀；然后水带6的叠合部分在自身重力下下落展开；随后，操控无人机从支撑平台8起飞悬停，参见图6中右侧无人机所在的位置。然后，操作举高消防车的压缩空气泡沫系统16工作，让无人机喷射装置2喷出湿泡沫，然后操控多旋翼无人机飞高抵近扑救目标灭火。最后，当无人机完成灭火作业时，操作员通过无人机操控台11，打开中转管路处的连接超轻水带接口的电控锁紧装置33，即上文介绍的位于下端的电控锁紧装置33，操作无人机拖拽水带6降落至地面。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。