專利名稱：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)前國內(nèi)、國外森林，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單的滅火工具如鼓風(fēng)機，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，消防車滅火，推土機開設(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直升機吊桶直接噴灑水和噴灑化學(xué)滅火劑滅火。固定翼飛機直接噴灑水和噴灑化學(xué)滅火劑滅火，用噴灑化學(xué)滅火劑開設(shè)阻火隔離帶，飛機人工降雨等。
由于森林火災(zāi)經(jīng)常發(fā)生在人員和物質(zhì)難以抵達的山區(qū)，林火陣面隨風(fēng)速、地形、林種、地貌、火險等級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、固定翼飛機灑水滅火和噴灑化學(xué)滅火劑滅火等。因此對于突發(fā)性的森林大火及特大森林火災(zāi)有撲救的困難，甚至是束手無策。因為利用飛機大容量的運輸水是十分不易的，而且高空噴灑又不能較好有效的利用水和化學(xué)藥劑，特別是對于森林大火及特大森林火災(zāi)會顯得勢單力薄，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重不足，以此貽誤撲火時機，造成了小火釀成大災(zāi)的嚴重后果，使森林火災(zāi)嚴重危害了人類生命財產(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。以此來達到快速、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重大森林火災(zāi)和特大森林火災(zāi)的難以撲救問題，第二在林火撲救過程中人員的傷亡問題。
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是通過定位衛(wèi)星來實現(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接收機及計算機控制系統(tǒng)和氣動力控制舵面的可控制的運載體，而構(gòu)成的一種新型的GPS制導(dǎo)的野外火撲救工具。
它在任何時間和位置都能接收到衛(wèi)星的定位信號，并精確計算出該彈空投后的三維位置，三維方向以及運動速度和時間信息。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)實時進行比較，經(jīng)微機處理后，通過執(zhí)行機構(gòu)去控制彈體上的尾翼，并能實時修正該彈的飛行路線，以高阻力外形滑翔下落，最終命中著火點目標(biāo)，其命中精度可達3-5米。從而使林用滅火工具實現(xiàn)了真正的“投放后不用管”，使森林，草原的滅火運載工具具有空投制導(dǎo)功能。
使用M個(M≥1)GPS制導(dǎo)的控制運載體，掛接N個(N≥1)柔性管式的單元鏈，而連接組成一條長的似于“鎖鏈”式的爆炸滅火隔離彈或者化學(xué)滅火隔離彈。每個單元鏈?zhǔn)且粋€基本的單元，這些基本的單元鏈在空投以前，它是以折疊或盤圓方式與GPS制導(dǎo)的控制運載體連接并一起存放在儲運體內(nèi)。
每個單元鏈?zhǔn)蔷邆湟欢ㄩL度的爆炸或者化學(xué)滅火功能的能量，根據(jù)所要開設(shè)的防火隔離帶的長度，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GPS制導(dǎo)的控制運載體的實時引導(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)的控制運載體GPS制導(dǎo)的控制運載體如附圖1所示，它主要有對接彈體1，它是控制運載體的支撐底座并通過對稱連接環(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，對接彈體1可通過聯(lián)接機構(gòu)4與控制運載主體5連接。
在控制運載主體5內(nèi)部裝備具有差分功能的GPS接收機和計算機的機電執(zhí)行機構(gòu)控制系統(tǒng)6。在運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，對可控制的X型尾翼可以制成不對稱的尾翼，以便利于操縱性能要求，8是GPS接收機的天線。
第二部分是滅火隔離彈體它是有N個(N≥1)柔性管式的單元鏈，首尾可以相互連結(jié)組成的一條長的類似于“鎖鏈”式的滅火隔離彈體如附圖2所示，其中每個單元鏈?zhǔn)且粋€基本的單元。在這個基本的單元鏈中，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，每個基本的單元鏈具備一定的長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)的控制運載體相連接。
在附圖4的儲運體16中裝的是一個已經(jīng)配備好的實用的GPS制導(dǎo)的林用滅火隔離彈，它用了3個GPS制導(dǎo)的控制運載體14掛接了2個單元鏈的鏈體部分15。這個儲運體即是平時儲運滅火隔離彈的工具，又是空投時的投放裝置。
當(dāng)滅火隔離彈在機身和機翼下外掛投放時先打開儲運體底部縱向門17后，再實施投放。
當(dāng)滅火隔離彈在機艙內(nèi)裝載投放時先使機身仰起并與水平線成一個角度后，再打開儲運體后部門18實施投放。
③GPS制導(dǎo)的林用滅火隔離彈的特點GPS制導(dǎo)的林用滅火隔離彈是一個具有在陸上和海上全方位、全天候、高精度、自動化、高效益不受煙火及云霧等氣候影響的三維的，實時連續(xù)制導(dǎo)控制功能的新一代林用滅火工具。
本發(fā)明能夠大大推動林火撲救技術(shù)手段從數(shù)量優(yōu)勢向質(zhì)量優(yōu)勢的轉(zhuǎn)化，同時減少了后勤的補給負擔(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具有顯著的快速性與機動性能，并且不受地面限制的遠距離作戰(zhàn)的現(xiàn)代化的運載工具。當(dāng)它攜帶著GPS精確制導(dǎo)的高效滅火彈的空中優(yōu)勢時，能夠進行大范圍林火阻隔，快速穿插，以突破時間和空間的局限實施輪番撲救，并連續(xù)進行空中監(jiān)視，直至完全撲滅和消除火災(zāi)的隱患。
準(zhǔn)確性GPS是通過測量天空的24棵衛(wèi)星中其中的4棵到用戶接收機的偽距離，來確定接收機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，但是通過差分技術(shù)大部分誤差可以消除。接收機在進行GPS觀測的同時，也接收基準(zhǔn)站的偽距修正數(shù)，對其偽距觀測量進行修正。然后利用修正過的偽距進行定位計算，求解出精確的用戶接收機的位置。由于這種修正能將公共誤差抵消，從而提高了定位精度，使實時定位精度從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，這些非炸藥類物質(zhì)運輸攜帶十分方便，使用的安全性好。這種產(chǎn)品沒有導(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，清除火場余火，而且還可用于空中投放下的GPS制導(dǎo)來開設(shè)阻火隔離帶。
安全性在林火撲救的管理中，消防隊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撲救森林火災(zāi)。
因此，我們推廣應(yīng)用機載空投下的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，并將3S技術(shù)進行有機的融合，通過積極預(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)的控制運載體的示意圖。
圖中1對接彈體，2連結(jié)環(huán)，3導(dǎo)向翼及支撐架，4聯(lián)接機構(gòu)，5控制運載主體部分，6 GPS接收機和計算機控制系統(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)滅火隔離彈及其儲運體示意圖。
14 GPS制導(dǎo)控制運載體，15以折疊或盤圓方式存放在儲運體內(nèi)的一個已經(jīng)配備好的GPS制導(dǎo)的高效滅火隔離彈，16滅火隔離彈儲運體，17儲運體縱向開門鎖，18儲運體后部門。
具體實施例方式
舉一個實際利用本發(fā)明的方法和裝置來撲救一場森林大火的試驗性例子。以發(fā)生在1987年5月6日中國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)國家林火預(yù)報系統(tǒng)提供的該林區(qū)著火點位置和火情的大小，使正在空中執(zhí)行滅火巡航任務(wù)的機組(該機組裝備著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)火場位置上空。
在空投以前，起動已經(jīng)配備好的GPS制導(dǎo)的林用爆炸滅火隔離彈。它用了3個(M＝3)GPS制導(dǎo)控制運載體，掛接了6個基本單元(N＝6)組成了一個實際長為600米的V字形爆炸滅火隔離彈。
當(dāng)飛機進入林區(qū)火場的“可命中投彈區(qū)”時，將防火隔離帶的地面坐標(biāo)參數(shù)分別輸入到3個GPS制導(dǎo)控制的運載體的計算機系統(tǒng)中。并對其中的一個起火點(它的地面坐標(biāo)參數(shù)為在5月6日14:08時，位于東經(jīng)122°22’，北緯52°56’)實施最后的投放，在3個GPS制導(dǎo)控制運載體的實時引導(dǎo)控制作用下，在空中以V字形展開，并在空中滑翔下落時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目標(biāo)，使命中精度可達3-5米(有差分站支持)。爆炸后形成了所需要的長度，寬度和深度形狀的防火隔離帶，并且有效的阻隔了這個火源向四周蔓延和沿火頭方向的擴大，同時爆炸的氣浪和飛土又直接撲滅了一部分明火。
據(jù)悉這場大火在大興安嶺漠河縣最早有5個起火點，其中4個起火點分布在一個四邊形的頂點上，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’。
使用以上類似的方法，根據(jù)防火指揮部的命令和林區(qū)火場的實際情況，再分別對其它4個起火點實施投放，分別炸開4個防火隔離帶(如一字形，V字形，馬蹄形，圓環(huán)形等)，以此控制住林火的進一步擴大和蔓延。如果有必要可對其中的幾個起火點實施再次投放爆炸滅火隔離彈和化學(xué)滅火隔離彈，最終徹底撲滅這個林區(qū)的火源，并控制住火災(zāi)的進一步的發(fā)展，以此避免發(fā)生了一場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(M≥1)GPS制導(dǎo)的控制運載體，掛接N個(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，每個單元鏈?zhǔn)且粋€基本的單元，這些相互連接的基本單元鏈在空投以前，它是以折疊或盤圓方式與GPS制導(dǎo)的控制運載體連接并一起存放在儲運體內(nèi)；b)每個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)所要開設(shè)的防火隔離帶的長度，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GPS制導(dǎo)的控制運載體的實時引導(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GPS制導(dǎo)的主控制運載體，通過有線或無線信號可以同時控制多個非GPS制導(dǎo)控制的運載體的從屬控制運載體，在從屬控制運載體內(nèi)沒裝有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電執(zhí)行機構(gòu)；d)用M個(M≥1)GPS制導(dǎo)的控制運載體，可以對接N個(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)字羅盤實時提供運載體的飛行方向信息來代替變結(jié)構(gòu)控制器或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的功能，在計算機系統(tǒng)的控制下對來自有差分信號的GPS接收機和數(shù)字羅盤提供的實時定位信號進行綜合分析處理，并對運載體的飛行的姿態(tài)和方位、距離參數(shù)做出最優(yōu)的控制決策；f)GPS制導(dǎo)的控制運載體有與單元鏈對接的彈體和連結(jié)環(huán)，它可以與控制運載主體制成一體，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，對可控制的X型尾翼可制成不對稱的尾翼。
全文摘要
本項發(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)計的滅火器具上，加裝GPS制導(dǎo)的計算機控制系統(tǒng)和氣動力舵面，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攜帶并實施投放，以快速、準(zhǔn)確、高效和安全的進行滅火其命中的精度可達3－5米，以突破時間和空間的局限，實施了打早，打小，打了的滅火基本原則，以此解決當(dāng)前國際上在林火撲救方面存在的兩大難題。
文檔編號A62C3/02GK1597019SQ20041002151
公開日2005年3月23日 申請日期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 申請人:大連理工大學(xué)