一种基于涵道无人机的超高层建筑灭火系统的制作方法

本实用新型涉及飞行器设计及消防技术领域，具体的，涉及基于涵道无人机的超高层建筑灭火系统。

背景技术：

建筑物一般按照消防设计要求设置室内消防系统，正常工作的消防系统一般能扑灭设计规范内的火灾，对于超出设计灭火能力的火灾需要外力接入灭火，目前主要采用灭火车进行灭火。但目前世界上最先进的芬兰制造消防车最大工作高度只有112m，但采购价格达到2500万元以上。对于超过此高度建筑物的火灾，目前的消防车无能为力，只能依靠建筑物的室内消防系统。因此超高层建筑灭火是目前消防灭火的一个技术难题。

目前市面上存在一些基于多旋翼的灭火无人机，但载荷能力较小，只能搭载数枚灭火弹，对于建筑物初期火灾有一定的灭火能力，但对于超高层建筑起火，消防车/消防无人机很难在起火初期就到达开展灭火工作，火势较大时，其实际灭火意义不大。

基于无人机的超高层建筑灭火系统可以对高度超过100米的建筑物有效开展灭火作业，单套系统独立工作可以对高度200米以下建筑开展灭火作业，多套系统串联工作可以对高度200米以上建筑开展灭火作业，克服了现有消防车灭火高度低、多旋翼无人机能力弱的不足。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术难题是：本实用新型克服了现有消防车灭火高度低、多旋翼灭火无人机载荷弱的不足，提出的基于涵道无人机的超高层建筑灭火系统，可用于超高层建筑灭火，解决了超高层建筑灭火难题。

本实用新型的技术解决方案是：

一种基于涵道无人机的超高层建筑灭火系统，包括涵道无人机、高压消防水带、高压消防水泵组件、消防车和地面控制站，

涵道无人机布置在消防车上，飞行时由发动机驱动旋翼产生升力，并由地面控制站控制其飞行，涵道无人机下部设置有喷水组件，高压消防水带一端与喷水组件上的水带接头连接，高压消防水带另一端与高压消防水泵组件连接，高压消防水泵组件由消防车自带水箱、其他消防车或消火栓供水，涵道无人机由地面控制站控制起飞达到预定灭火高度后，高压消防水泵组件工作，将水通过高压消防水带输送至喷水组件开展灭火作业；

所述系统包括至少一辆消防车，每辆消防车上至少包含一架涵道无人机，涵道无人机间可以串联工作，对于高度200m以内的建筑物，采用一架涵道无人机进行灭火作业，对于高度超过200m的建筑物，采用多架涵道无人机串联共同拉起高压消防水带进行灭火作业。

进一步的，所述涵道无人机采用多涵道形式，根据设计的灭火用水量确定涵道数量和旋翼直径。

进一步的，涵道无人机下部设置的喷水组件包括喷水龙头、阀门以及水带接头，可绕与机身连接的铰接机构在±30°范围内自由转动。

进一步的，所述地面控制站设置在消防车内，可由控制人员在地面控制站对无人机实施飞行控制，并对高压消防水泵组件开关进行控制。

进一步的，所述高压消防水泵组件可以将消火栓或消防车水箱内的水增压至10mpa～12mpa，具备最大1000米高度供水能力。

进一步的，所述系统不仅可以输送水进行灭火，还可以输送其他液体灭火介质进行灭火。

进一步的，灭火时，高压消防水带与涵道无人机连接完毕后，控制人员在地面控制站向涵道无人机发送起飞指令，涵道无人机根据起飞指令自动飞行至指定位置。

进一步的，控制人员在地面控制站发送打开阀门指令，待阀门的动作信号反馈至地面控制站后，启动高压消防水泵组件开始灭火作业，通过调整涵道无人机的姿态确保喷水点正对起火点。

进一步的，涵道无人机包括发动机、减速箱、传动轴、直角换向齿轮箱、旋翼和涵道，发动机采用双发对称布置，减速箱有多个传动轴分别驱动旋翼旋转产生升力，同时涵道产生部分升力，通过改变旋翼的总距角控制飞行姿态。

进一步的，通过与涵道无人机配合抵消喷水产生的反作用力，阀门控制喷水龙头的开闭，阀门的动作信号可以反馈至地面控制站，喷水龙头向下倾斜一定角度。

本实用新型与现有技术相比有益效果为：

(1)本实用新型用于超高层建筑灭火，采用涵道无人机配合消防车及高压消防水泵的方案，解决了超高层建筑消防灭火难题；

(2)本实用新型采用双发动机、涵道布局形式，具有安全性高的特点；

(3)本实用新型采用大型多涵道无人机布局形式，解决了现有多旋翼的灭火无人机载荷能力小的问题；

(4)本实用新型结构布置合理、紧凑，可基于现有消防车布置，适宜应用。

附图说明

图1为本实用新型三维等轴测视图；

图2为本实用新型局部等轴测视图；

图3为本实用新型局部侧视图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种基于涵道无人机的超高层建筑灭火系统。下面结合附图说明具体实施方式。

如图1所示，一种基于涵道无人机的超高层建筑灭火系统，包括涵道无人机1、高压消防水带2、高压消防水泵组件3、消防车4、地面控制站5。

涵道无人机1布置在消防车4上，飞行时由发动机8驱动旋翼6产生升力，并由地面控制站5控制飞行，涵道无人机1下部设置有喷水组件12，高压消防水带2与喷水组件12上的水带接头连接，高压消防水带2另一端与高压消防水泵组件3连接，高压消防水泵组件3由消防车6自带水箱、其他消防车或消火栓供水，涵道无人机1由地面控制站5控制起飞达到预定灭火高度后，高压消防水泵组件3工作，将水通过高压消防水带2输送至喷水组件开展灭火作业，灭火作业时，涵道无人机1向喷水方向倾斜一定角度，以抵消喷水时产生的推力。

所述系统包括至少一辆消防车，每辆消防车上至少包含一架涵道无人机1，涵道无人机1间可以串联工作，对于高度200m以内的建筑物，采用一架涵道无人机1进行灭火作业，对于高度超过200m的建筑物，采用多架涵道无人机1串联共同拉起高压消防水带2进行灭火作业。

如图1、图2所示，涵道无人机1采用多涵道形式，包括发动机8、减速箱9、传动轴10、直角换向齿轮箱7、旋翼6、涵道11，发动机8采用双发对称布置，减速箱9有多个传动轴10分别驱动旋翼6旋转产生升力，其中一半的旋翼顺时针旋转，其余逆时针旋转，以抵消反扭矩，同时涵道11产生部分升力，通过改变旋翼6的总距角控制飞行姿态。

如图3所示，涵道无人机1下部设置的喷水组件可绕与机身连接的铰接机构12在一定角度范围内各方向自由转动，喷水组件包括喷水龙头13、阀门14以及接头15，阀门14控制喷水龙头13的开闭，阀门14的动作信号可以反馈至地面控制站5。喷水龙头13向下倾斜一定角度，一方面避免将水喷到涵道无人机1上，同时可以降低喷水时侧向推力，并产生一定的向上的推力。

如图1所示，地面控制站5设置在消防车4内，可由控制人员在地面控制站5对无人机实施飞行控制。

所述高压消防水泵组件3具备最大1000米高度供水能力。

系统不仅可以输送水进行灭火，还可以输送其他液体灭火介质进行灭火。

系统可以串联工作，实现对更高高度的建筑物灭火。

图示无人机采用4涵道，但对于更多涵道的无人机本实用新型同样适用。

实施例

涵道无人机最大起飞重量500kg，采用四涵道布局形式，每个涵道内径1.6m，采用2台发动机经过减速箱驱动4套旋翼，每台发动机功率100kw，燃油质量50kg，保证单台发动机失效仍可安全降落，续航时间2h。

高压消防水带直径3cm，灭火介质采用高效水基灭火剂。

消防水泵采用全液压柱塞泵组，最高保证1000m高度供水。

单套系统设计最大灭火高度200m，可多套串联工作。

对于建筑高度350m的建筑物，以两辆消防车为一组前去灭火，每辆消防车携带一架涵道无人机。到达起火地点后，涵道无人机与高压消防水带一端连接完毕后起飞，到达200m高度后保持悬停，高压消防水带另一端与第二架涵道无人机高压消防水带接口连接，然后，第二架涵道无人机起飞升至150m上下高度，同时第一架涵道无人机升至350m上下高度，保持悬停。控制人员在地面控制站5发送打开阀门14指令，待阀门14的动作信号可以反馈至地面控制站5后启动高压消防水泵组件3开始灭火作业，通过调整涵道无人机1的姿态确保喷水点正对起火点。

本实用新型所阐述的内容为该领域具体应用的一个实例，但任何熟知的该领域的专业人员，应明确本实用新型包含但不限于本实例，在此基础上所做的任何改动都属于本实用新型知识和技术产权保护范围之内。

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