一种用于火场工作的无人机航电系统的隔热装置的制作方法-j9九游会真人

1.本发明涉及隔热技术领域，特别涉及一种用于火场工作的无人机航电系统的隔热装置。


背景技术：

2.随着城市化的快速发展，城市中高层、超高层建筑以及工业厂房数量逐快速增加。高层楼房，工业厂房的消防问题也成为威胁建筑安全和人员生命财产安全的巨大隐患。
3.由于厂房或高层建筑环境复杂，且内部可能存放易燃易爆的危险品，因此消防人员进入火场前如不对厂房内部的火情和危险品放置情况进行勘察，会给消防人员的生命安全带来威胁。因此使用无人设备进入火场进行勘察是很有必要的。由于建筑物内部阻挡较多，且发生火灾后会产生大量杂物或燃烧物堆积在地面，无人机具有高机动性能，越障性能。因此使用可在火场工作的无人机是安全有效的设备。
4.航电系统是无人机进行工作的大脑，无人机的各项动作都需要通过航电系统下达指令实现。因此需要保护内部元器件，不能使外部环境温度直接传递到元器件上，使其高温损坏。工作时部分元器件会产生热量，同时还需要吸收内部产生热量。当无人机进入火场高温环境后，其外部温度远高于航电系统适宜工作温度，外界温度会通过热传导传递给航电系统，同时自身工作时产生的热量难以散发，导致进入高温环境的无人机航电系统无法在火场内正常工作。因此如要保证无人机的航电系统在其工作的适应温度范围内，需要设计隔热装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对无人机进入火场高温环境后，外界温度远高于航电系统适宜工作温度且外界温度会通过热传导传递给航电系统，同时自身工作时产生的热量难以散发，导致进入高温环境的无人机航电系统无法在火场内正常工作的问题，提出了一种无人机航电系统的隔热装置，有效降低的外部火场的热量进入内层舱体的热传导，热辐射及热对流。保证无人机在火场环境中航电系统工作环境在其可适应的温度范围之内。
6.所述用于火场工作的无人机航电系统的隔热装置，包括外层框架、中层隔热层以及内层舱体；
7.所述外层框架与中层隔热层相连，中层隔热层与内层舱体相连；
8.外层框架用于阻断外部火场环境的热对流和热辐射，为整体密封结构；
9.中层隔热层为隔热材料和冷源的组合，用于隔绝外部环境热量传导进入内层舱体；
10.内层舱体用于将所述中层隔热层释放的低温传导至舱体内的每个位置且内层舱体的材料为铝合金材料；
11.进一步地，所述内层舱体采用3d打印工程塑料框架结构，再使用铝板进行包覆；
12.所述铝板的厚度不大于0.5毫米；
13.进一步地，所述隔热材料和所述冷源间隔布置，所述隔热材料安装时填充在所述外层框架和所述内层舱体之间，所述冷源在无人机进入火场前填充；
14.进一步地，所述冷源和隔热材料的填充比例为大于等于3：7；
15.进一步地，还包括等高柱，均匀排布在所述外层框架和所述内层舱体之间，用于保证隔热材料和冷源均匀分布在所述外层框架和所述内层舱体之间；
16.进一步地，所述等高柱采用耐高温材料，形状为空心圆柱，螺钉通过空心圆柱连接所述外层框架和所述内层舱体，保证整体结构组装后结构稳定；
17.进一步地，还包括内部元器件和支撑杆，位于所述内层舱体内，所述内部元器件之间使用支撑杆进行连接，所述支撑杆与无人机其余部件进行连接，形成整体结构；
18.进一步地，还包括电池和航电下盖，所述电池安装在航电舱体下半部分，航电下盖设置在所述电池下方，通过开关卡扣使得所述航电下盖绕铰链旋转进行开关；
19.进一步地，所述航电下盖包括外层框架，中层隔热层与内层舱体，用于隔热；
20.进一步地，还包括图像探测器，安装在航电下盖内，用于进行火场环境勘察，引导无人机前进；
21.进一步地，还包括温度传感器及温度采集板，温度传感器嵌入温度采集板中一并安装在所述内层舱体内，用于实时检测内层舱体内温度，当温度达到预警值时，向地面站发出信号。
22.有益效果：
23.本发明提出的一种用于火场工作的无人机航电系统的隔热装置，与现有隔热系统相比，具有以下有益效果：
24.1.所述装置采用隔热加冷源间隔排布组合，与现有隔热系统相比不需要设计冷源舱体，而是直接将冷源填充到内外舱体夹层之间，与隔热材料间隔填充，可以使得热量快速交换，且铝合金材料的导热系数较之钛合金、不锈钢高很多，因此增强了导热性能；
25.2.能根据需求改变隔热材料与冷源比例控制内层舱体初始温度；现有隔热装置需要设计冷源舱体，然后将冷源舱体与发热元器件用冷管连接进行热量吸收；因此需要单独设计冷源舱体以及冷管，会使体积及质量变大；而本系统将冷源舱体去掉，直接将冷源填充到内外舱体夹层之间，与隔热材料间隔填充；节省了空间和质量；
26.3.所述装置的温度传感器对内层舱体温度实时监测，将温度数据返回地面站，及时控制无人机返航；
27.4.所述装置能使无人机返回后，继续在冷源区域填充冷源以实现无人机航电系统的快速降温；还能有效保证无人机在火场环境中航电系统工作环境在其可适应的温度范围之内，有效降低外部火场的热量进入内层舱体的热传导、热辐射及热对流；
28.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
29.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制；在附图中：
30.图1为根据本发明实施例的用于火场工作的无人机航电系统的隔热装置剖视图；
31.图2为根据本发明实施例的用于火场工作的无人机航电系统的隔热装置横向剖视图；
32.图3为根据本发明的用于火场工作的无人机航电系统的隔热装置整体外形示意图；
33.图示说明：
34.1-外层框架、2-隔热材料、3-内层舱体、4-冷源、5-内部元器件、6-支撑杆、7-电池、8-铰链、9-航电下盖、10-图像探测器、11-开关卡扣、12-等高柱、13-温度传感器。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
36.实施例1
37.本发明所述装置中的航电系统与现有航电系统相比，无明显差异，主要多了温度采集板；只是本装置的航电系统要被隔热，需要将航电整体包裹。无人机与地面站之间需要进行无线数据传输，因此采用整体金属包覆影响无线数据传输，金属材料具有电磁屏蔽效果，需要进行透波设计。
38.图1为具体实施时，根据本发明的用于火场工作的无人机航电系统的隔热装置的剖视图，如图1所示，本发明的用于火场工作的无人机航电系统的隔热装置，包括，外层框架1，内层舱体3，内部元器件5，支撑杆6，电池7，铰链8，航电下盖9，图像探测器10，开关卡扣11，等高柱12，温度传感器13。
39.所述外层框架1为整体密封结构，选用耐高温金属材料，在满足使用温度条件下，尽可能选用密度小的材料，用于阻断外部火场环境的热对流和热辐射。
40.优选地，外层框架1为钛合金或7系铝合金，直接暴露在火场中，其具有高温下保持良好机械性能特性。
41.优选地，外层框架1整体外形为圆柱形，上下两端考虑启动性能设计为锥形结构。
42.本实施例中，外层框架1起到整个航电系统外层密封作用，隔绝空气进入产生的热对流，以及火场环境中消防灭火时水雾进入。
43.优选地，隔热装置还包括中层隔热层，所述中层隔热层位于外层框架1和内层舱体3之间。
44.优选地，请参考图2，中层隔热层包括隔热材料2和冷源4。中层使用隔热加冷源组合方式，用于隔绝外部环境热量传导进入内层舱体，可以使内部元器件环境温度在其适应范围内。若只使用隔热，内部热量无法消散。若只使用冷源，内部元器件在初始时温度过低，导致功能异常。
45.所述装置的内层舱体和外层框架之间，若仅填充隔热材料，可实现阻挡外部热量进入，但内部元器件产生的热量无法消散；若只填充冷源，在冷源消耗完后，外部热量将很快传导进入；经过实际探索，冷源和隔热材料填充比例在4-6左右时，综合效果较好。
46.优选地，冷源4与隔热材料2间隔布置，隔热材料2与冷源4间隔分布有助于航电舱体初始温度调控，其中隔热材料2提前填充，冷源4在无人机进入火场前加入。
47.优选地，隔热材料2为隔热棉，可以实现阻断大部分外部热量传导，冷源4可以吸收
内部热量。隔热材料2安装时直接填充在外层框架1和内层舱体3之间，使用隔板使其固定，隔热棉可以重复使用，冷源4在无人机每次使用前采用干冰填充。
48.所述装置与现有隔热装置相比，不需要设计冷源舱体，将冷源舱体与发热元器件用冷管连接进行热量吸收；如果单独设计冷源舱体以及冷管，会使体积及质量变大。本装置将冷源舱体去掉，直接将冷源填充到内外舱体夹层之间，与隔热材料间隔填充。吸收热量主要靠内层舱体的铝合金材料进行热量快速交换(铝合金导热系数较之钛合金，不锈钢高很多)；相当于是节省了空间和质量。
49.所述隔热装置与现有隔热装置相比，体积更小、质量更轻、结构简单。由于删除了冷源舱体及冷管，充分利用了已有结构进行功能兼用；包括内、中及外三层，连接方式也较为接近，使用隔热柱进行内外连接；
50.所述隔热柱即等高柱；
51.所述系统的内层舱体采用3d打印工程塑料框架结构，然后使用薄铝板进行包覆，优点在于可以将冷源快速均匀分布到各个位置，同时重量更轻。
52.所述薄铝板具体实施时，厚度为0.2mm；
53.优选地，外层框架1和内层舱体3之间均匀排布等高柱12，用于保证隔热材料2，冷源4在外层框架1和内层舱体3之间均匀，避免出现内层舱体3的温度不均匀现象。
54.优选地，等高柱12采用耐高温材料，形状为空心圆柱。螺钉通过空心圆柱连接外层框架1和内层舱体3，保证整体结构组装后结构稳定。
55.所述隔热材料2具有极低的热传导系数，采用导热系数低和密度小的隔热材料来阻断外部环境的热传导，可以阻断热量从外部火场传导到内层舱体3。
56.所述内层舱体3为密封舱体结构，用于为内部元器件5提供安装支撑作用，同时提供整体防护，其密封舱体结构保证中层隔热材料2和冷源4不会进入影响元器件5工作。
57.优选地，内层舱体3采用密度小，导热快的材料。导热快可以将冷源4释放的低温快速传导至内层舱体3每个位置，避免出现局部高温导致该处元器件损坏。
58.优选地，冷源4主要吸收内部元器件5工作时散发的热量。
59.本实施例中，冷源4一部分抵抗外部环境传递进入的热量，另一部分吸收内部元器件产生的热量。
60.优选地，内部元器件5之间使用支撑杆6进行连接，支撑杆6与无人机其余部件进行连接，形成整体结构。
61.所述电池7安装在航电舱体下半部分，在电池7下方设计航电下盖9，通过开关卡扣11可以实现航电下盖9绕铰链8旋转实现开关。
62.本实施例中，由于每次工作需要填充冷源，以及方便更换电池，整体舱体设计为上下两部分，通过铰链8连接，可以旋转打开舱体，进行冷源填充和电池更换。
63.所述航电下盖9包括外层框架1，中层隔热材料2与内层舱体3，实现隔热作用。
64.所述图像探测器10，安装在航电下盖9内，用于进行火场环境勘察，以及引导无人机前进。
65.所述温度传感器13安装在内层舱体3内，用于实时检测内层舱体3内温度。当温度达到预警值时，向地面站发出信号，地面站收到警报，操控无人机返航。
66.本实施例中，航电系统的整体工作过程包括，首先将航电系统内部元器件安装在
其安装板上；将内层舱体3安装，使用螺钉紧固内层舱体3和元器件安装板；安装外层框架1，通过等高柱12，使用螺钉连接；填充隔热材料2，使用隔板将隔热材料2固定；将航电系统安装在无人机上，完成整机组装；将无人机运送至火场附近，打开航电下盖9，填充冷源4。关闭航电下盖9，使用开关卡扣11锁紧航电舱体；释放无人机进入火场勘察；航电系统随无人机进入火场开始工作，隔热材料2由于其低隔热系数，阻绝热量传递进入。内部元器件5开始工作，产生热量，冷源4吸收产生的热量。航电系统内温度传感器13实时检测内层舱体3温度，如果监测的温度超过预警值，将会向地面站发出警报。收到警报或完成工作后，无人机返航。打开开关卡扣11，继续填充冷源4，航电舱体内持续降温，直到温度下降到可以继续开始下次工作。
67.所述装置的工作过程如下：
68.s1、将无人机整体组装完成；
69.s2、将隔热材料2(纳米气凝胶粉)填充到其容器内，所述容器按照内外外层框架1和内层舱体3之间空间形状设计，可较好贴合外层框架1和内层舱体3；将填充好的隔热材料2安装到无人机内。冷源4暂不填充，待使用前填充。
70.s3、将无人机运送至指定区域，打开航电下盖9，安装电池7，连接电池连接线，接通电源，检查电路是否正常。
71.s4、电路反馈一切正常后，将冷源4使用专用漏斗填充至中层区域。
72.完成后关闭航电下盖9，使无人机处于初始姿态。
73.s5、遥控器启动无人机，操控无人机进入高温环境进行勘察。
74.s6、外部环境高温通过热传导进入无人机内部，中层的隔热材料2由于其较低的隔热系数，减缓外部环境热量进入内层舱体3的速度。
75.s7、无人机正常运行过程中，内部元器件5会产生热量，由于其密封结构，内部热量无法逸散；填充的冷源4通过内层舱体3的铝合金包覆将冷源4的低温快速传递至内层舱体3各个区域。将内部元器件5工作产生的热量吸收。
76.s8、吸收热量后，该区域温度上升。冷源4通过铝合金包覆快速将该处升高的温度降低，达到平衡。
77.s9、冷源4和隔热材料2持续工作，直至冷源4消耗完或内层舱体3温度过高。
78.s10、遥控器操控无人机返回，完成勘察。
79.s11、待无人机冷却后，跳至s2重复上述步骤进行工作。
80.本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。