一种用于高层楼宇灭火系统的灭火弹抛射方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102914217 A (43)申请公布日 2013.02.06 C N 1 0 2 9 1 4 2 1 7 A *CN102914217A* (21)申请号 201210394525.9 (22)申请日 2012.10.17 F41F 7/00(2006.01) F41G 9/00(2006.01) (71)申请人北京机械设备研究所 地址 100854 北京市海淀区北京142信箱 208分箱 (72)发明人王涛 王连军 李佳辉 李正新 (74)专利代理机构中国航天科工集团公司专利 中心 11024 代理人岳洁菱 (54) 发明名称 一种用于高层楼宇灭火系统的灭火弹抛

2、射方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种用于高层楼宇灭火系统的 灭火弹抛射方法，首先搭建灭火弹抛射系统，该系 统包括：转塔系统（2）、时序控制模块（6）、液晶显 示屏（8）、控制手柄（9）。指挥控制单元（4）依据 探测装置（1）测得目标火源的位置信息，驻留于 指挥控制计算机（5）的角度解算模块（7）通过解 弹体运动学方程和动力学方程的方法求解得到发 射所需俯仰角。计算结果作为灭火弹组装架（3） 的抛射角执行量，由指挥控制单元（4）发出灭火 弹的点火指令，实现灭火弹的抛射投放。本发明可 有效简化高层楼宇灭火系统灭火弹控制和操作过 程，提高灭火弹抛射投放精度，进而提高灭火系统 的整体灭火效能。

3、(51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 1/2页 2 1.一种用于高层楼宇灭火系统的灭火弹抛射方法，其特征在于本方法的具体步骤为： 第一步 搭建灭火弹抛射系统 灭火弹抛射系统，包括：探测装置（1）、指挥控制单元（4）、灭火弹组装架（3）、转塔系统 （2）、通讯总线A、通讯总线B、通讯总线C；其中，指挥控制单元（4），包括：指挥控制计算机 （5）、时序控制模块（6）、角度解算模块（7）、液晶显示屏（8）、控制手柄（9）；时序控制模块 （6）、角度解算模块（7）驻留于

4、指挥控制计算机（5）内，时序控制模块（6）用于控制指挥控制 单元（4）的工作流程，该工作流程包括探测装置初始化、发控执行电路自检、通讯总线的配 置、与转塔系统（2）通讯；角度解算模块（7）用于解算灭火弹抛射角度； 探测装置（1）置于灭火弹组装架（3）的下方，灭火弹组装架（3）安装在转塔系统（2）上； 探测装置（1）通讯接口端与指挥控制单元（4）通讯接口端通过通讯总线A连接；指挥控制 单元（4）通讯端与转塔系统（2）通讯接口端通过通讯总线B连接；指挥控制计算机（5）与控 制手柄（9）通过通讯总线C连接； 第二步 探测装置（1）对准目标火源 探测装置（1）在控制手柄（9）的控制下，对准目标火源，该

5、对准过程在液晶显示 屏（8）上显示，由指挥控制单元（4）通过通信总线A向探测装置（1）发出测距指令，探 测装置（1）通过通信总线A向指挥控制计算机（5）回传目标火源到灭火弹的斜线距离 ，同时，转塔系统（2）向指挥控制计算机（5）回传目标的俯仰角； 第三步 角度解算模块（7）计算目标火源的位置信息 角度解算模块（7）根据目标的斜线距离、俯仰角求解得到目标火源相对于灭火弹的高 度信息和目标距离发射点的水平距离；求解公式如下： （a） （b） 式中：为灭火弹组装架的俯仰角，为斜线距离，为目标火源相对于灭火弹的高度 信息，为目标与发射点的水平距离； 第四步 角度解算模块（7）完成灭火弹抛射角的求解 角

6、度解算模块（7）求解得到灭火弹抛射角度；角度解算模块（7）依据的动力学和运 动学方程如下： 动力学方程 （1） （2） （3） （4） （5） 运动学方程 （6） 权 利 要 求 书CN 102914217 A 2/2页 3 （7） （8） （9） （10） （11） 式中：u，v，w弹体坐标系下三个轴向的速度分量； X，Y，Z发射坐标系下三个轴向的距离分量； 弹体绕质心转动三个轴向的角速度分量； ，弹体的俯仰角，偏航角和滚转角； q：动压； 参考面积； 气流入射角； ：压心到质心的距离； :全弹长度； ：偏航阻尼力矩系数； 俯仰阻尼力矩系数； 以目标俯仰角和出筒速度、角速度初值作为求解微分方

7、程的初始条件，结合灭火 弹的气动参数，使用常微分方程的四阶龙格-库塔数值解法，推算得到全弹道参数，即 ，；在计算全弹道参数的过程 中，计算在某一俯仰角下达到d的射高H； （12） （13） 利用公式（12）判断H与目标高度h0的大小关系，如满足（12）式则停止迭代，当前俯 仰角即为发射角；如不满足（12）式，则用公式（12）更新发射俯仰角，重新计算射高H，其中 k为当前迭代步数，直到射高H与目标高度h0之差小于0.01m为止； 第四步 灭火弹组装架（3）执行灭火弹抛射 通过控制手柄（9）将灭火弹组装架（3）调转至角度解算模块（7）求解得到的发射角，灭 火弹组装架（3）调转结束后，指挥控制单元（

8、4）通过通信总线C向发射控制系统发出点火指 令，发射控制系统输出点火电流，启动灭火弹发射； 至此完成了高层楼宇灭火系统的灭火弹抛射。 权 利 要 求 书CN 102914217 A 1/5页 4 一种用于高层楼宇灭火系统的灭火弹抛射方法 技术领域 0001 本发明涉及一种灭火弹抛射方法，特别是一种用于高层楼宇灭火系统的灭火弹抛 射方法。 背景技术 0002 高层楼宇灭火系统是针对我国城市环境下高层、超高层建筑物消防灭火的严峻形 势研制的一种可在城市环境普通路面快速机动部署，具备高效率、大面积扑灭或压制高层、 超高层建筑火灾的特种消防灭火系统，其采用向火源目标投放灭火弹的方式。灭火弹的投 放精度

9、决定着高层楼宇灭火系统整体灭火效率。现有的灭火弹抛射方法并未使用精确的弹 道解算方式，而是通过消防队员根据现场火情的目测判断和实战经验实现，向特定区域“盲 发”，存在灭火剂用量大、投放精度低、灭火效率低的缺陷。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种用于高层楼宇灭火系统的灭火弹抛射方法，解决灭火 剂投放精度低、灭火效率低的问题。 0004 一种用于高层楼宇灭火系统的灭火弹抛射方法，其具体步骤为： 第一步 搭建灭火弹抛射系统 灭火弹抛射系统，包括：探测装置、指挥控制单元、灭火弹组装架、转塔系统、通讯总线 A、通讯总线B、通讯总线C；其中，指挥控制单元，包括：指挥控制计算机、时序控制模块、角

10、 度解算模块、液晶显示屏、控制手柄。时序控制模块、角度解算模块驻留于指挥控制计算机 内，时序控制模块用于控制指挥控制单元的工作流程，该工作流程包括探测装置初始化、发 控执行电路自检、通讯总线的配置、与转塔系统通讯；角度解算模块用于解算灭火弹抛射角 度。 0005 探测装置置于灭火弹组装架的下方，灭火弹组装架固定在转塔系统上。探测装置 通讯接口端与指挥控制单元通讯接口端通过通讯总线A连接；指挥控制单元通讯端与转塔 系统通讯接口端通过通讯总线B连接；指挥控制计算机与控制手柄通过通讯总线C连接。 0006 第二步 探测装置对准目标火源 探测装置在控制手柄的控制下，对准目标火源，该对准过程在液晶显示

11、屏上显示，由指挥控制单元通过通信总线A向探测装置发出测距指令，探测 装置通过通信总线A向指挥控制计算机回传目标火源到灭火弹的斜线距离 ，同时，转塔系统向指挥控制计算机回传目标的俯仰角。 0007 第三步 角度解算模块计算目标火源的位置信息 角度解算模块根据目标的斜线距离、俯仰角求解得到目标火源相对于灭火弹的高度信 息和目标距离发射点的水平距离。求解公式如下： （a） 说 明 书CN 102914217 A 2/5页 5 （b） 式中：为灭火弹组装架的俯仰角，为斜线距离，为目标火源相对于灭火弹的高度 信息，为目标与发射点的水平距离。 0008 第四步 角度解算模块进行灭火弹抛射角的求解 角度解算

12、模块求解得到灭火弹抛射角度。角度解算模块依据的动力学和运动学方程 如下： 动力学方程 （1） （2） （3） （4） （5） 运动学方程 （6） （7） （8） （9） （10） （11） 式中：u，v，w弹体坐标系下三个轴向的速度分量； X，Y，Z发射坐标系下三个轴向的距离分量； 弹体绕质心转动三个轴向的角速度分量； ，弹体的俯仰角，偏航角和滚转角； q：动压； 参考面积； 气流入射角； ：压心到质心的距离； :全弹长度； ：偏航阻尼力矩系数； 俯仰阻尼力矩系数。 0009 以目标俯仰角和出筒速度、角速度初值作为求解微分方程的初始条件，结合灭 火弹的气动参数，使用常微分方程的四阶龙格-库塔数

13、值解法，推算得到全弹道参数，即 ，。在计算全弹道参数的过程 中，计算在某一俯仰角下达到d的射高H。 0010 （12） 说 明 书CN 102914217 A 3/5页 6 （13） 利用公式（12）判断H与目标高度h0的大小关系，如满足（12）式则停止迭代，当前俯 仰角即为发射角；如不满足（12）式，则用公式（13）更新发射俯仰角，重新计算射高H，其中 k为当前迭代步数，直到射高H与目标高度h0之差小于0.01m为止。 0011 第四步 灭火弹组装架执行灭火弹抛射 灭火弹组装架通过控制手柄将调转至角度解算模块求解得到的发射角，灭火弹组装架 调转结束后，指挥控制单元通过通信总线C向发射控制系统

14、发出点火指令，发射控制系统 输出点火电流，启动灭火弹发射。 0012 至此完成了高层楼宇灭火系统的灭火弹抛射。 0013 本方法可有效简化高层楼宇灭火系统灭火弹控制和操作过程，提高灭火弹抛射投 放精度，进而提高灭火系统的整体灭火效能。 附图说明 0014 图1 一种用于高层楼宇灭火系统的灭火弹抛射方法的灭火弹抛射系统示意图。 0015 1.探测装置 2.转塔系统 3.灭火弹组装架 4.指挥控制单元 5.指挥控 制计算机 6.时序控制模块 7.角度解算模块 8.液晶显示屏 9.控制手柄。 具体实施方式 0016 一种用于高层楼宇灭火系统的灭火弹抛射方法的具体步骤为： 第一步 搭建灭火弹抛射系统

15、灭火弹抛射系统，包括：探测装置1、指挥控制单元4、灭火弹组装架3、转塔系统2、通讯 总线A、通讯总线B、通讯总线C；其中，指挥控制单元4，包括：指挥控制计算机5、时序控制 模块6、角度解算模块7、液晶显示屏8、控制手柄9。时序控制模块6、角度解算模块7驻留 于指挥控制计算机5内，时序控制模块6用于控制指挥控制单元4的工作流程，该工作流程 包括探测装置初始化、发控执行电路自检、通讯总线的配置、与转塔系统2通讯；角度解算 模块7用于解算灭火弹抛射角度。 0017 探测装置1置于灭火弹组装架3的下方，灭火弹组装架3安装在转塔系统2上。探 测装置1通讯接口端与指挥控制单元4通讯接口端通过通讯总线A连接

16、；指挥控制单元4 通讯端与转塔系统2通讯接口端通过通讯总线B连接；指挥控制计算机5与控制手柄9通 过通讯总线C连接。 0018 第二步 探测装置1对准目标火源 探测装置1在控制手柄9的控制下，对准目标火源，该对准过程在液晶显示屏8上显 示，由指挥控制单元4通过通信总线A向探测装置1发出测距指令，探测装置1通过通信总 线A向指挥控制计算机5回传目标火源到灭火弹的斜线距离，同时，转塔系统2向指挥控 制计算机5回传目标的俯仰角。 0019 第三步 角度解算模块7计算目标火源的位置信息 角度解算模块7根据目标的斜线距离、俯仰角求解得到目标火源相对于灭火弹的高度 信息和目标距离发射点的水平距离。求解公式

17、如下： 说 明 书CN 102914217 A 4/5页 7 （a） （b） 式中：为灭火弹组装架的俯仰角，为斜线距离，为目标火源相对于灭火弹的高度 信息，为目标与发射点的水平距离。 0020 第四步 角度解算模块7完成灭火弹抛射角的求解 角度解算模块7求解得到灭火弹抛射角度。角度解算模块7依据的动力学和运动学 方程如下： 动力学方程 （1） （2） （3） （4） （5） 运动学方程 （6） （7） （8） （9） （10） （11） 式中：u，v，w弹体坐标系下三个轴向的速度分量； X，Y，Z发射坐标系下三个轴向的距离分量； 弹体绕质心转动三个轴向的角速度分量； ，弹体的俯仰角，偏航角和滚

18、转角； q：动压； 参考面积； 气流入射角； ：压心到质心的距离； :全弹长度； ：偏航阻尼力矩系数； 俯仰阻尼力矩系数。 0021 以目标俯仰角和出筒速度、角速度初值作为求解微分方程的初始条件，结合灭 火弹的气动参数，使用常微分方程的四阶龙格-库塔数值解法，推算得到全弹道参数，即 ，。在计算全弹道参数的过程 中，计算在某一俯仰角下达到d的射高H。 说 明 书CN 102914217 A 5/5页 8 0022 （12） （13） 利用公式（12）判断H与目标高度h0的大小关系，如满足（12）式则停止迭代，当前俯 仰角即为发射角；如不满足（12）式，则用公式（12）更新发射俯仰角，重新计算射高H，其中 k为当前迭代步数，直到射高H与目标高度h0之差小于0.01m为止。 0023 第四步 灭火弹组装架3执行灭火弹抛射 通过控制手柄9将灭火弹组装架3调转至角度解算模块7求解得到的发射角，灭火弹 组装架3调转结束后，指挥控制单元4通过通信总线C向发射控制系统发出点火指令，发射 控制系统输出点火电流，启动灭火弹发射。 0024 至此完成了高层楼宇灭火系统的灭火弹抛射。 说 明 书CN 102914217 A 1/1页 9 图1 说 明 书 附 图CN 102914217 A