ПРИВЯЗНАЯ БЕСПИЛОТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ С ВОЗДУХА
TETHERED UNMANNED AERIAL SPRAYING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Настоящее изобретение относится к беспилотным системам для распыления с воздуха. В частности, настоящее изобретение относится к области пожаротушения или сельского хозяйства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Известные из уровня техники беспилотные системы для распыления с воздуха обычно используются в области пожаротушения.
[003] В области пожаротушения задействуют наземные пожарные бригады для своевременного и эффективного тушения пожара. Однако в некоторых условиях, например при лесных пожарах, наземная бригада может испытывать трудности с доступом к конкретной местности и подвергаться опасности при работе в условиях повышенного риска. Для преодоления указанных недостатков были внедрены системы пожаротушения с воздуха.
[004] Например, привязные системы пожаротушения с воздуха известны из JP 2019083829 и WO 2014/080385. Известные системы включают в себя множество беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), несущих водяной шланг. Вода подается из водопровода к очагу пожара с использованием водяного насоса. Это позволяет быстро подавать воду в труднодоступные места, не подвергая пожарных опасности. Другая конфигурация системы пожаротушения включает в себя использование подъемного БПЛА, несущего шланг, и противопожарного БПЛА, обеспечивающего тушение пожара, что известно из US 2017/0043872.
[005] Однако применение обычно используемых БПЛА накладывает ограничения на систему пожаротушения. Для переноски шланга для тяжелой воды, пригодного для тушения пожаров, необходимо использовать достаточно громоздкие и тяжелые БПЛА, оснащенные энергоемкими двигателями. Это затрудняет транспортировку системы и ее развертывание на месте. Кроме того, существующие системы пожаротушения с воздуха не обеспечивают эффективной работы при крупномасштабных пожарах, имеющих сложную форму.
[006] Использование систем для распыления с воздуха не ограничено только системами пожаротушения. Например, US 20170043872 раскрывает использование БПЛА для разбрасывания сельскохозяйственных химикатов по полю. Такая реализация БПЛА имеет те же недостатки, что и перечисленные выше.
[007] Задача настоящего изобретения заключается в увеличении грузоподъемности системы для распыления с воздуха, что позволяет оснастить ее шлангом большого диаметра. Другая задача настоящего изобретения заключается в увеличении энергоэффективности привязной беспилотной системы для распыления с воздуха по сравнению с решениями, известными в данной области техники. Еще одна задача настоящего изобретения заключается в увеличении эффективной площади, покрываемой привязной беспилотной системой для распыления с воздуха, и сложности области, покрываемой привязной беспилотной системой для распыления с воздуха. Дополнительная задача предлагаемого изобретения заключается в сокращении времени и сложности развертывания привязной беспилотной системы для распыления с воздуха.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[008] Для решения требуемых задач и получения необходимых преимуществ изобретения обеспечена привязная беспилотная система для распыления с воздуха, содержащая множество БПЛА.
[009] Привязная беспилотная система для распыления с воздуха содержит привязную линию, включающую в себя гибкий шланг для доставки распыляемого вещества и линию питания, подающую электричество на указанное множество пар пропеллеров с механическими приводами, множество опорных балок, каждая из которых имеет пропеллер с механическим приводом, прикрепленный к ее концам, источник питания, насос, перекачивающий распыляемое вещество из источника распыляемого вещества, блок управления, выполненный с возможностью управления каждым пропеллером с механическим приводом; и жесткую раму, покрывающую по меньшей мере одну часть шланга.
[0010] Согласно настоящему изобретению каждая пара пропеллеров с механическими приводами поддерживается концами соответствующей опорной балки, при этом соседние опорные балки имеют неравную длину. Это позволяет обеспечить компактную конфигурацию пар пропеллеров с механическими приводами, устанавливая пропеллеры близко друг к другу.
[0011] Перемещение каждого пропеллера с механическим приводом из указанного множества пар пропеллеров с механическими приводами управляется блоком управления, который регулирует тягу каждого пропеллера с механическим приводом исходя из требуемой траектории перемещения, так что привязная беспилотная система для распыления с воздуха способна выполнить любой требуемый маневр.
[0012] Кроме того, каждая опорная балка системы может быть выполнена с возможностью поворота относительно жесткой рамы для улучшения маневренности и устойчивости системы в отношении перемещения вперед/назад в воздухе. В предпочтительном варианте каждый пропеллер с механическим приводом может быть выполнен с возможностью поворота относительно соответствующей опорной балки, так что максимизируются устойчивость и маневренность системы во время перемещения в любом направлении. В предпочтительном варианте опорные балки или по меньшей мере части опорных балок выполнены с возможностью поворота.
[0013] Система для распыления с воздуха может включать в себя любое подходящее навигационное оборудование, например, модуль GPS. В предпочтительном варианте каждый конец каждой жесткой рамы оснащен модулем GPS. Двигатели, модули GPS, блоки управления и вспомогательные блоки управления получают энергию от источника питания, предпочтительно обеспеченного на земле или на наземном транспортном средстве.
[0014] В предпочтительном варианте до 90% привязной линии имеет площадь, покрытую жесткими рамами. Таким образом, пары пропеллеров с механическими приводами могут быть распределены вдоль жесткой рамы на заданном расстоянии как можно ближе друг к другу, с тем чтобы выполнить на жесткой раме как можно больше пропеллеров с механическими приводами, не мешающими работе друг друга. Это позволяет обеспечить по меньшей мере один легко транспортируемый и легко развертываемый модуль для распыления с воздуха, имеющий улучшенную грузоподъемность, позволяя системе использовать шланг большого диаметра с повышением эффективности распыления.
[0015] Кроме того, это обеспечивает дополнительную защиту шланга от термических и механических повреждений. Кроме того, это увеличивает устойчивость системы, когда в шланге выполнено множество выпускных отверстий, путем выравнивания выпускных отверстий по длине шланга и обеспечения противодействия силе, создаваемой выпускными отверстиями для воды, которая может нарушить устойчивость системы при ее перемещении.
[0016] В качестве альтернативы, в указанной системе может использоваться шланг, имеющий стандартный диаметр, известный в данной области техники. В этом случае, поскольку двигатели указанного множества близко расположенных пар пропеллеров с механическими приводами, используемых в находящейся на рассмотрении системе для распыления с воздуха, могут потреблять меньше энергии для переноса привязной линии, чем решения, известные в данной области техники, это позволяет обеспечить энергоэффективность системы для распыления с воздуха.
[0017] Указанная система может включать в себя выпускное отверстие для распыляемого вещества на конце шланга, с тем чтобы обеспечить подачу распыляемого вещества в требуемое местоположение. В предпочтительном варианте указанная система включает в себя множество выпускных отверстий для распыляемого вещества в той части шланга, которая покрыта жесткой рамой, для обеспечения покрытия системой большой площади.
[0018] В предпочтительном варианте несколько участков шланга были покрыты жесткой рамой, образуя несколько модулей для распыления с воздуха, которые могут эффективно покрывать участки, имеющие сложные формы.
[0019] В предпочтительном варианте материал жесткой рамы является легким, прочным, термостойким материалом, например алюминием, титаном, углеродным волокном, или любым другим подходящим материалом.
[0020] Источником распыляемого вещества может быть любой доступный источник распыляемого вещества, например резервуар, установленный на земле или на наземном транспортном средстве, или любой внешний источник, такой как река, озеро, пожарный гидрант и т.д.
[0021] Размеры пропеллеров и мощность двигателей выполнены так, чтобы указанная система была способна оставаться в воздухе во время работы. В то же время пары пропеллеров с механическими приводами расположены близко друг к другу по меньшей мере частично на жестких рамах, уменьшая возможное падение привязной линии, что может вызвать запутывание привязной линии в деревьях, кустах или других препятствиях и затруднить работу системы для распыления с воздуха. Множество модулей GPS или любое другое навигационное оборудование, предусмотренное в системе, позволяет блоку управления понимать, где находится каждый модуль для распыления с воздуха, определять его положение относительно земли для управления перемещением системы в трех измерениях. Блок управления может быть выполнен на земле или наземном транспортном средстве и может связываться с каждым пропеллером с механическим приводом через проводное или беспроводное соединение. В предпочтительном варианте все электрическое оборудование системы получает энергию от единственного источника питания, обеспеченного на земле или наземном транспортном средстве. Опорные балки системы могут быть выполнены с возможностью складывания, с тем чтобы дополнительно облегчить транспортировку.
[0022] Прилагаемая привязная беспилотная система для распыления с воздуха имеет высокие мобильность и маневренность. Представленная система способна формировать сложные формы для доступа к труднодоступным очагам возгорания и быстро тушить пожары сложной формы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0023] На ФИГ. 1 изображена часть привязной беспилотной системы для распыления с воздуха в соответствии с предложенным изобретением.
[0024] На ФИГ. 2 изображена привязная беспилотная система для распыления с воздуха в соответствии с одним вариантом осуществления в сложенном виде.
[0025] На ФИГ. 3 изображена привязная беспилотная система для распыления с воздуха в соответствии с одним вариантом осуществления в сложенном виде.
[0026] На ФИГ. 4 изображено наземное транспортное средство, выполненное с возможностью использования беспилотной системы для распыления с воздуха.
[0027] На ФИГ. 5 изображен схематический вид привязной беспилотной системы распыления с воздуха, выполненной на наземном транспортном средстве, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, в которой распыляемое вещество подается из внешнего водоема.
[0028] На ФИГ. 6 изображен схематический вид привязной беспилотной системы распыления с воздуха, выполненной на наземном транспортном средстве, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, в которой распыляемое вещество подается из пожарного гидранта.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0029] Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут представлены и описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
[0030] Как показано на ФИГ. 1, привязная беспилотная система (1) для распыления с воздуха содержит: привязную линию, источник (5) питания, множество опорных балок (6) и множество пар пропеллеров (3, 4) с механическими приводами, при этом каждая пара пропеллеров (3, 4) с механическими приводами поддерживается концами соответствующей опорной балки (6), и блок управления, выполненный с возможностью управления каждым пропеллером (3, 4) с механическим приводом. Привязная линия указанной системы включает в себя гибкий шланг (10) для доставки распыляемого вещества и линию (9) питания, подающую электричество на пропеллеры (3, 4) с механическими приводами от источника (5) питания, при этом указанная система дополнительно включает в себя насос (11), выполненный с возможностью перекачивания распыляемого вещества из источника распыляемого вещества в гибкий шланг (10). Указанная система отличается тем, что по меньшей мере часть привязной линии покрыта жесткой рамой (8) и переносится ею, причем опорные балки (6) прикреплены к жесткой раме (8) так, что они расположены продольно друг другу, и при этом соседние опорные балки (6) для пар пропеллеров (3, 4) с механическими приводами имеют неравную длину. Таким образом, пары двигателей могут быть установлены ближе друг к другу по сравнению с обычными беспилотными системами для распыления с воздуха, что обеспечивает более компактную конфигурацию.
[0031] Привязная линия переносится пропеллерами (3, 4) с механическими приводами с использованием любых подходящих крепежных приспособлений, например крюков или креплений, выполненных на жесткой раме (8). В качестве альтернативы, привязная линия может проходить через жесткую раму (8) и фиксироваться на конце жесткой рамы (8). Исходя из требуемого расстояния между соседними пропеллерами (3, 4) с механическими приводами и размеров пропеллеров может отличаться разность по длине между опорными балками (6). Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения соотношение длин опорных балок (6) составляет 1:2. Количество пар пропеллеров (3, 4) с механическими приводами также может быть разным.
[0032] Согласно одному варианту осуществления опорные балки (6) прикреплены к жесткой раме (8) системы (1), и перемещение системы (1) управляется сигналами управления, принимаемыми блоком управления, который регулирует тягу каждого двигателя (3, 4) системы, с тем чтобы установить требуемое перемещение системы (1).
[0033] Согласно другому варианту осуществления опорные балки (6) системы выполнены с возможностью поворота относительно жесткой рамы (8). Это может быть достигнуто, например, путем установки опорных балок (6) на жесткую раму (8) с использованием кольцевых подшипников или любых других подшипников, которые обеспечивают возможность вращения балок (6). Опорные балки (6) закреплены на внутренних кольцах кольцевых подшипников, а внешние кольца закреплены в пазах, выполненных в жесткой раме (8), вместе с вращательным исполнительным механизмом, который обеспечивает вращение балок (6) по сигналу от блока управления. Эта конфигурация обеспечивает устойчивое перемещение системы (1) вперед/назад без ненужного наклона.
[0034] Согласно еще одному варианту осуществления каждый двигатель (3, 4) шарнирно соединен с соответствующей опорной балкой (6) с использованием, например, универсального шарнира, карданного шарнира или любых других средств, которые обеспечивают наклон двигателя относительно опорной балки (6). Согласно этому варианту осуществления каждый двигатель (3, 4) выполнен с возможностью наклона соответствующим исполнительным механизмом по сигналу от блока управления. Эта конфигурация дополнительно улучшает устойчивость перемещения привязной беспилотной системы (1) для распыления с воздуха.
[0035] Согласно другому варианту осуществления опорные балки (6) выполнены с возможностью складывания. Это обеспечивает возможность легкой и безопасной транспортировки указанной системы. Согласно одному варианту осуществления опорные балки (6) включают в себя две части, выполнены с возможностью сгиба относительно друг друга. В одном конкретном варианте осуществления опорная балка (6) включает в себя две части и соединяющее их угловое соединение. Поворот частей опорной балки осуществляется исполнительным механизмом, выполненным на жесткой раме (8) и управляемым блоком управления системы (1). В предпочтительном варианте части опорной балки могут быть повернуты относительно друг друга на угол до 90°.
[0036] Согласно другому варианту осуществления двигатели пропеллеров (3, 4) с механическими приводами указанной системы установлены на опорных балках (6) через подшипник, так что двигатели могут наклоняться относительно опорных балок (6). Наклон двигателей достигается с помощью исполнительных механизмов, выполненных на жесткой раме (8). Угол наклона двигателя управляется блоком управления, управляющим соответствующим исполнительным механизмом. В предпочтительном варианте двигатели выполнены с возможностью поворота относительно опорных балок (6).
[0037] Согласно другому варианту осуществления привязная беспилотная система (1) для распыления с воздуха содержит модуль (7) GPS. В предпочтительном варианте и согласно изображенному варианту осуществления каждый конец каждой жесткой рамы (8) оснащен модулем (7) GPS. Таким образом, блок управления принимает информацию о положении концов каждой жесткой рамы (8) и может безопасно управлять перемещением каждой жесткой рамы (8) в трех измерениях. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения модули (7) GPS прикрепляются с возможностью открепления к жесткой раме (8) с использованием зажимов, болтов, винтов или любых других подходящих элементов, которые обеспечивают надежную фиксацию модулей (7) GPS.
[0038] Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения жесткая рама (8) и/или поддерживающие балки (6) изготовлены из алюминия, титана, углеродного волокна или любой подходящей комбинации материалов.
[0039] В предпочтительном варианте источник (5) питания, подающий энергию на привязную беспилотную систему для распыления с воздуха, выполнен на земле или на наземном транспортном средстве (2).
[0040] Согласно одному варианту осуществления привязная беспилотная система (1) для распыления с воздуха содержит на конце шланга (10) выпускное отверстие для распыляемого вещества, выполненное в виде сопла. В предпочтительном варианте привязная беспилотная система (1) для распыления содержит множество выпускных отверстий для распыляемого вещества, выполненных по длине шланга (10) в виде спринклеров. Работа выпускных отверстий управляется блоком управления указанной системы (1). Согласно одному варианту осуществления блок управления представляет собой планшетный компьютер или любое другое оконечное устройство мобильного компьютера, которым пользователь управляет с земли.
[0041] Как видно из ФИГ. 2 и ФИГ. 3, система (1) может быть сложена для способствования транспортировке. В сложенном виде опорные балки (6) сложены. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения сложенный вид указанной системы включает складывание двухсекционных опорных балок (6) системы и/или складывание двигателей системы, как изображено на ФИГ. 2 или ФИГ. 3.
[0042] На ФИГ. 4 изображено транспортное средство (2), несущее генератор в качестве источника (5) энергии для указанной системы, и насос (11), используемый для перекачивания распыляемого вещества из любого подходящего внешнего источника согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения насос (11) может быть объединен с источником подавления огня, таким как резервуар, выполненный на наземном транспортном средстве.
[0043] Согласно одному варианту осуществления, проиллюстрированному на ФИГ. 5 или 6, привязная беспилотная система (1) для распыления с воздуха имеет две части привязной линии, покрытые жесткими рамами (8). Распыляемое вещество согласно изображенному варианту осуществления представляет собой воду, забираемую из внешнего водоема, например реки или озера, с использованием водяного насоса, выполненного на земле или на наземном транспортном средстве (2). Согласно одному варианту осуществления части привязной линии, покрытые жесткими рамами (8), имеют длину, составляющую 10 метров, с расстоянием между ними, составляющим 0,5 метра. Согласно другим вариантам осуществления любое количество частей может быть покрыто жесткими рамами (8). Распыляемое вещество согласно варианту осуществления, изображенному на ФИГ. 6, представляет собой воду, забираемую из пожарного гидранта.
[0044] Согласно другому варианту осуществления распыляемое вещество представляет собой химическое вещество для пожаротушения, хранящееся в резервуаре, выполненном на земле или на наземном транспортном средстве (2). Согласно еще одному варианту осуществления химическое вещество для пожаротушения представляет собой пену для тушения пожара.
[0045] Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения распыляемое вещество представляет собой сельскохозяйственный химикат.
[0046] Привязная беспилотная система (1) для распыления с воздуха, раскрытая в настоящем документе, может управляться пользователем дистанционно с земли или дистанционно с наземного транспортного средства (2). Кроме того, пользователь может построить маршрут для беспилотной системы (1) для распыления и загрузить его в блок управления так, чтобы система могла работать автоматически согласно введенной заданной информации.
[0047] Вышеупомянутое является только конкретным вариантом реализации раскрытия изобретения и не предназначено для ограничения объема охраны изобретения. Любые изменения или замены, очевидные для специалистов в данной области техники в пределах технического объема, раскрытого в раскрытии изобретения, должны подпадать под объем охраны изобретения. Следовательно, объем охраны изобретения определяется объемом, защищаемым формулой изобретения.
Ссылочные обозначения:
1 - привязная беспилотная система для распыления с воздуха
2 - наземное транспортное средство
3, 4 - пропеллеры с механическими приводами
5 - источник питания (генератор)
6 - опорные балки
7 - модуль GPS
8 - жесткая рама
9 - лини питания
10 - гибкий шланг
11 - насос