專(zhuān)利名稱(chēng)：Gps制導(dǎo)的林用滅火隔離彈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于森林，草原火災(zāi)(野外火或林火)的撲救技術(shù)領(lǐng)域。它特別涉及到是應(yīng)用GPS(全球定位系統(tǒng))精確制導(dǎo)技術(shù)與高效的爆炸滅火或化學(xué)滅火技術(shù)相結(jié)合的方法及構(gòu)成的滅火隔離彈裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前國(guó)內(nèi)、國(guó)外森林，草原林火的撲救手段和技術(shù)水平為①直接使用人力配合一些簡(jiǎn)單的滅火工具如鼓風(fēng)機(jī)，各種手提式化學(xué)滅火器和爆炸滅火彈，人工爆破滅火隔離法，消防車(chē)滅火，推土機(jī)開(kāi)設(shè)防火隔離帶等。
②高射炮人工降雨，用炮發(fā)射的爆炸滅火彈等。
③直升機(jī)吊桶直接噴灑水和噴灑化學(xué)滅火劑滅火。固定翼飛機(jī)直接噴灑水和噴灑化學(xué)滅火劑滅火，用噴灑化學(xué)滅火劑開(kāi)設(shè)阻火隔離帶，飛機(jī)人工降雨等。
由于森林火災(zāi)經(jīng)常發(fā)生在人員和物質(zhì)難以抵達(dá)的山區(qū)，林火陣面隨風(fēng)速、地形、林種、地貌、火險(xiǎn)等級(jí)等許多因素不斷變化。目前滅火主要手段(1)使用“人海戰(zhàn)術(shù)”利用常規(guī)的一些滅火工具。(2)使用直升機(jī)、固定翼飛機(jī)灑水滅火和噴灑化學(xué)滅火劑滅火等。因此對(duì)于突發(fā)性的森林大火及特大森林火災(zāi)有撲救的困難，甚至是束手無(wú)策。因?yàn)槔蔑w機(jī)大容量的運(yùn)輸水是十分不易的，而且高空噴灑又不能較好有效的利用水和化學(xué)藥劑，特別是對(duì)于森林大火及特大森林火災(zāi)會(huì)顯得勢(shì)單力薄，甚至有些地方又缺少水源。這些現(xiàn)有的林火撲救的技術(shù)手段及效果，目前都存在著某些嚴(yán)重不足，以此貽誤撲火時(shí)機(jī)，造成了小火釀成大災(zāi)的嚴(yán)重后果，使森林火災(zāi)嚴(yán)重危害了人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)及環(huán)境的生態(tài)平衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種把GPS精確制導(dǎo)技術(shù)與高效的爆炸滅火或化學(xué)滅火技術(shù)相結(jié)合的方法和裝置。以此來(lái)達(dá)到快速、準(zhǔn)確、高效、安全的撲救(1)在森林，草原上由于人為、雷擊和“飛火”所引發(fā)的新火源，(2)是更為有效的隔離和控制住由于這些小火源而引發(fā)的森林大火及特大森林火災(zāi)的目的。解決當(dāng)前世界上林火撲救存在的兩大難題，這兩大難題分別是第一對(duì)重大森林火災(zāi)和特大森林火災(zāi)的難以撲救問(wèn)題，第二在林火撲救過(guò)程中人員的傷亡問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案GPS制導(dǎo)的林用滅火隔離彈的方法和裝置①本發(fā)明的技術(shù)方法GPS是通過(guò)定位衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位的一種高新技術(shù)。采用GPS精確制導(dǎo)技術(shù)與高效的爆炸滅火或化學(xué)滅火技術(shù)相結(jié)合的方法，就是在新設(shè)計(jì)的高效應(yīng)的爆炸滅火或化學(xué)滅火工具上，掛接裝有差分功能的GPS接收機(jī)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和氣動(dòng)力控制舵面的可控制的運(yùn)載體，而構(gòu)成的一種新型的GPS制導(dǎo)的野外火撲救工具。
它在任何時(shí)間和位置都能接收到衛(wèi)星的定位信號(hào)，并精確計(jì)算出該彈空投后的三維位置，三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。該信息與已知確定的林區(qū)新火源和防火隔離帶的地面坐標(biāo)參數(shù)實(shí)時(shí)進(jìn)行比較，經(jīng)微機(jī)處理后，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制彈體上的尾翼，并能實(shí)時(shí)修正該彈的飛行路線，以高阻力外形滑翔下落，最終命中著火點(diǎn)目標(biāo)，其命中精度可達(dá)3-5米。從而使林用滅火工具實(shí)現(xiàn)了真正的“投放后不用管”，使森林，草原的滅火運(yùn)載工具具有空投制導(dǎo)功能。
使用M個(gè)(M≥1)GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體，掛接N個(gè)(N≥1)柔性管式的單元鏈，而連接組成一條長(zhǎng)的似于“鎖鏈”式的爆炸滅火隔離彈或者化學(xué)滅火隔離彈。每個(gè)單元鏈?zhǔn)且粋€(gè)基本的單元，這些基本的單元鏈在空投以前，它是以折疊或盤(pán)圓方式與GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體連接并一起存放在儲(chǔ)運(yùn)體內(nèi)。
每個(gè)單元鏈?zhǔn)蔷邆湟欢ㄩL(zhǎng)度的爆炸或者化學(xué)滅火功能的能量，根據(jù)所要開(kāi)設(shè)的防火隔離帶的長(zhǎng)度，寬度，深度，可選配互相聯(lián)接，以組合形成各種需要的爆炸滅火隔離彈和化學(xué)滅火隔離彈?？胀逗笤贛個(gè)GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體的實(shí)時(shí)引導(dǎo)控制下，構(gòu)成所需要的滅火隔離帶形狀，例如一字形、V字形、多變形、馬蹄形、圓環(huán)形等。
②本發(fā)明的裝置及構(gòu)造GPS制導(dǎo)的林用滅火隔離彈有兩部分組成第一部分是GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體如附圖1所示，它主要有對(duì)接彈體1，它是控制運(yùn)載體的支撐底座并通過(guò)對(duì)稱(chēng)連接環(huán)2與其柔性管式單元鏈彈體相連，3是導(dǎo)向翼及支撐架，對(duì)接彈體1可通過(guò)聯(lián)接機(jī)構(gòu)4與控制運(yùn)載主體5連接。
在控制運(yùn)載主體5內(nèi)部裝備具有差分功能的GPS接收機(jī)和計(jì)算機(jī)的機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)6。在運(yùn)載主體外部上裝有可控制的X型尾翼7，它的作用是既可提高滅火隔離彈制導(dǎo)的精度，又可提高它的自由落體滑翔航程。根據(jù)GPS制導(dǎo)的林用滅火隔離彈在空中的操縱性能的需要，對(duì)可控制的X型尾翼可以制成不對(duì)稱(chēng)的尾翼，以便利于操縱性能要求，8是GPS接收機(jī)的天線。
第二部分是滅火隔離彈體它是有N個(gè)(N≥1)柔性管式的單元鏈，首尾可以相互連結(jié)組成的一條長(zhǎng)的類(lèi)似于“鎖鏈”式的滅火隔離彈體如附圖2所示，其中每個(gè)單元鏈?zhǔn)且粋€(gè)基本的單元。在這個(gè)基本的單元鏈中，可以在柔性管狀的鏈體部分內(nèi)充填各種高效的爆炸滅火藥而制成爆炸滅火隔離彈的基本單元，或者可以充填各種高效的化學(xué)滅火劑而制成化學(xué)滅火隔離彈的基本單元。
在附圖3中的12是這種柔性管式的基本單元鏈的鏈體部分，每個(gè)基本的單元鏈具備一定的長(zhǎng)度和滅火隔離的能量。13是彈體連結(jié)環(huán)，它用于和其它單元鏈相連接或者與GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體相連接。
在附圖4的儲(chǔ)運(yùn)體16中裝的是一個(gè)已經(jīng)配備好的實(shí)用的GPS制導(dǎo)的林用滅火隔離彈，它用了3個(gè)GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體14掛接了2個(gè)單元鏈的鏈體部分15。這個(gè)儲(chǔ)運(yùn)體即是平時(shí)儲(chǔ)運(yùn)滅火隔離彈的工具，又是空投時(shí)的投放裝置。
當(dāng)滅火隔離彈在機(jī)身和機(jī)翼下外掛投放時(shí)先打開(kāi)儲(chǔ)運(yùn)體底部縱向門(mén)17后，再實(shí)施投放。
當(dāng)滅火隔離彈在機(jī)艙內(nèi)裝載投放時(shí)先使機(jī)身仰起并與水平線成一個(gè)角度后，再打開(kāi)儲(chǔ)運(yùn)體后部門(mén)18實(shí)施投放。
③GPS制導(dǎo)的林用滅火隔離彈的特點(diǎn)GPS制導(dǎo)的林用滅火隔離彈是一個(gè)具有在陸上和海上全方位、全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益不受煙火及云霧等氣候影響的三維的，實(shí)時(shí)連續(xù)制導(dǎo)控制功能的新一代林用滅火工具。
本發(fā)明能夠大大推動(dòng)林火撲救技術(shù)手段從數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)向質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)化，同時(shí)減少了后勤的補(bǔ)給負(fù)擔(dān)。并且使林火撲救技術(shù)手段具有快速性、準(zhǔn)確性、高效性、安全性。
本發(fā)明的效果與益處快速性飛機(jī)具有顯著的快速性與機(jī)動(dòng)性能，并且不受地面限制的遠(yuǎn)距離作戰(zhàn)的現(xiàn)代化的運(yùn)載工具。當(dāng)它攜帶著GPS精確制導(dǎo)的高效滅火彈的空中優(yōu)勢(shì)時(shí)，能夠進(jìn)行大范圍林火阻隔，快速穿插，以突破時(shí)間和空間的局限實(shí)施輪番撲救，并連續(xù)進(jìn)行空中監(jiān)視，直至完全撲滅和消除火災(zāi)的隱患。
準(zhǔn)確性GPS是通過(guò)測(cè)量天空的24棵衛(wèi)星中其中的4棵到用戶(hù)接收機(jī)的偽距離，來(lái)確定接收機(jī)的三維位置和速度的。GPS系統(tǒng)中包含許多影響精度的因素，但是通過(guò)差分技術(shù)大部分誤差可以消除。接收機(jī)在進(jìn)行GPS觀測(cè)的同時(shí)，也接收基準(zhǔn)站的偽距修正數(shù)，對(duì)其偽距觀測(cè)量進(jìn)行修正。然后利用修正過(guò)的偽距進(jìn)行定位計(jì)算，求解出精確的用戶(hù)接收機(jī)的位置。由于這種修正能將公共誤差抵消，從而提高了定位精度，使實(shí)時(shí)定位精度從100米提高到了3～5米。
高效性(1)爆炸滅火技術(shù)例如使用高氯酸鉀和鐵鋁合金粉等化學(xué)原料作為爆破源，這些非炸藥類(lèi)物質(zhì)運(yùn)輸攜帶十分方便，使用的安全性好。這種產(chǎn)品沒(méi)有導(dǎo)爆裝置，其引芯為新型材料，它可以利用林火自行引燃爆炸滅火。此外，爆炸的氣浪和飛土又可直接撲滅明火，但抑制或阻止燃燒過(guò)程中的鏈鎖化學(xué)反應(yīng)是其主要功能。
(2)化學(xué)阻燃滅火技術(shù)例如使用航空型高效森林滅火阻火藥劑，該藥劑滅火效率為水的15倍，阻火性能持久，將使航空化學(xué)滅火發(fā)揮更大威力。藥劑可用于航空攜帶的GPS制導(dǎo)下的投放噴灑，直接阻截止撲滅火頭，清除火場(chǎng)余火，而且還可用于空中投放下的GPS制導(dǎo)來(lái)開(kāi)設(shè)阻火隔離帶。
安全性在林火撲救的管理中，消防隊(duì)員和公眾的生命安全是第一重要的。而現(xiàn)行的傳統(tǒng)的滅火方式，容易造成撲救人員的大量傷亡。如果采用了這種GPS制導(dǎo)下的野外火撲救工具距高臨下，就能夠使撲救人員置于火海的危險(xiǎn)之外。它就能夠客觀的保證，并最大限度的保障撲救人員的生命安全和最有效地?fù)渚壬只馂?zāi)。
因此，我們推廣應(yīng)用機(jī)載空投下的GPS精確制導(dǎo)技術(shù)控制的高效滅火隔離彈或者化學(xué)滅火隔離彈，再配合現(xiàn)有的一些滅火工具。在大力發(fā)展和應(yīng)用3S技術(shù)(GIS、RS、GPS)的同時(shí)，并將3S技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的融合，通過(guò)積極預(yù)防和撲救，我們就可能避免發(fā)生森林大火及特大火災(zāi)，把森林火災(zāi)損失降低到最低限度。


附圖1是GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體的示意圖。
圖中1對(duì)接彈體，2連結(jié)環(huán)，3導(dǎo)向翼及支撐架，4聯(lián)接機(jī)構(gòu)，5控制運(yùn)載主體部分，6 GPS接收機(jī)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，7 X型可控尾翼，8天線。
附圖2是GPS制導(dǎo)的一個(gè)V字形高效爆炸滅火或者化學(xué)滅火隔離彈示意圖。
圖中9 GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體，10 V字形的爆炸滅火隔離彈或者化學(xué)滅火隔離彈，11林區(qū)火場(chǎng)的火頭方向。
附圖3是柔性管式單元鏈滅火彈體示意圖。
圖中12柔性管式單元鏈滅火彈體，13單元鏈彈體上的連結(jié)環(huán)。
附圖4是GPS制導(dǎo)的高效爆炸滅火或化學(xué)滅火隔離彈及其儲(chǔ)運(yùn)體示意圖。
14 GPS制導(dǎo)控制運(yùn)載體，15以折疊或盤(pán)圓方式存放在儲(chǔ)運(yùn)體內(nèi)的一個(gè)已經(jīng)配備好的GPS制導(dǎo)的高效滅火隔離彈，16滅火隔離彈儲(chǔ)運(yùn)體，17儲(chǔ)運(yùn)體縱向開(kāi)門(mén)鎖，18儲(chǔ)運(yùn)體后部門(mén)。
具體實(shí)施例方式
舉一個(gè)實(shí)際利用本發(fā)明的方法和裝置來(lái)?yè)渚纫粓?chǎng)森林大火的試驗(yàn)性例子。以發(fā)生在1987年5月6日中國(guó)東北大興安嶺特大火災(zāi)為例，結(jié)合附圖2所示的V字形滅火隔離彈。
根據(jù)國(guó)家林火預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供的該林區(qū)著火點(diǎn)位置和火情的大小，使正在空中執(zhí)行滅火巡航任務(wù)的機(jī)組(該機(jī)組裝備著GPS制導(dǎo)的林用爆炸滅火和化學(xué)滅火隔離彈)迅速接近該林區(qū)火場(chǎng)位置上空。
在空投以前，起動(dòng)已經(jīng)配備好的GPS制導(dǎo)的林用爆炸滅火隔離彈。它用了3個(gè)(M＝3)GPS制導(dǎo)控制運(yùn)載體，掛接了6個(gè)基本單元(N＝6)組成了一個(gè)實(shí)際長(zhǎng)為600米的V字形爆炸滅火隔離彈。
當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入林區(qū)火場(chǎng)的“可命中投彈區(qū)”時(shí)，將防火隔離帶的地面坐標(biāo)參數(shù)分別輸入到3個(gè)GPS制導(dǎo)控制的運(yùn)載體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。并對(duì)其中的一個(gè)起火點(diǎn)(它的地面坐標(biāo)參數(shù)為在5月6日14:08時(shí)，位于東經(jīng)122°22’，北緯52°56’)實(shí)施最后的投放，在3個(gè)GPS制導(dǎo)控制運(yùn)載體的實(shí)時(shí)引導(dǎo)控制作用下，在空中以V字形展開(kāi)，并在空中滑翔下落時(shí)定位形成所需的防火隔離帶形狀。并在林區(qū)上空以快速，準(zhǔn)確，高效和安全的命中地面火場(chǎng)目標(biāo)，使命中精度可達(dá)3-5米(有差分站支持)。爆炸后形成了所需要的長(zhǎng)度，寬度和深度形狀的防火隔離帶，并且有效的阻隔了這個(gè)火源向四周蔓延和沿火頭方向的擴(kuò)大，同時(shí)爆炸的氣浪和飛土又直接撲滅了一部分明火。
據(jù)悉這場(chǎng)大火在大興安嶺漠河縣最早有5個(gè)起火點(diǎn)，其中4個(gè)起火點(diǎn)分布在一個(gè)四邊形的頂點(diǎn)上，它們的地面坐標(biāo)參數(shù)分別為①5月6日14:08，位于東經(jīng)122°22’，北緯52°56’。
②5月6日14:30，位于東經(jīng)122°21’，北緯53°11’。
③5月6日14:00，位于東經(jīng)123°15’，北緯53°05’。
④5月6日14:30，位于東經(jīng)123°44’，北緯52°45’。
⑤5月7日12:30，位于東經(jīng)123°48’，北緯53°23’。
使用以上類(lèi)似的方法，根據(jù)防火指揮部的命令和林區(qū)火場(chǎng)的實(shí)際情況，再分別對(duì)其它4個(gè)起火點(diǎn)實(shí)施投放，分別炸開(kāi)4個(gè)防火隔離帶(如一字形，V字形，馬蹄形，圓環(huán)形等)，以此控制住林火的進(jìn)一步擴(kuò)大和蔓延。如果有必要可對(duì)其中的幾個(gè)起火點(diǎn)實(shí)施再次投放爆炸滅火隔離彈和化學(xué)滅火隔離彈，最終徹底撲滅這個(gè)林區(qū)的火源，并控制住火災(zāi)的進(jìn)一步的發(fā)展，以此避免發(fā)生了一場(chǎng)森林大火和特大的森林火災(zāi)。
權(quán)利要求
1.一種GPS制導(dǎo)的林用滅火隔離彈，其特征是a)用M個(gè)(M≥1)GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體，掛接N個(gè)(N≥1)柔性管式的單元鏈，連接組成一條似于“鎖鏈”式的爆炸滅火隔離彈或者化學(xué)滅火隔離彈，每個(gè)單元鏈?zhǔn)且粋€(gè)基本的單元，這些相互連接的基本單元鏈在空投以前，它是以折疊或盤(pán)圓方式與GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體連接并一起存放在儲(chǔ)運(yùn)體內(nèi)；b)每個(gè)單元鏈具備的是爆炸滅火隔離或者是化學(xué)滅火隔離的功能，根據(jù)所要開(kāi)設(shè)的防火隔離帶的長(zhǎng)度，寬度，深度，可以選配聯(lián)接不同種功能和能量的單元鏈，以組合形成各種需要的爆炸滅火隔離彈或者化學(xué)滅火隔離彈，空投后在M個(gè)GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體的實(shí)時(shí)引導(dǎo)控制下，構(gòu)成所需要的滅火隔離帶形狀，如一字形、V字形、多邊形、馬蹄形、圓環(huán)形；c)用一個(gè)GPS制導(dǎo)的主控制運(yùn)載體，通過(guò)有線或無(wú)線信號(hào)可以同時(shí)控制多個(gè)非GPS制導(dǎo)控制的運(yùn)載體的從屬控制運(yùn)載體，在從屬控制運(yùn)載體內(nèi)沒(méi)裝有GPS制導(dǎo)控制系統(tǒng)，僅裝有控制X型尾翼及其減速翼的機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)；d)用M個(gè)(M≥1)GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體，可以對(duì)接N個(gè)(N≥1)單元的流線形體的滅火彈而組成GPS制導(dǎo)的爆炸滅火彈或者化學(xué)滅火彈；e)在GPS制導(dǎo)的控制系統(tǒng)中，可以用數(shù)字羅盤(pán)實(shí)時(shí)提供運(yùn)載體的飛行方向信息來(lái)代替變結(jié)構(gòu)控制器或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的功能，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制下對(duì)來(lái)自有差分信號(hào)的GPS接收機(jī)和數(shù)字羅盤(pán)提供的實(shí)時(shí)定位信號(hào)進(jìn)行綜合分析處理，并對(duì)運(yùn)載體的飛行的姿態(tài)和方位、距離參數(shù)做出最優(yōu)的控制決策；f)GPS制導(dǎo)的控制運(yùn)載體有與單元鏈對(duì)接的彈體和連結(jié)環(huán)，它可以與控制運(yùn)載主體制成一體，根據(jù)GPS制導(dǎo)的林用滅火隔離彈在空中的操縱性能的需要，對(duì)可控制的X型尾翼可制成不對(duì)稱(chēng)的尾翼。
全文摘要
本項(xiàng)發(fā)明屬于林火撲救技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)明主要目的是為了及時(shí)有效撲滅森林、草原上由于人為、雷擊和“飛火”所引發(fā)的新火源，更是為了對(duì)發(fā)生的林區(qū)大火及特大火災(zāi)的有效隔離和控制。發(fā)明的主要特點(diǎn)是應(yīng)用GPS精確制導(dǎo)技術(shù)與高效的爆炸滅火或者化學(xué)滅火技術(shù)的結(jié)合，在新設(shè)計(jì)的滅火器具上，加裝GPS制導(dǎo)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和氣動(dòng)力舵面，構(gòu)成了新一代的GPS制導(dǎo)的野外火撲救工具。本發(fā)明的效果和益處是依靠固定翼飛機(jī)攜帶并實(shí)施投放，以快速、準(zhǔn)確、高效和安全的進(jìn)行滅火其命中的精度可達(dá)3－5米，以突破時(shí)間和空間的局限，實(shí)施了打早，打小，打了的滅火基本原則，以此解決當(dāng)前國(guó)際上在林火撲救方面存在的兩大難題。
文檔編號(hào)A62C3/02GK1597019SQ20041002151
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月19日
發(fā)明者鄒積斌 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)