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01-消防无人飞机应用的可行性分析-高

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01-消防无人飞机应用的可行性分析-高01-消防无人飞机应用的可行性分析-高 消防无人机应用的可行性分析 欧军歌 高杨冰 “技术决定战术”。随着公安消防部队职能的扩展~传统技术装备已不能满足遂行多样化任务的需求~新技术的应用势在必行。笔者基于无人机的性能、作用和优势~分析其在灭火救援领域的应用前景~并提出实践中有待解决的若干问题。 一、无人机简介 无人机 (Unmanned Aerial Vehicle,缩写为UAV)又称“空中机器人”~是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器~1917年由英国首先研制成功。近年来~无人机的使用范围已拓展至军事...
01-消防无人飞机应用的可行性分析-高
01-消防无人飞机应用的可行性分析-高 消防无人机应用的可行性分析 欧军歌 高杨冰 “技术决定战术”。随着公安消防部队职能的扩展~传统技术装备已不能满足遂行多样化任务的需求~新技术的应用势在必行。笔者基于无人机的性能、作用和优势~分析其在灭火救援领域的应用前景~并提出实践中有待解决的若干问。 一、无人机简介 无人机 (Unmanned Aerial Vehicle,缩写为UAV)又称“空中机器人”~是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器~1917年由英国首先研制成功。近年来~无人机的使用范围已拓展至军事、民用和科研三大领域:在军事上~可用于侦察监视、通信中继、电子对抗、火力制导、战果评估、骚扰诱惑、对地(海)攻击、目标模拟和早期预警等;在民用上~可用于大地测量、城市环境检侧、地球资源勘测和森林防火、农业勘测、交通、民用导航、环境保护、边境巡逻与控制、自然灾害 的监视与救援等:在科研上~可用于大气研究、气象观测、对核生化污染区的采样与监控、新技术新设备和新飞行器的试验验证等。 无人机大体上是由无人机载体、地面站设备(无线电控制、任务控制、发射回收等起降装置)以及有效负荷三部分组成的。根据无人机的结构、飞行时间或飞行距离等特点我们可以把它划分成不同种类。从总体结构来看~无人机有固定其、垂直旋典、倾斜旋其、旋翼/固定翼之分;根据活动半径和续航时间~无人机可大体分为近程、短程、中程和远程四类。 (一) 飞行器 飞行器是无人机系统中的空中部分~包括飞机机体、推进装置、飞行操纵装置、供电系统。飞行数据终端被安装在飞机上~他是通讯数据链的记载部分。有效载荷也是机载的~但它被认为是独立的子系统~能够在不同的飞行器之间通用~并且经过特别~能够完成各种不同人物。飞机可以是固定翼式、直升机式、多旋翼式。 1 固定翼式 直升机式 多旋翼式 机械结构简单~故障机械结构复杂~对配几乎无机械结构~操率低~维护成本低。 件精度要求高~须转纵由电子系统完成~ 业维护。 维护成本低。 航程远~可达上百公选用燃油动力时~留燃油动力不能满足里。留空时间长~可空时间长。 电子操控要求。留空达数小时。 时间短~不超过1小 时。 需要专门的起降设垂直起降。 垂直起降。 备或场地~部署受限 制。 ,一,各类型无人机性能对比 (二) 无人机控制 无人机上没有驾驶员~因此它主要依靠“遥控”或“自控”飞行。 遥控即对被控对象进行远距离控制~使用的方法很多~如有线遥控、无线电遥控、声音遥控、光学遥控等。其中~无线电遥控是最重要、应用最广泛的遥控方式。利:这种控制方式有利于简化无人机的设计~降低制造成本~并提高战术使用的灵活性。弊:用这种方式控制的无人机受无线电作用距离的限制。 2 自控飞行就是不依赖地面控制~一切动作都自动完成的飞行。为此~机上需要有一套装置以保证飞行航向和飞行姿态的正确。保证航向和姿态正确要有导航装置~导航的方法很多~最普通的是用罗盘指示航向~其他有无线电导航、多普勒导航、惯性导航系统或GPS导航系统等。利:增加了航程、可自主执行预定任务。弊:机上需要一套复杂的自主导航和姿态控制系统~不仅增加了重量~降低了有效载荷~也增加了成本。 实际上~遥控与自控这两种控制方式常结合使用。一架现代无人机可以在不同的飞行段~交替地采用遥控或自控飞行。这样可以充分利用遥控和自控两种控制方式各自的优势~克服彼此的缺陷。 (三) 地面支援设备 地面支援设备变得原来越重要~因为无人机系统是一种高精尖的电子系统~也是复杂的机械系统。地面支援设备除包括移动无人机所需的设备,如运输车、发射架,外~还包括测试及维护设备。 3 (四) 工作部件 携带工作部件是使用无人机系统的主要原因~而且工作部件通常是无人机最昂贵的子系统。使用工作部件一般采取模块化设计方式~具备独立的供电及控制系统。通过不同模块的快速切换~满足各类条件下消防无人机的使用需要~大大增强了无人机应用的通用性和灵活性。 云台是无人机和工作部件之间最常见的接口。 二、无人机的消防应用 人总渴望飞行。飞行让人站得更高~看得更远~移动更快。自1903年12月~美国的莱特兄弟发明飞机的一个多世纪以来~全世界对各类飞行器的研究就从未终止。各型飞机不断挑战着高、远、快的。同时~随着科技的进步~飞机也被制造的越来越轻、越来越小、越来越便宜。无人机在此基础上也发展壮大起来。 ,一,与有人机相比~无人机具备诸多优点 一是成本低~效费比好。由于机上没有驾驶员~省去了有人驾驶飞机上的许多昂贵系统以及整个驾驶舱。同时结构设计所需的安全系数比有人驾驶飞机小得多~为此可采用廉价、轻巧的结构材料和积木式组装。从寿命上考虑也不需要太昂贵的长寿命的发动机。美国F35战斗机每架超过1亿美元。最顶级的捕食者无人机单价仅为450万美元。国内成熟的商业化无人机~全套系统不超过300万元人民币。维护的成本也更低廉。 4 二是无人员伤亡风险。可深入交通不便或者条件恶劣的灾害现场上空实施侦察和处置。2008年汶川地震发生时~因为是山区~无论是空降还是直接降落直升机都不好定点~当晚派出的四架直升飞机前往~但是被大雨挡了回来。震后地形被破坏~机降的危险太大。尤其是余震不断~峡谷地形暴雨还伴随及其混乱的低空风切变。成都军区抗震救灾部队一架米-171运输机直升飞机在执行运送任务返回途中~在汶川县映秀镇附近因局部气候变化~突遇低云大雾和强气流~于14时56分失事。5名直升机组员牺牲。 三是机动性好。小型无人机体积小~重量轻~不要求有专门设备和机场起降~从而便于跟随部队行动作战。有资料记载~5月20日后~一个由中国科学院遥感应用研究所、北京安翔动力科技有限公司、创象高科公司、电子科技大学、中科院成都山地 西南交通大学组成的 10人“512无人机现场遥感所应急小所、 组”进入汶川~取得了大量影像资料。 该小组展示的无人机和取得的影像资料 ,二,无人机配置灵活~适用范围广 就无人机部署应用而言~现有的商业化无人机产品线已经全方位满足从固定翼到直升机到多旋翼、从小型到中型到大型、从近程到中程到远程等各类情况的需求。价格从几万元至几百万元不等~功能各异~配置灵活。 比救生抛投器更精准的投送设备:救生抛投器是以压缩空气为动力~向目标抛投救绳索及救生圈的一种救援装备。抛投距离为40-80米~救援绳拉断力:>4000N。抛投过程是粗略瞄准射击~精度有限。气瓶作为动力部分占用了大量的有效抛投负荷。与之相比~某电力公司应用无人机进行高空架线作业~解放军某部采 5 用无人机实施定点爆破作业~精度更高~投送范围更广。投送物的种类也更广泛。 比现场照明车更全方位的照明设备~比高架天线更便捷的通信中继设备: 照明车和高架天线一般采用气压顶杆作为支撑架。常见的使用长度轻便型为5-8m~车载型为10-20m。在部署过程中还受到地形的限制。小型无人机可以通过定高定点装置时~在不需要人操作的情况下~轻松抵达200M左右的高度~或者进入障碍物复杂~支撑架不便于升起的位置实施照明和通信中继。 火灾现场的监视者: 无线图像传输技术已经作为一种必备通信方式应用在事故救援、重大事件现场保障等活动中。单兵无线图像传输技术将应急现场图像进行采集后及时传输~以其机动灵活的特点发挥着越来越重要的作用~已经成为一种必不可少的通信保障手段。无人机的应用将极大的扩展单兵图传对火灾现场的掌控能力。通过无人机挂载的摄像头~火场指挥部可以直观的掌握火灾的宏观信息~和前沿战斗的微观信息互为补充。 大型灾害的侦查者: 远距离侦察无人机造价稍高。美国全球鹰战略无人机通过空中加油可实现环球飞行~造价上亿美元。国产翔龙战略无人机坚持以实际需求为主导~目的明确~就是将美军大力经营的关岛基地纳入监视范围(关岛距中国海岸直线距离3002公里)。航程达7000公里。同时~国产商用无人机航程约150公里~售价约300万人民。通过挂载的照相设备~可以第一时间深入大型灾害区域~在取得信息后返航~为救灾决策提供现场信息。 6 飞行员是一门培训成本极大、风险极高的职业~一名普通空军战机飞行员从入学到成功“单飞”~从时间成本来说就是五年以上~其间还不断面临着人员淘汰风险。长时间远程奔袭容易造成飞行员的疲劳从而降低有人机作战效能~需要付出相当的人员损失代价。二战中著名的不列颠空战~英国损失全体飞行员的四分之一~德国损失飞行员超过6000名。 7
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