一种基于二次抛撒的大规模灭火弹及灭火方法
阅读说明：本技术 一种基于二次抛撒的大规模灭火弹及灭火方法 (Large-scale fire extinguishing bomb based on secondary scattering and fire extinguishing method ) 是由 刘忠琳 孟凡强 花芳芳 井孟凯 解宝彬 张欣召 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于二次抛撒的大规模灭火弹及灭火方法,包括顺次连接的整流罩舱段、第二舱段、第三舱段、第四舱段以及尾舱舱段,其中,第二舱段、第三舱段以及第四舱段用于装填一次抛撒子弹,且一次抛撒子弹中装填有二次抛撒子弹,二次抛撒子弹中装填有灭火剂；本发明的灭火弹在火场上方投放,进行了二次抛撒操作,有效提高了抛撒半径,提高了灭火弹的灭火能力和子弹散布的均匀性,有效增加了灭火弹的灭火范围,提高了灭火效率；同时,本发明能够保证灭火弹的投放全在空中进行,救火人员无需靠近火场,极大保证救火人员的安全,还能够保证灭火弹在火场中心投放,提高灭火的精度。(The invention provides a large-scale fire extinguishing bomb based on secondary throwing and a fire extinguishing method, which comprise a fairing cabin section, a second cabin section, a third cabin section, a fourth cabin section and a tail cabin section which are connected in sequence, wherein the second cabin section, the third cabin section and the fourth cabin section are used for filling primary throwing bullets, secondary throwing bullets are filled in the primary throwing bullets, and fire extinguishing agents are filled in the secondary throwing bullets; the fire extinguishing bomb is thrown above a fire scene, secondary throwing operation is performed, the throwing radius is effectively improved, the fire extinguishing capability of the fire extinguishing bomb and the bullet distribution uniformity are improved, the fire extinguishing range of the fire extinguishing bomb is effectively enlarged, and the fire extinguishing efficiency is improved; meanwhile, the fire extinguishing bomb releasing device can ensure that the fire extinguishing bomb is released in the air, fire fighting personnel do not need to be close to a fire scene, the safety of the fire fighting personnel is greatly ensured, the fire extinguishing bomb can be released in the center of the fire scene, and the fire extinguishing precision is improved.)
技术领域
本发明属于灭火弹领域，尤其涉及一种基于二次抛撒的大规模灭火弹及灭火方法。
背景技术
森林、草原火灾是失去人为控制，在林地或草原自由蔓延和扩展，对森林、草原的生态系统以及人类带来一定危害和损失的火灾行为。这种大规模火灾属于一种破坏性极大的自然灾害，它的发生具有很强的随机性、频繁性以及多样性，因此给火灾的处理带来了极大的难度。
目前，我国针对森林和草原火灾的灭火方式相对比较落后，主要采用人员扑救的方式，这种方式灭火效率低、响应速度慢，容易对森林和草原的资源造成损失，同时在扑救的过程中容易给消防人员的人身安全造成影响。
灭火弹作为一种高效的灭火手段，具有效率高、响应快的特点。但是目前的灭火弹不具备大规模灭火的特点，容易造成滞后灭火的情况，不利于森林和草原火灾灭火的实际需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于二次抛撒的大规模灭火弹，能够有效增加灭火弹的灭火范围，提高灭火效率。
一种基于二次抛撒的大规模灭火弹，包括顺次连接的整流罩舱段、第二舱段、第三舱段、第四舱段以及尾舱舱段，其中，第二舱段、第三舱段以及第四舱段用于装填一次抛撒子弹，且一次抛撒子弹中装填有二次抛撒子弹，二次抛撒子弹中装填有灭火剂；
当灭火弹下降至设定高度时，第二舱段、第三舱段以及第四舱段释放各自装填的一次抛撒子弹，且各舱段的一次抛撒子弹具有不同的抛撒初速；当各一次抛撒子弹下降至设定高度时，各一次抛撒子弹释放各自装填的二次抛撒子弹；当各二次抛撒子弹撞击地面时，各二次抛撒子弹引爆，完成灭火剂的抛撒。
进一步地，所述灭火弹包括整流罩1、四块隔爆板、三个舱段外壳、结构托架4、子弹外托架5、一次抛撒子弹6、传火管7、中心管10、定高引信11、导爆切割索12、主电源和单片机整合装置14、尾舱外壳15、尾翼16、温度传感器17、子弹内托架18；
四块隔爆板通过导爆切割索12分别将三个舱段外壳串联起来，形成第二舱段、第三舱段以及第四舱段；整流罩1与尾舱外壳15分别安装于第二舱段的首部和第四舱段的尾部，对应得到整流罩舱段和尾舱舱段；
所述第二舱段、第三舱段以及第四舱段中均安装有结构托架4、子弹外托架5、一次抛撒子弹6、传火管7、中心管10、定高引信11以及子弹内托架18，其中的具体连接关系均为：结构托架4外侧依靠舱段外壳，结构托架4内侧托起子弹外托架5，一次抛撒子弹6放置于子弹外托架5和子弹内托架18之间；子弹内托架18包覆着传火管7，传火管7表面开有散气孔；中心管10位于传火管7中，中心管10内部装有火药以及定高引信11；其中，第二舱段、第三舱段以及第四舱段中的传火管7与中心管10的直径依次增大，且中心管10中装有的火药量也依次增大；
温度传感器17安装在尾舱外壳15上，主电源和单片机整合装置14安装在第四舱段末尾的隔爆板上，用于灭火弹上所有部件的供电以及灭火弹上指令的执行。
进一步地，所述整流罩1外形为圆锥形，且锥角与中轴线的夹角为70°。
进一步地，第二舱段、第三舱段以及第四舱段中装填的一次抛撒子弹的数量依次增大。
进一步地，所述尾舱外壳15的外形为圆锥形，尾翼16为四个，且四个尾翼16相互间隔90°均匀安装在尾舱外壳15上。
进一步地，所述一次抛撒子弹包括整流罩19、前隔爆板20、前导爆切割索21、壳体22、结构托架23、二次抛撒子弹24、子弹内托架25、后导爆切割索27、传火管28、中心管29、定高引信30、温度传感器31、尾舱壳体32、结构托架33、T形托架34、弹簧35、稳定伞36、主电源和单片机整合装置37、子弹外托架39、后隔爆板40、尾翼41；
前隔爆板20与后隔爆板40分别通过前导爆切割索21与后导爆切割索27装配于壳体22的两端，形成装配体；整流罩19与尾舱壳体32分别安装于所述装配体的首部和尾部；结构托架23依靠在壳体22的内壁，结构托架23的内侧托起子弹外托架39，二次抛撒子弹24放置于子弹内托架25与子弹外托架39之间；同时，传火管28包裹在子弹内托架25内，传火管28内部装有中心管29，中心管29内部装有火药和定高引信30；
温度传感器31、T形托架34、主电源和单片机整合装置37均安装于后隔爆板40上；同时，T形托架34上安装有可以在T形托架34上自由滑动的结构托架33，且T形托架34与结构托架33之间还安装有弹簧35；T型托架34的底端安装有稳定伞36，稳定伞36本体放置于尾舱壳体32内；尾翼41安装在后隔爆板40的侧部。
进一步地，尾舱壳体32外形为锥切形。
进一步地，二次抛撒子弹包括整流罩、前隔爆板、后隔爆板、壳体、传火管、中心管、尾舱壳体、尾翼、温度传感器、灭火剂43、主电源和单片机整合装置44、导爆切割索45、稳定伞46、冲击引信47；
前隔爆板与后隔爆板分别通过导爆切割索45装配于壳体的两端，形成装配体；整流罩与尾舱壳体分别安装于所述装配体的首部和尾部；传火管安装于所述装配体的内部，且传火管内部装有中心管，中心管内部装有火药和冲击引信47；传火管与壳体之间的空间填充灭火剂43；在二次抛撒子弹落到地面产生撞击后，冲击引信47工作，完成灭火剂43的弥散；
温度传感器、T形托架、主电源和单片机整合装置均安装于后隔爆板上；同时，T形托架上安装有可以在T形托架上自由滑动的结构托架，且T形托架与结构托架之间还安装有弹簧；T型托架的底端安装有稳定伞46，稳定伞46本体放置于尾舱壳体内；尾翼安装在后隔爆板的侧部。
进一步地，传感器上装有报警装置，在灭火剂43弥散20min后，反馈当前的温度情况，如果仍存在温度过高的区域，则发出报警声音且传感器本身高亮，集中对报警区域进行二次灭火处理。
一种灭火弹的使用方法，所述灭火弹包括顺次连接的整流罩舱段、第二舱段、第三舱段、第四舱段以及尾舱舱段，其中，第二舱段、第三舱段以及第四舱段用于装填一次抛撒子弹，且一次抛撒子弹中装填有二次抛撒子弹，二次抛撒子弹中装填有灭火剂；所述使用方法包括以下步骤：
首先，灭火弹母弹挂载在飞机上，在到达火灾区域中心的设定高度后，灭火弹母弹垂直释放；
其次，在灭火弹母弹释放达到设定高度时，灭火弹母弹上的单片机发出指令，灭火弹母弹上的各处导爆切割索工作，完成灭火弹母弹的开舱工作，同时各舱段的定高引信工作，引燃中心管炸药，一次抛撒子弹获得水平初速，脱离灭火弹母弹下落；在灭火弹母弹是我单片机发出指令的同时，一次抛撒子弹上的单片机开始计时，在设定时间后，发出指令控制一次抛撒子弹尾舱处的导爆切割索工作，切开尾舱外壳与隔爆板的连接，在其中的T形托架和结构托架之间的弹簧作用下将尾舱外壳弹出，位于尾舱外壳之内的稳定伞在气流的作用下展开，使得一次抛撒子弹稳定匀速下落；
再者，在一次抛撒子弹下落到设定高度时，一次抛撒子弹的单片机发出指令，一次抛撒子弹第二舱段连接处的导爆切割索工作，同时第二舱段的定高引信工作，完成一次抛撒子弹的开舱和二次抛撒子弹抛撒操作；在一次抛撒子弹单片机发出指令的同时，二次抛撒子弹的单片机开始计时，在设定时间后，发出指令控制二次抛撒子弹尾舱处的导爆切割索工作，完成稳定伞的抛出；
最后，在二次抛撒子弹落到地面产生撞击后，二次抛撒子弹上的冲击引信工作，完成灭火剂的抛撒。
有益效果：
1、本发明提供一种基于二次抛撒的大规模灭火弹，在火场上方投放，进行了二次抛撒操作，有效提高了抛撒半径，提高了灭火弹的灭火能力和子弹散布的均匀性，有效增加了灭火弹的灭火范围，提高了灭火效率；同时，本发明能够保证灭火弹的投放全在空中进行，救火人员无需靠近火场，极大保证救火人员的安全，还能够保证灭火弹在火场中心投放，提高灭火的精度。
2、本发明提供一种基于二次抛撒的大规模灭火弹，可以通过传感器对火场的灭火情况进行反馈，防止二次火灾的产生。
3、本发明提供一种灭火弹的使用方法，灭火弹可以挂载在飞机上，灭火作业距离很大，同时可以深入火场中心进行灭火作业，可以第一时间进行灭火；同时，灭火弹在火场上方投放，进行了二次抛撒操作，有效提高了抛撒半径，提高了灭火弹的灭火能力和子弹散布的均匀性，有效增加了灭火弹的灭火范围，提高了灭火效率。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于二次抛撒的大规模灭火弹装置示意图；
图2为本发明提供的灭火弹截面图；
图3为本发明提供的一次抛撒子弹示意图；
图4为本发明提供的二次抛撒子弹示意图；
图5为本发明提供的灭火弹子弹落点分布示意图；
1-灭火弹母弹的整流罩、2-灭火弹母弹上整流罩舱段与第二舱段之间的隔爆板、3-灭火弹母弹上第二舱段的舱段外壳、4-灭火弹母弹上第二舱段的结构托架、5-灭火弹母弹上第二舱段的子弹外托架、6-一次抛撒子弹、7-灭火弹母弹上第二舱段的传火管、8-灭火弹母弹上第二舱段与第三舱段之间的隔爆板、9-灭火弹母弹上第三舱段的传火管、10-灭火弹母弹上第二舱段的中心管、11-灭火弹母弹上第三舱段的定高引信、12-灭火弹母弹上第三舱段上的导爆切割索、8-灭火弹母弹上第四舱段与尾舱舱段之间的隔爆板、14-灭火弹母弹上主电源和单片机整合装置、15-灭火弹母弹上的尾舱外壳、16-灭火弹母弹上的尾翼、17-灭火弹母弹上的温度传感器、18-灭火弹母弹上第二舱段的子弹内托架、19-一次抛撒子弹的整流罩、20-一次抛撒子弹的前隔爆板、21-一次抛撒子弹的前导爆切割索、22-一次抛撒子弹的壳体、23-一次抛撒子弹的结构托架、24-二次抛撒子弹、25-一次抛撒子弹的子弹内托架、26-一次抛撒子弹的结构托架与壳体之间的空隙、27-一次抛撒子弹的后导爆切割索、28-一次抛撒子弹的传火管、29-一次抛撒子弹的中心管、30-一次抛撒子弹的定高引信、31-一次抛撒子弹的温度传感器、32-一次抛撒子弹的尾舱壳体、33-一次抛撒子弹的结构托架、34一次抛撒子弹的-T形托架、35-一次抛撒子弹的弹簧、36-一次抛撒子弹的稳定伞、37-一次抛撒子弹的主电源和单片机整合装置、38-一次抛撒子弹的另一处后导爆切割索、39-一次抛撒子弹的子弹外托架、40-一次抛撒子弹的后隔爆板、41-一次抛撒子弹的尾翼；43-灭火剂、44-二次抛撒子弹的主电源和单片机整合装置、45-二次抛撒子弹的导爆切割索、46-二次抛撒子弹的稳定伞、47-二次抛撒子弹的冲击引信。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种基于二次抛撒的大规模灭火弹，包括顺次连接的整流罩舱段、第二舱段、第三舱段、第四舱段以及尾舱舱段，其中，第二舱段、第三舱段以及第四舱段用于装填一次抛撒子弹，且一次抛撒子弹中装填有二次抛撒子弹，二次抛撒子弹中装填有灭火剂；当灭火弹下降至设定高度时，第二舱段、第三舱段以及第四舱段释放各自装填的一次抛撒子弹，且各舱段的一次抛撒子弹具有不同的抛撒初速；当各一次抛撒子弹下降至设定高度时，各一次抛撒子弹释放各自装填的二次抛撒子弹；当各二次抛撒子弹撞击地面时，各二次抛撒子弹引爆，完成灭火剂的抛撒。
如图1所示为本发明灭火弹母弹示意图，包括整流罩1、四块隔爆板、三个舱段外壳、结构托架4、子弹外托架5、一次抛撒子弹6、传火管7、中心管10、定高引信11、导爆切割索12、主电源和单片机整合装置14、子弹内托架18、尾舱外壳15、尾翼16、温度传感器17。
整流罩1用来保持母弹落地过程中的气动外形，使母弹拥有良好的弹道性能，其外形为圆锥形，其与中轴线的夹角为70°。整流罩1与隔爆板2装配形成整流罩舱段，且内部为空。
第二舱段的截面结构如图2所示，共装载了8枚子弹，第三、四舱段的截面结构与第二舱段的结构大致相同，区别在于第三、四舱段的传火管以及中心爆管的直径比第二舱段的直径大，第四舱段的直径最大，装药量最多，第二舱段的直径最小，装药量最少，目的在于令不同舱段的子弹获得不同的抛撒初速，同时第三、四舱段的装弹量比第二舱段大，分别为10枚和12枚。
由于三个舱段的布局相同，下面以第二舱段为例进行描述。如图1所述，隔爆板2与外壳3装配形成装配体，装配处安装有导爆切割索；外壳3也与隔爆板3装配形成装配体，装配处安装有导爆切割索，导爆切割索12用于完成母弹的开舱操作。第二舱段靠近内壁处设置有结构支架，用来支撑子弹托架。一次抛撒子弹6放置在子弹托架中，子弹托架分为外托架和内托架。其中，结构托架4外侧依靠外壳3，内侧托起子弹外托架5，则一次抛撒子弹6放置在子弹外托架5和子弹内托架18之间。子弹内托架18包覆着传火管7，传火管7表面开有多个散气孔，它的作用是使高压燃气均匀作用在子弹内托架上。中心管10位于传火管7中，中心管10内部装药火药以及引信。
尾舱外壳15的外形为圆锥形，它与连接第四舱段的隔爆板13装配形成装配体，尾翼16安装在外壳15上，90°均匀安装4个。温度传感器17安装在外壳15上，如图1所示。主电源和单片机整合装置14安装在隔爆板13上，用于弹上所有设备的供电以及弹上指令的执行。
如图3所示为本发明一次抛撒子弹示意图：共包含三个舱段。
第一舱段：第一个舱段为整流罩舱段，整流罩舱段内部为空。整流罩19与隔爆板20装配形成装配体。
第二舱段：第二舱段为装填一次抛撒子弹的舱段，一次抛撒子弹共装填8枚二次抛撒子弹。第二舱段前端与连接整流罩的隔爆板装配形成装配体，第二舱段的后端与隔爆板装配形成装配体，装配处装有导爆切割索。结构托架23依靠在壳体22的内部处，结构托架23的内侧托起子弹外托架39。子弹托架分为外托架39和内托架25，二次抛撒子弹24放置在上述托架中。传火管28包裹在子弹内托架25内，传火管28内部装有中心管29，中心管内部装有火药和定高引信30。
第三舱段：第三舱段为尾舱舱段。尾舱的外形为锥切形，尾舱壳体32与隔爆板40装配形成装配体，在装配处安装有导爆切割索38。温度传感器31安装在隔爆板40上，主电源和单片机整合装置37安装在隔爆板40上。T形托架34安装在隔爆板40上，T形托架34上安装有可以在T形托架34上自由滑动的结构托架33，所述两种托架之间安装有弹簧35，如图3所示。T型托架的底端安装有稳定伞36，稳定伞本体放置在尾舱之内。尾翼41安装在隔爆板40的侧部，如图3所示。
如图4所示为本发明灭火弹二次抛撒子弹示意图。二次抛撒子弹的结构与一次抛撒子弹的结构组成大致相同，其区别在于第二舱段内部装填为灭火剂43。具体的，二次抛撒子弹包括整流罩、前隔爆板、后隔爆板、壳体、传火管、中心管、尾舱壳体、尾翼、温度传感器、灭火剂43、主电源和单片机整合装置44、导爆切割索45、稳定伞46、冲击引信47。
前隔爆板与后隔爆板分别通过导爆切割索45装配于壳体的两端，形成装配体；整流罩与尾舱壳体分别安装于所述装配体的首部和尾部；传火管安装于所述装配体的内部，且传火管内部装有中心管，中心管内部装有火药和冲击引信47；传火管与壳体之间的空间填充灭火剂43；在二次抛撒子弹落到地面产生撞击后，冲击引信47工作，完成灭火剂43的弥散。
温度传感器、T形托架、主电源和单片机整合装置均安装于后隔爆板上；同时，T形托架上安装有可以在T形托架上自由滑动的结构托架，且T形托架与结构托架之间还安装有弹簧；T型托架的底端安装有稳定伞46，稳定伞46本体放置于尾舱壳体内；尾翼安装在后隔爆板的侧部。
根据本发明一种基于二次抛撒的大规模灭火弹，下面提供一种灭火弹的使用方法。它包括灭火弹的释放、子弹一次抛撒、子弹二次抛撒以及二次抛撒子弹爆炸。
首先，灭火弹母弹挂载在飞机上，在到达火灾区域中心100m高度后，灭火弹母弹垂直释放。
其次，灭火弹母弹上的引信11类型为定高引信，在灭火弹母弹的高度下降至90m时，单片机14发出指令，母弹上的各处导爆切割索12工作，完成母弹的开舱操作，同时各个舱段的引信11工作，引燃中心管7中的炸药，设计第二、三、四舱段第一次抛撒子弹6的初速分别为10m/s、30m/s、50m/s，子弹脱离母弹下落。在母弹单片机发出指令的同时，子弹上的单片机38开始计时，在间隔0.1s后，发出指令控制一次抛撒子弹尾舱处的导爆切割索38工作，切开尾舱外壳32与隔爆板40的连接，在T形托架34和结构托架33之间的弹簧35作用下将尾舱外壳32弹出，位于尾舱之内的稳定伞36在气流的作用下展开，一次抛撒子弹稳定匀速下落，设计一次抛撒子弹下落的速度为25m/s。
再次，一次抛撒子弹上的引信30类型为定高引信，在一次抛撒子弹下落到15m时，单片机37发出指令，一次抛撒子弹第二舱段连接处的导爆切割索21和27工作，同时第二舱段的引信30工作，完成一次抛撒子弹24的开舱和二次抛撒子弹抛撒操作，二次抛撒子弹抛撒初速设计为50m/s。在一次抛撒子弹单片机38发出指令的同时，二次抛撒子弹单片机44开始计时，在0.1s后，发出指令控制二次抛撒子弹尾舱处的导爆切割索45工作，完成稳定伞46的抛出，设计二次抛撒子弹的落速为25m/s。
所以根据下落速度、下落高度以及抛撒初速计算得到，母弹第一舱段、第二舱段以及第三舱段最终子弹抛撒的半径分别为180m、120m以及60m。
根据Monte-Carlo模拟打靶的方式产生子弹落点坐标，子母弹的第i枚子弹的落点坐标Xij，Yij为：
其中，R为子母弹抛撒半径，Xi，Yi为母弹落点坐标，r1、r2为0，1之间互相独立的均匀分布随机数。利用Matlab仿真计算得到子弹落点分布如图5所示，可以看出灭火弹在灭火半径在120m以内时能够起到较好的灭火效果。
最后，二次抛撒子弹上的引信47类型为冲击引信，在二次抛撒子弹落到地面产生撞击后，引信47工作，完成灭火剂43的弥散。同时灭火弹母弹以及一次抛撒子弹上均装有温度传感器17和温度传感器31，传感器上装有报警装置，在灭火剂43弥散20min后，反馈灭火弹母弹以及各一次抛撒子弹处的温度情况，如果仍存在温度过高的区域，则发出报警声音且传感器本身高亮，集中对报警区域进行二次灭火处理。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
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