基于无人机的炭化防火剂喷洒装置

本发明属于森林消防，尤其涉及一种基于无人机的炭化防火剂喷洒装置。

背景技术：

1、炭化防火剂是一种促进森林草原可燃物受热后快速炭化形成致密炭层，阻止火蔓延的功能化助剂。由于其是一种不会对生态环境造成污染的绿色防火剂，近年来社会需求量不断增加。其阻燃原理是：炭化防火剂通过催化炭化作用，使可燃物表面形成炭化膜，炭化膜在不燃的热解气体作用下快速膨胀，形成致密的多孔炭层，能够阻止炭层下可燃性气体的逸出以及氧气供给，阻断燃烧反应的进程，同时也隔绝了热量，减缓木材的热分解，以达到阻止火蔓延的目的。

2、森林草原专用的炭化防火剂施用途径主要有地面喷洒和空中喷洒两种。地面喷洒是人工利用喷雾器进行喷洒。相较于地面喷洒，利用飞机(无人机)进行空中喷洒的效率更高，是目前主流的喷洒方式。

3、炭化防火剂与其他防火剂不同：一方面，炭化防火剂粘度高，药液配制粘度要求不小于100cp，使用已有的空中喷洒装置，经常出现输药管路堵塞、雾化效果不佳、雾滴易受外界气流影响等问题；另一方面，炭化防火剂的单位面积喷洒量较大，一般为0.3～0.5kg/m2，森林草原防火隔离带的施药面积大，对于喷洒装置的一次性药液装载量和加药速度提出了更高要求。

4、为了解决炭化防火剂粘度高的问题，需要使用压力更大的水泵、管径更大的输液管、雾化效果更好的喷头，并配合中小型无人机进行低空精准喷洒。但是，这样的要求也同时限制了喷洒装置的一次性药液装载量，使得单次起飞喷洒面积只能在200m2以下。通过设计新型喷洒装置，压缩喷洒作业间隙的加药时间，提升炭化防火剂的喷洒效率，成为了一个亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于无人机的炭化防火剂喷洒装置，以解决现有中小型无人机喷洒装置在喷洒炭化防火剂时，加药时间长、喷洒效率低的问题。经过针对性的设计，所述喷洒装置不仅通过换药的方式压缩了加药时间、提升了喷洒效率；还通过结构优化，提升了雾化效果，降低了外界气流的影响，避免药液晃动导致无人机飞行失去平衡。

2、本发明提供了一种基于无人机的炭化防火剂喷洒装置，包括无人机、药箱盒、喷药装置和药箱；

3、所述无人机包括无人机本体、旋翼、药箱盒固定装置和起落架,所述药箱盒通过所述药箱盒固定装置与所述无人机本体固定在一起；所述起落架用于支撑整个无人机碳化防火剂喷洒装置；

4、所述药箱盒为抽洞结构，与所述药箱配合使用，用于装填所述药箱；所述药箱可更换，用于填装炭化防火剂药液；

5、所述喷药装置包括水泵、喷杆、输液管和喷头；所述水泵固定连接在所述药箱盒的底部，包括泵体、水泵动力源、水泵进水口和水泵出水口，所述泵体用于给药液加压，所述水泵动力源用于提供水泵运转所需要的能源和动力，所述水泵进水口和水泵出水口分别与所述药箱和输液管相连；所述喷杆对称分布在所述药箱的两侧，用于固定所述输液管和喷头；所述输液管一端与所述水泵出水口相连，另一端与所述喷头相连，用于所述水泵加压输出的药液输送给所述喷头，通过所述喷头将药液雾化喷出。

6、进一步地，所述药箱包括第一药箱和第二药箱，所述第一药箱与所述第二药箱的结构完全相同，互为替换，用于实现药箱的快速换装。

7、进一步地，所述药箱盒设置有药箱锁止扣，所述药箱锁止扣包括扭弹簧、中间销和卡爪；所述中间销固定连接在所述药箱盒一侧，并与所述卡爪转动连接；所述扭弹簧与所述卡爪固定安装，并与所述中间销转动连接，用于控制所述卡爪复位；所述药箱盒内侧设置有滑轨凹槽；

8、所述药箱为箱体结构，与所述药箱盒的抽洞结构匹配，设置有滑轨、药箱锁止柄、加药口、泄压口和出药口；所述滑轨设置在所述药箱的外表面，并与所述药箱盒内部的滑轨凹槽滑动连接；所述药箱锁止柄位置与所述药箱锁止扣位置相对,用于与所述药箱锁止扣配合使用，通过锁止状态和开锁状态的切换，固定药箱、防止滑脱；所述加药口和泄压口用于向所述药箱内填装药剂、平衡气压，所述出药口设置在所述药箱的底部，与所述水泵进水口位置对应、尺寸匹配，用于向水泵输送药剂。

9、进一步地，所述喷头位于无人机旋翼的正下方。

10、进一步地，所述药箱还包括防漏隔膜，所述防漏隔膜固定设置在所述出药口内部，通过开启状态和封闭状态的切换，控制药液输送、防止药液泄露。

11、进一步地，所述药箱还包括突出结构，所述突出结构的内部为倾斜坡面结构，突出设置在所述药箱底部，用于减少药液在药箱中的残留；所述出药口设置在所述突出结构的斜面底部。

12、进一步地，所述药箱还包括防晃装置，所述防晃装置设置在所述药箱内部，用于限制所述药箱内液体晃动，避免影响所述无人机的飞行平衡；所述防晃装置包括浮板和导杆，所述导杆的两端垂直固定在所述药箱的底面和顶面，所述浮板面积略小于所述药箱的横截面积，表面密布有孔洞，通过靠近导杆的孔洞与导杆滑动连接。

13、进一步地，所述药箱上还设置有握把，用于快速更换药箱时方便抓握。

14、进一步地，所述加药口和泄压口均设置在所述药箱顶面，采用消防快速接口设计，用于与消防水带快速连接；所述加药口和泄压口的快速接口结构和尺寸完全相同。

15、借由上述方案，通过基于无人机的炭化防火剂喷洒装置，具有如下技术效果：

16、1)喷洒效率高。

17、本发明包含了多个规格相同的药箱，使用所述第一药箱为所述喷药装置供药时，所述第二药箱可以在地面加药备用，待供药的第一药箱药液耗尽时，所述无人机返回地面，快速更换第二药箱后，无人机即可再次起飞实施喷洒作业；此时，进入下一个喷洒周期，所述第二药箱为喷药装置供药，所述第一药箱可以在地面加药备用。相比现有技术，本发明利用换药的方式代替了原有的加药过程，节省了加药时间，使得喷洒周期压缩了30％，喷洒效率大大提高。必要时，也可配备更多药箱备用。

18、2)雾化效果好。

19、本发明针对炭化防火剂粘度大，传统喷洒装置雾化效果不佳的问题，选用了压力更大的容积泵和雾化效果更好的离心式喷头，确保雾滴直径dv0.9不超过500μm；同时，将所述喷头布置在无人机旋翼的正下方，借助旋翼产生的气流，可以促进所述喷头喷出药剂雾化并快速下沉，提升了雾化效果的同时，加速雾滴下沉，降低了外界气流的影响。

20、3)装置成本低。

21、本发明与现有技术相比，主要区别在于多配备了一个备用药箱，相较于整个无人机喷洒装置，增加备用药箱的成本极低，可以忽略不计；利用所述的浮板和导杆组成了低成本的防晃装置，避免因药液晃动导致无人机飞行失去平衡，不仅提升了无人机的安全性能，同时延长了飞行的续航时间。

22、4)可拓展性强。

23、一方面，本发明的喷药装置压力更大，能够向下兼容更多种类的防火剂喷洒作业；另一方面，本发明的药箱盒为抽洞结构，在不填装药箱时，还可以装在运送物资；此外，考虑喷洒炭化防火剂多采用多机协同作业的方式，本发明不仅可以药箱多机通用，还可以将多个备用药箱的加药口、泄压口相连接，通过一台加药设备同时为多个药箱加药。

24、5)本发明操作简单、使用方便，不仅能够提升喷洒效率和雾化效果，还保留了一定的可拓展性，能过够满足更多作业任务需要。

25、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。