一种固定翼森林消防察打无人机

技术领域

本发明涉及无人机的技术领域，尤其是涉及一种固定翼森林消防察打无人机。

背景技术

无人机消防作为一种新型工业技术，已被广泛应用于各种领域，在国内已有不少消防机构使用无人机成功进行过火场侦查监测、抛投救援物资等尝试，效果非常明显，随着科技普及，无人机也逐渐进入大家的视野，其中工业级无人机也逐渐应用到各个领域当中，发挥自己的作用，尤其以消防为主的高危领域，运用无人机来代替部分人力行动，对消防行业来说，其重要性不言而喻。

但是在目前消防领域，消防无人机所实现的功能太过单一，无法满足复杂危险的森林消防环境。因此，本领域技术人员提供了一种固定翼森林消防察打无人机，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为了解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种固定翼森林消防察打无人机。

本发明提供的一种固定翼森林消防察打无人机采用如下的技术方案：

一种固定翼森林消防察打无人机，包括机身，所述机身的两侧均固定安装有主翼，且机身的尾部安装有推力旋翼，所述主翼的内部设置有机架，所述机架的两端均安装有升力旋翼，所述机身前端固定安装有温湿度红外传感器，且机身的内部固定安装有投弹装置，所述机身的下表面中心位置固定安装有高清摄像头，且机身的内部设置有信号处理器、控制器、超声波模块。

优选的，所述主翼的翼身覆盖太阳能电池板，且主翼的梁结构采用10mm直径的碳纤维梁以提供足够的强度，外段采用椴木制作的上下护板，在主翼的上下缘有5mm轻质松木梁作支撑。

优选的，所述机架的数量为两根，两根所述机架均固定嵌入安装于主翼的内部。

优选的，所述温湿度红外传感器的输出端与信号处理器的输入端电信号连接，所述信号处理器的输出端与控制器的输入端电信号连接。

优选的，所述投弹装置的内部搭载有灭火弹，且投弹装置的牵引机构加装有舵机，所述投弹装置的输入端与控制器的输出端电信号连接。

优选的，所述高清摄像头为半球型结构，且高清摄像头的内部嵌套有过滤子模块，所述高清摄像头的输出端与信号处理器的输入端电信号连接。

优选的，所述超声波模块包括：超声波发射模块和滤波器，且超声波模块的输出端与信号处理器的输入端电信号连接。

优选的，所述主翼的内部固定安装有连接杆，所述连接杆的尾部固定安装有平衡尾翼，所述平衡尾翼为倒V型尾翼结构。

优选的，所述机身的下表面在机头位置固定安装有前起落架，且机身的下表面在机尾位置固定安装有后起落架。

综上所述，本发明包括以下有益技术效果：

本发明采取固定翼的机型，通过升力旋翼带动机身垂直起降和悬停，高清摄像头针对火点的识别，兼具智能化和应用化的优势，采取图像智能识别和处理、多传感器配合的方案对于林火火点进行智能识别和控制，主要应用方向为识别、检测潜在火源，打击、扑灭森林阴燃火，多功能一体化协作，满足于不同复杂环境下的森林消防工作。

附图说明

图1是本发明实施例中一种固定翼森林消防察打无人机的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种固定翼森林消防察打无人机的爆炸图；

图3是本发明实施例中梯形机翼及内部梁结构示意图；

图4是本发明实施例中主翼设计具体参数图；

图5是本发明实施例中尾翼设计具体参数图；

图6是本发明实施例中主翼升阻比示意图；

图7是本发明实施例中静稳定性分析图；

图8是本发明实施例中动稳定性分析图；

图9是本发明实施例中的电信号连接框图；

图10是本发明实施例中太阳能电池组电性连接框图。

附图标记说明：1、主翼；2、升力旋翼；3、推力旋翼；4、平衡尾翼；5、连接杆；6、机架；7、机身；8、高清摄像头；9、前起落架；10、后起落架；11、投弹装置；12、温湿度红外传感器。

具体实施方式

以下结合附图1-10对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开一种固定翼森林消防察打无人机。参照图1-10，一种固定翼森林消防察打无人机，包括机身7，机身7的下表面在机头位置固定安装有前起落架9，机身7的下表面在机尾位置固定安装有后起落架10，机身7的内部设置有信号处理器、控制器、超声波模块，超声波模块包括：超声波发射模块和滤波器，超声波模块的输出端与信号处理器的输入端电信号连接，机身7的两侧均固定安装有主翼1，为了满足高空长航时的要求和追求高气动效率，初代机采用展弦比较大的固定翼主翼1，该设计的明显优点就是升力线斜率高且阻力小，能有效的提高航程，将主翼1的外层包裹碳纤维材料，可使所承受的面内载荷更加分散，能够大幅度提高复合材料的结构效率，大幅提升整机的比强度，主翼1的翼身覆盖太阳能电池板，采用锂聚合物电池和太阳能电池双动力来源，从能源、增升、减阻、减重多角度实现其载重能力和续航能力突破，在21700电池的容量测试中，本发明所使用的4s6p超大容量电池组从16.8V可以稳定放电到12V，所测得的容量超过28800mha，大致估算可知，使用该套动力设备理论上足以满足飞行器在空中续航近700分钟，然而在实际的飞行中存在如起降、盘旋等的机动动作，在空中风向难以预测，同时由于接收机，摄像头以及图传等机载设备的也存在电量消耗，因此在实际的巡航任务中，飞行器的续航时间大致为300分钟，飞行器翼身铺设太阳能电池板，采用双动力源设计，可以有效提高续航时间30％，主翼1的梁结构采用10mm直径的碳纤维梁以提供足够的强度，外段采用椴木制作的上下护板，在主翼1的上下缘有5mm轻质松木梁作支撑，飞行器整体采用ABAQUS软件对主翼1复合梁结构进行拓扑优化，采用XFLR5对外形布局进行基本设计，同时使用ANSYS仿真优化飞行器气动外形，在制造工艺上采用采用一体式成型制造，大量采用基于环氧树脂基体的碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料，机翼是飞机产生升力的主要部件，其阻力占飞机总阻力的一半左右，主翼1设计的好坏对飞机的性能起决定性的作用，二代机的主翼1采用分段式的平直梯形上单翼，分为中段和左右外段，相比于矩形主翼1的一代机，该飞行器侧滑滚转稳定性较好，在造成翼尖失速之前，适当增加主翼1的根梢比，产生接近诱导阻力最小的椭圆升力分布，梯形主翼1及内部梁结构(参考图3)，梁结构采用10mm直径的碳纤维梁以提供足够的强度，外段采用椴木制作的上下护板，此外本发明在翼载荷保持在150以上的基础上在巴尔沙木制作的肋板上进行减重镂空，增加了二代机的载重潜力，(机翼设计的具体参数如图4)，主翼1的内部固定安装有连接杆5，连接杆5的尾部固定安装有平衡尾翼4，平衡尾翼4为倒V型尾翼结构，机身7的尾部安装有推力旋翼3，推力旋翼3起到为机身7提供动力的作用，主翼1的内部设置有机架6，机架6的数量为两根，两根机架6均固定嵌入安装于主翼1的内部，机架6的两端均安装有升力旋翼2，在机架6上搭载四组无刷电机带动升力旋翼2，使其获得充足升力完成垂直起降、空中悬停等任务目标；飞行平台可采用无线充电的方式为大容量锂离子电池充电以实现巡航过程全自动的任务目标；采用MISSIONPLANER等软件搭配PIXHAWK飞控实现规定航线自动巡航，机身7前端固定安装有温湿度红外传感器12，温湿度红外传感器12的输出端与信号处理器的输入端电信号连接，信号处理器的输出端与控制器的输入端电信号连接，机身7的内部固定安装有投弹装置11，投弹装置11的内部搭载有灭火弹，仿照经典架构式机身7制作一体式泡沫芯材，并在其外层覆盖碳纤维材料达到结构补强的作用，可制作更多的机身7外形以及更大的机载空间，可以更适应于搭载灭火弹的设计需求，投弹装置11的牵引机构加装有舵机，投弹装置11的输入端与控制器的输出端电信号连接，机身7的下表面中心位置固定安装有高清摄像头8，高清摄像头8为半球型结构，高清摄像头8的内部嵌套有过滤子模块，高清摄像头8的输出端与信号处理器的输入端电信号连接，在经过高清摄像头8对火源采集后，火源特征点提取的过程中，由于火源轮廓往往会出现不规则的情况，图像的轮廓发现算法处理后会产生多个目标图像，识别机制会对同一火点进行多次嵌套识别，利用动态规划算法设计特定的嵌套过滤子模块，对识别结果进行过滤，相比于常规固定翼飞机的布局和一代机的尾翼布局，二代机舍弃了机身中后段并且采用了倒“V”型尾翼的控制方式，该方案可以有效减少大量结构冗余，能够在重量最小的情况下提供足够的稳定性和操作性，同时，简洁的V型尾翼设计使得飞行器的制造成本和制造难度都有一定成度的下降，(尾翼具体数据如图5)，主翼1的翼形采用的NACA4412，飞行器巡航的环境为海拔0到3000米，飞行速度在0到50米中，距地面高度在一千米以内，经计算该条件下飞行器雷诺数变化范围在5万到100万之间，该范围内中，该飞行器都可以稳定提供升力，(各种雷诺数下的主翼升阻比如图6所示)，飞行器使用碳杆支撑倒V型尾翼的结构布局，用以消除飞行器的中后段机身产生的粘滞阻力，飞行器飞行稳定性分析(参考图8)，a.静稳定性分析：作为飞机静稳定度的临界点中性点(Neutral Point NP)，其与重心(Centre of Gravity CG)重合时，俯仰力矩为一常数，与攻角无关，重心在该点之前为静稳定，重心在该点之前为静稳定，在后静不稳定，通过观察俯仰力矩系数的斜率可知本飞行器的NP点在CG点之后，静稳定性较好；b.动稳定性分析：在飞行中，扰动(操纵或阵风)会在不同程度上激发所有的模态：一般地，短周期和滚转阻尼模态，受到较大阻尼，很快会消失，长周期和荷兰滚较明显，(参考图9)可以用眼观察到，从图示的横向和纵向模态曲线可以看出大部分扰动都可以在飞行器自身调节作用下最终收敛。

本发明实施例一种固定翼森林消防察打无人机的实施原理为：本发明采取固定翼注意1的机型，通过升力旋翼2带动机身7垂直起降和悬停，推力旋翼3为机身7提供动力，利用高清摄像头8针对火点的识别，兼具智能化和应用化的优势，采取图像智能识别和处理、多传感器配合的方案对于林火火点进行智能识别和控制，主要应用方向为识别、检测潜在火源，打击、扑灭森林阴燃火，多功能一体化协作，满足于不同复杂环境下的森林消防工作。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。