Комплекс мониторинга чрезвычайных ситуаций

Полезная модель относится к измерительной технике, конкретно к комплексам мониторинга чрезвычайных ситуаций и может быть использована для обнаружения и контроля пожаров, наводнений, террористических актов и техногенных катастроф. Комплекс содержит мобильные средства 1 мониторинга для обнаружения и фиксации фактов чрезвычайных ситуаций и катастроф, соединенных через радиолинию 2 связи с наземной станцией 3 обработки результатов мониторинга. Мобильные средства 1 мониторинга выполнены в виде малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) 4. БПЛА 4 содержит свободнонесущее крыло 5, снабженное аэродинамическими органами управления 6 и 7, и электро-детонационный (пульсирующий) плазменный двигатель 8 импульсного действия, соединенный по управляющим входам с бортовой ЭВМ. Двигатель 8 выполнен в виде малогабаритного поршневого двигателя внутреннего сгорания для вращения воздушного винта или в виде реактивного пульсирующего двигателя, использующих в качестве топлива атмосферный воздух или пары воды. На борту БПЛА 4 установлены средства мониторинга, включающие бортовую аппаратуру 21 видеонаблюдения (фото и телекамеру), теплопеленгатор 22 и радиопеленгатор 23, а также навигационную аппаратуру 24, включающие навигатор и обзорную РЛС, соединенные через бортовую ЭВМ 25, антенну 26, цифровую линию 2 спутниковой радиосвязи с наземной станцией 3 обработки результатов мониторинга. Наземная станция 3 обработки результатов мониторинга выполнена в виде диспетчерского пункта контроля и управления маршрутами полета БПЛА 4 и снабжена средствами старта и мягкой посадки БПЛА 4. Комплекс обладает повышенной производительностью и практически неограничен размерами территории мониторингу и временем самого мониторинга. 1 з.п.ф., 4 ил.

Полезная модель относится к измерительной технике, конкретно к комплексам мониторинга чрезвычайных ситуаций и может быть использована для обнаружения и контроля пожаров, террористических актов и техногенных катастроф.

Известны комплексы мониторинга чрезвычайных ситуаций [1-2], содержащие диспетчерский пункт контроля безопасности объектов диагностики, соединенные через цифровую линию связи со стационарными датчиками пожаров, тензометрическими датчиками опасных механических сдвигов, радиационными датчиками, приборами биологической и химической разведки и аппаратурой видеонаблюдения, установленными на объектах мониторинга.

Общим недостатком данной аппаратуры являются ограниченные функциональные возможности, связанные с использованием стационарных датчиков пожаров, террористических актов и техногенных катастроф, установленных на объектах мониторинга или в непосредственной близости от них.

Известен комплекс мониторинга чрезвычайных ситуаций [3], содержащий мобильные средства мониторинга для обнаружения и фиксации фактов чрезвычайных ситуаций и катастроф, соединенные через радиолинию связи с наземной станцией обработки результатов мониторинга.

При этом мобильные средства мониторинга включают аппаратуру видеонаблюдения и средства цифровой радиосвязи, размещенные на автомобилях и на беспилотных летательных аппаратах. Радиолиния связи содержит, собственную сеть стационарных и передвижных (автомобильных и переносных) станций радиосвязи, а также ретрансляторы спутниковой связи, объединенные в единую интегральную телекоммуникационную сеть.

Недостатком известного комплекса мониторинга является недостаточная производительность, связанная с проблемами развертывания на территории мониторинга большого количества автомобильных средств видеонаблюдения и радиосвязи. Проблемы известного комплекса мониторинга усугубляются в труднодоступных районах местности и в условиях неразвитости инфраструктуры и недостаточного качества автомобильных дорог.

Задачей полезной модели является повышение производительности комплекса мониторинга чрезвычайных ситуаций.

Техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является воздушный мониторинг территории в расширенном диапазоне электромагнитных волн.

Достижение данного технического результата и, как следствие, решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что комплекс мониторинга чрезвычайных ситуаций, содержащий мобильные средства мониторинга для обнаружения и контроля пожаров, наводнений, террористических актов и техногенных катастроф, соединенные через радиолинию связи с наземной станцией обработки результатов мониторинга, при этом мобильные средства мониторинга включают бортовую аппаратуру видеонаблюдения, бортовую ЭВМ и бортовые средства цифровой радиосвязи, размещенные на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), согласно полезной модели каждый БПЛА снабжен электро-детонационным плазменным двигателем, соединенным с бортовой ЭВМ, мобильные средства мониторинга дополнительно включают теплопеленгатор, радиопеленгатор и навигатор, соединенные через бортовую ЭВМ с бортовыми средствами цифровой радиосвязи, а наземная станция обработки результатов мониторинга выполнена в виде диспетчерского пункта контроля и управления маршрутами БПЛА и снабжена средствами старта и мягкой их посадки.

При этом электро-детонационный плазменный двигатель выполнен в виде поршневого двигателя внутреннего сгорания для вращения воздушного винта БПЛА или в виде реактивного двигателя, использующих в качестве топлива ионизированные газы или пары воды.

Снабжение каждого БПЛА электро-детонационным плазменным двигателем, соединенным с бортовой ЭВМ позволяет использовать в нижних слоях атмосферы в качестве топлива атмосферный воздух или пары воды, исключить необходимость хранения на борту БПЛА больших топливных запасов, ограничивающих дальность его полета и время мониторинга до единиц месяцев непрерывного полета. Вследствие этого исключается необходимость применения для мониторинга наземных транспортных средств. Исключаются временные и технические проблемы их развертывания на труднопроходимой местности. Сокращается время обследования территорий. Повышается производительность комплекса мониторинга.

Дополнительное снабжение БПЛА теплопеленгатором, радиопеленгатором и навигатором, соединенными через бортовую ЭВМ с бортовыми средствами цифровой радиосвязи позволяет расширить диапазон электромагнитных волн, используемых для мониторинга и, как следствие, уменьшить зависимость результатов мониторинга от погодных условий. Это в свою очередь позволяет повысить качество и достоверность результатов мониторинга, уменьшить время качественного обследования территорий и, как следствие, дополнительно повысить производительность комплекса. В целом указанные технические преимущества предложенного комплекса мониторинга чрезвычайных ситуаций позволяют своевременно исследовать масштабы аварийных ситуаций и техногенных катастроф. Принимать своевременные меры для ликвидации их последствий.

На фиг.1 представлена функциональная схема комплекса мониторинга чрезвычайных ситуаций, на фиг.2 - функциональная схема его малоразмерного беспилотного летательного аппарата (БПЛА), на фиг.3 - конструкция его детонационного реактивного двигателя, на фиг.4 - результаты экспресс - оценки энергетики детонационного двигателя, использующего атмосферный воздух в качестве топлива, и затрат электрической энергии на возбуждение реакции его горения.

Комплекс мониторинга чрезвычайных ситуаций содержит мобильные средства 1 мониторинга для обнаружения и фиксации фактов чрезвычайных ситуаций и катастроф, соединенных через радиолинию 2 связи с наземной станцией 3 обработки результатов мониторинга. Мобильные средства 1 мониторинга выполнены в виде малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) 4. БПЛА 4 содержит свободнонесущее крыло 5, снабженное аэродинамическими органами управления 6 и 7, и электро-детонационный (пульсирующий) плазменный двигатель 8 импульсного действия, соединенный по управляющим входам с бортовой ЭВМ. Двигатель 8 выполнен в виде малогабаритного поршневого двигателя внутреннего сгорания для вращения воздушного винта или в виде реактивного пульсирующего двигателя, использующих в качестве топлива ионизированные газы или пары воды. Пульсирующий детонационный двигатель 8 содержит воздухозаборник 9, камеру 10 сгорания, сопло 11 и средства его энергообеспечения (фиг.3). Средства энергообеспечения включают последовательно соединенные МГД-генератор 12, накопитель 13 электрической энергии один электрический выход которого соединен с питающим входом электрического разрядника 14, а второй - через импульсный модулятор 15 накачки с СВЧ-генератором 16. МГД-генератор 12 выполнен индукционного или кондукционного типа и установлен на сопле 11 детонационного двигателя. Сопло 11 выполнено в виде сопла Ловаля. Накопитель 13 электрической энергии выполнен в виде емкостного или индуктивного накопителя. Для управления по силе тяги детонационного двигателя 8 его модулятор 15 накачки СВЧ-генератора 16 выполнен импульсным и управляемым по частоте следования импульсов. Для снижения энергетических затрат на возбуждение детонационной экзотермической реакции в камере 10 сгорания и защиты последней от перегрева он выполнен со следующими параметрами: длина волны электромагнитного излучения =0.5 или 1.2 см, длительность СВЧ-импульса 10^-7 с, энергия в импульсе Е^вх_и=1-10 Дж, диапазон регулировки частоты следования электромагнитных импульсов F=от 1 до 30 Гц. Камера 10 сгорания (фиг.3) двигателя 8 выполнена шаровидной формы с внутренним диаметром, кратным /2. Корпус камеры 10 выполнен из стали и покрыт с внешней стороны слоем свинца, а с внутренней - слоем термостойкого диэлектрика, например керамики или фарфора. Внутренний объем камеры 10 сгорания составляет единицы см³. Конкретное значение объема V камеры 10 определяется из условия V=Е_и^вых/E_уд^плазмы, где Е_и^вых, Е_уд^плазмы - предельно допустимое значение энергии (Дж) детонации плазмы в камере 10, исключающей разрыв последней, и удельная энергия (Дж/см³) атмосферного воздуха соответственно. Согласно данным экспериментальных исследований [10] численное значение величины Е_уд^плазмы для атмосферного воздуха в нижних слоях атмосферы в зависимости от плотности и влажности может составлять 10⁵-10⁷ Дж/см³. В полость камеры 10 выведены обратный клапан 17 воздухозаборника 9, рупор 18 СВЧ-генератора 16 и электроды 19 и 20 электрического разрядника 14. Разрядник 14 предназначен для создания стримера (ионизации окиси углерода, входящей в состав атмосферного воздуха с плотностью N_CO =10⁷-10⁸ см^-3) и выполнен по схеме электрошокера с выходным напряжением U_вых не менее U_вых=30 кВ/см.×L, где L - расстояние между электродами 19 и 20 в камере 10 сгорания. СВЧ-генератор 16 предназначен для развития процесса ионизации до возникновения явления автотермии [12], обеспечивающее самопроизвольное взрывное горение ионизированного газа по типу микровзрыва шаровой молнии. На борту БПЛА 4 установлены средства мониторинга, включающие бортовую аппаратуру 21 видеонаблюдения (фото и телекамеру), теплопеленгатор 22 и радиопеленгатор 23, а также навигационную аппаратуру 24, включающие навигатор и обзорную РЛС, соединенные через бортовую ЭВМ 25, антенну 26, цифровую линию 2 радиосвязи спутниковой навигационной системы GPS, Глонасс и/или IP MPLS регионального оператора связи с наземной станцией 3 обработки результатов мониторинга. Наземная станция 3 обработки результатов мониторинга выполнена в виде диспетчерского пункта контроля и управления маршрутами полета БПЛА 4 и включает соединенные через центральную ЭВМ 27, мнемоническое табло 28 коллективного пользования для отображения зоны ответственности комплекса мониторинга и маршрутов БПЛА 4, звуковую аппаратуру 29 тревоги об автоматическом обнаружении БПЛА 4 пожаров, техногенных катастроф и потенциально опасных объектов на маршрутах полета БПЛА 4, а также снабжена средствами старта и мягкой посадки БПЛА 4, выполненными в виде пусковой установки 30 и автоматов 31 пружинных растяжек, установленных на посадочной площадке 32, соответственно.

Комплекс мониторинга чрезвычайных ситуаций работает следующим образом.

БПЛА 4 закрепляют на пусковой установке 30 и подключают к разъему 33 БПЛА 4 кабель 34 для подачи на бортовую аппаратуру электропитания и для ввода программ мониторинга от внешних источников. После выхода бортовой аппаратуры БПЛА 4 на рабочий режим и после приема программ полета и программ мониторинга от внешнего компьютера бортовая ЭВМ 25 включается в режим предстартовой подготовки БПЛА 4. При этом подается внешнее напряжение (U_{внешнее}.) электропитания на накопитель 13 электрической энергии, на разрядник 14 и на модулятор 15 накачки. При этом вырабатывается набор соответствующих напряжений и поджигающих импульсов для запуска двигателя 8. Далее после запуска реактивного двигателя 8 увеличивают частоту следования поджигающих импульсов и после достижения устойчивой тяги двигателя и устойчивого электропитания бортовой аппаратуры от собственного МГД-генератора 12 стопорное устройство пусковой установки 30 отключается и МПЛА 4 стартует в атмосферу по заданному в ее бортовой ЭВМ 25 маршруту полета. После выхода МПЛА 4 на заданную траекторию полета включается навигационная аппаратура 24, радиопеленгатор 23, теплопеленгатор 22 и телекамера аппаратуры 21 видеонаблюдения. В процессе полета МПЛА данные мониторинга (радио, тепло и видеонаблюдения и координаты мест съемки) территорий пожаров, наводнений, террористических актов и техногенных катастроф обрабатываются бортовой ЭВМ 25 и через приемо-передающую антенну 26 спутниковой связи GPS, «ГЛОНАС» или сотовой связи GPRS, MPLS передаются на наземную станцию 3 обработки результатов мониторинга. ЭВМ и/или диспетчер станции 3 анализирует принятую с БПЛА 4 информацию и при необходимости пересылает на борт команды на детальную видеосъемку отдельных фрагментов территории мониторинга. БПЛА отрабатывает принятые команды управления и выдает на станцию 3 уточненные фотографические сведения об объекте мониторинга. Время непрерывного мониторинга территорий пожаров, террористических актов и техногенных катастроф с помощью БПЛА может составлять от единиц месяцев до единиц лет. Размеры контролируемой территории ограничиваются только установленными на БПЛА средствами связи. При использовании спутниковых средств связи размер контролируемой БПЛА 4 территории практически не ограничен. После завершения мониторинга БПЛА 4 со станции 3 подаются команды на посадку. При этом уменьшается частота подачи поджигающих импульсов на двигатель 8 БПЛА, уменьшается его тяга и БПЛА 4 мягко планирует на место 32 посадки и задерживается его пружинными растяжками 31. После проведения регламентного контроля БПЛА может использоваться повторно.

Полезная модель разработана на уровне технического предложения и экспресс-оценок энергетических характеристик двигателя 8 малогабаритного БПЛА 4. Результаты этих оценок представлены на фиг.4 и требуют экспериментального уточнения.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания полезной модели:

1. RU 2327105, МПК: G01B 7/16; G01M 7/00, 2006

2. RU 87792, G01B 7/16; G01M 7/00, 2009

3. RU 2387080, МПК: Н04В 7/24, 2010

4. RU 2288140, МПК: В64С 39/02, 2006

5. RU 2181333, МПК: B64D 27/20, 2002

6. RU 2130407, МПК: В64С 39/02, 1999

7. RU 2247932, МПК: F42B 15/00, 2004

8. US 6676071, МПК: F42B 15/01, 2002

9. RU 2373114, МПК: В64С 39/02, 2009

10. WWW.chukanovenergy.com Чуканов К.Б. Шаровая молния. Теория и результаты экспериментов. США, 2009

11. GB 1515148, МПК: F02P 23/00; F02P 23/04; F02B 3/06; F02P 23/00; F02B 3/00, 1978

12. Звонов А.А., Басаргин О.С. Явление самовозгорания атмосферного воздуха под действием СВЧ-излучения и электрического разряда в ограниченном объеме. Свидетельство о депонировании. Россия, Тверь, ВАО, 2009.

Комплекс мониторинга чрезвычайных ситуаций, содержащий мобильные средства мониторинга для обнаружения и фиксации пожаров, наводнений, террористических актов и техногенных катастроф, соединенные через радиолинию связи с наземной станцией обработки результатов мониторинга, при этом мобильные средства мониторинга включают бортовую аппаратуру видеонаблюдения, бортовую ЭВМ и бортовые средства цифровой радиосвязи, размещенные на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), отличающийся тем, что каждый БПЛА снабжен электро-детонационным плазменным двигателем, соединенным с бортовой ЭВМ, мобильные средства мониторинга дополнительно включают теплопеленгатор, радиопеленгатор и навигатор, соединенные через бортовую ЭВМ с бортовыми средствами цифровой радиосвязи, а наземная станция обработки результатов мониторинга выполнена в виде диспетчерского пункта контроля и управления маршрутами БПЛА и снабжена средствами старта и мягкой их посадки.