一种旋翼无人机发射灭火装置设计研发

王 伟， 高铁柱， 张明远， 何 诚

(1.内蒙古大兴安岭重点国有林管理局，内蒙古 牙克石 022150；2.国家林业和草原局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086；3.南京森林警察学院，江苏 南京 210023)

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行[1-2]。旋翼无人机是微机电系统集成的产物，以其能够垂直起降、自由悬停、控制灵活和适应各种环境能力强等优点成为国内外很多实验室研究的重点。微型旋翼无人机的系统研究主要是针对地面控制系统和机载测控通信系统，地面控制系统能够对无人机的飞行姿态进行监测和指令控制；机载测控通信系统主要是在无人机飞行状态下对惯性传感器、超声波测距仪等进行数据采集，并把这些数据传送给地面控制系统。

目前市场上的旋翼无人机大多执行一些拍摄、测量、救援等任务，对工作环境和返航条件要求较高。本研究设计的旋翼无人机通过测距模块利用红外测距部件向外发射红外光并接收与红外光对应的反射光，进而根据反射光的光强信息测定障碍物相对于无人机的距离[3-5]。红外测距部件大多成本较低，结构简单便于安装，而且红外光不受可见光等周围环境的影响，灵敏度也较高，具有较强的普适性。接到返航指令时，通过返航模块先对预存的位移修正量进行判断，并在预存的位移修正量无效时根据预存的返航点控制无人机返航，或者在预存的位移修正量有效时根据预存的偏移点控制无人机精确返航[6-8]。

1 旋翼无人机发射灭火弹实施方式

旋翼无人机相关结构如图1所示。灭火弹通过细绳悬挂在磁铁上，将磁铁及灭火弹放入投弹腔中，磁铁通过自身的磁力吸附在腔中固定。完成六枚灭火弹装载后，通过无线信号收发器的远程信号收发来控制起飞，驱动电机通过转轴带动旋翼转动，高速转动的旋翼使无人机升到空中，通过无人机内的陀螺仪控制无人机的飞行方向，当无人机飞到火灾发生地的上方、无人机接收到发射指令后，控制器控制步进电机转动60°，通过转动步进电机带动刀片转动，刀片在切刀槽中移动，刀片上的刀刃将细绳切断，灭火弹在自身重力下从投弹腔滑出，灭火弹掉入火焰中后爆炸将火扑灭。在无人机飞行过程中，灭火弹在投弹腔中晃动，滚珠受到挤压通过滚珠座将冲击力传递给弹簧，弹簧受力压缩将冲击力缓冲，减小灭火弹在投弹腔内的撞击力，保证灭火弹的稳定。

图1 旋翼无人机相关结构

2 旋翼无人机发射灭火装置结构简析

无人机机身底部通过螺栓固定连接有悬挂仓，悬挂仓的内部开设有投弹腔，投弹腔的一侧内壁上开设有切刀槽，机身内底部通过螺栓固定连接有步进电机，步进电机的一端通过转轴连接有刀片，刀片位于切刀槽的一侧，投弹腔内顶部设置有磁铁，磁铁的底部中央位置处嵌入有细绳，细绳的底端设置有灭火弹，机身的一侧外壁上通过螺栓固定连接有旋翼支架，旋翼支架的一端设置有保护罩，保护罩内底部通过螺栓固定连接有驱动电机，驱动电机的一端通过转轴转动连接有旋翼。

机身内部靠近步进电机一侧设置有蓄电池，靠近步进电机的另一侧设置有控制器和无线信号收发器，控制器位于无线信号收发器的一侧，蓄电池、步进电机、无线信号收发器和驱动电机均与控制器电性连接。投弹腔的内部设置有弹簧，弹簧的一端设置有滚珠座，滚珠座上远离弹簧的一端嵌入有滚珠。机身底板靠近悬挂仓的一侧设置有摄像头，机身底部均匀设置有四个支撑脚，摄像头与蓄电池电性连接。保护罩的顶部设置有防护网，投弹腔共设置六个，投弹腔相邻之间的角度为60°。旋翼共设置四个，它们均匀布置在机身的外壁上。

3 结束语

与现有技术相比，旋翼无人机在远程控制下实现了单个灭火弹的投放，从而便于无人机应对一些消防人员无法进入区域的消防灭火任务，灭火弹装置提高了无人机的装载能力和局部灭火能力。另外，通过弹簧和滚珠组成的缓冲装置可以有效地避免灭火弹在无人机底部的晃动，在便于投弹的同时还有效地保证了无人机飞行的稳定性。