高層建筑氣動消防炮結(jié)構(gòu)研究與動力學分析

現(xiàn)在我國城市的高層建筑火災仍然處于多發(fā)階段，如果高層建筑出現(xiàn)火災，采用現(xiàn)有的消防裝備很難對其實施有效的撲救。目前在對高層建筑火災進行撲救的時候主要采用了以下三種措施：首先是通過對登高消防車的利用向高層建筑火場噴灑滅火劑或者水霧，然而登高車一般具有最高50m的登高高度，面對更高的樓層就開始變得無能為力；其次其通過對直升機的利用在火災建筑上方進行噴灑，然而這種方法受到了很多條件的限制；最后是消防員在建筑內(nèi)部對火情進行控制，這種方式具有較高的危險性和較大的難度。

1 高層建筑氣動消防炮的主要工作方式分析

現(xiàn)在在高層建筑消防工作中存在的問題主要包括：由于樓層具有較高的高度，因此采用外部消防撲救設備很難有效地發(fā)揮滅火的作用；樓內(nèi)的消防設施具有十分有限的作用，如果出現(xiàn)火勢不斷蔓延的情況，單純地依賴樓內(nèi)的消防設施無法對火勢進行有效的控制；消防人員在登高層、進火場的時候具有較高的危險性和較大的難度。由于高層建筑消防工作面臨著上述的問題，本文與超細干粉滅火劑和手拋式滅火彈的研究成果相結(jié)合，并且利用氣動發(fā)射原理，采用氣動消防炮精確發(fā)射其中配有超細干粉滅火劑的滅火彈，從而能夠?qū)⑵浒l(fā)射到高層建筑起火點，最終能夠迅速的撲滅高層建筑火災[1]。

消防炮在發(fā)射的時候主要是利用高壓氣體，并且通過計算機智能火控系統(tǒng)以當時的工作環(huán)境為根據(jù)將射擊諸元迅速的計算出來，然后以此為根據(jù)對消防炮的位置和姿勢進行調(diào)整，最終達到有效滅火的目的。消防炮通常具備以下3個主要的功能：首先是自動上彈，也就是自動推進滅火彈到發(fā)射位置，同時將炮膛鎖閉；其次是膛內(nèi)全壓發(fā)射，也就是可以利用在具體的發(fā)射時在滅火彈彈尾部瞬間全壓加載的高壓氣室高壓氣體。

2 高層建筑氣動式消防炮的結(jié)構(gòu)設計分析

2.1 高層建筑氣動式消防炮的工作原理分析

高層建筑氣動式消防炮的主要工作介質(zhì)就是高壓氣體，其主要由底座、火控系統(tǒng)、發(fā)射裝置、供彈裝置以及氣源等共同組成[2]。其中的火控系統(tǒng)主要包括消防炮控制系統(tǒng)、操控顯示系統(tǒng)以及火控計算機等，其能夠以給定的目標為根據(jù)將結(jié)算射擊諸元的工作完成，并且將相應的控制參數(shù)提供出來，最終能夠?qū)ο琅谶M行有效的控制，使其能夠順利地將一系列的瞄準和射擊動作完成。消防炮的主要工作原理為：在滅火彈的發(fā)射過程中主要包括三個階段，也就是上彈、擊發(fā)與發(fā)射。滅火彈在上彈階段會被裝填到推彈位置，利用低壓氣體對氣室內(nèi)的活塞進行推動，并且進一步的對推彈裝置運動起到帶動作用，這時候就會將推進滅火彈，使其達到發(fā)射位置，同時向前移動推彈裝置后方的密封蓋，使其能夠閉鎖密封炮膛，這時完成發(fā)射準備工作。發(fā)射氣室在擊發(fā)階段會與擊發(fā)氣路聯(lián)通，由于伴隨管上的擊發(fā)銷會對滅火彈起到限位作用，所以在這種情況下會同步的推動滅火彈與伴隨管不斷的在炮膛內(nèi)向前運動，在伴隨管運動的情況下會打開封閉的發(fā)射高壓氣口。在運動到高壓氣口全開位置時的滅火彈與伴隨管的作用下，擊發(fā)銷會向伴隨管內(nèi)縮回，將對滅火彈的限位作用解除，這時候在全壓推動下的脫離伴隨管的滅火彈正式進入到發(fā)射階段。滅火彈在發(fā)射階段會與伴隨管相脫離，然后受到高壓氣體全載荷的作用，最終會繼續(xù)的在炮膛內(nèi)加速前進，最終飛離炮口。

高層建筑氣動式消防炮的控制氣路一共包括三個部分，也就是回程氣路、擊發(fā)氣路和推彈氣路。首先是推彈氣路：低壓氣體通入到氣室，從而對活塞起到推動作用，使其前進，向炮膛內(nèi)送入滅火彈，隨后將高壓氣體充入進去，使其成為發(fā)射動力源。其次是擊發(fā)氣路：起一共包括三個部分，也就是阻尼孔、氣管和擊發(fā)氣動閥。在正式發(fā)射滅火彈之前，有一部分高壓氣體被引出氣室，隨后輸送到炮膛，這樣就能夠?qū)⒃嫉乃俣荣x予滅火彈。最后是回程氣路：在將消防炮的發(fā)射工作完成之后，會有低壓工作氣體通入到氣室的后方，然后推動活塞時期回到初始位置，同時也使擊發(fā)銷、推彈機構(gòu)以及伴隨管等得以復位。通?？梢曰鹂赜嬎銠C解算的各種實際的射擊條件和射擊諸元等為根據(jù)合理地調(diào)整發(fā)射動力源的發(fā)射壓力[3]。

2.2 高層建筑氣動式消防炮的整體結(jié)構(gòu)分析

高層建筑氣動式消防炮主要是由轉(zhuǎn)盤、俯仰機構(gòu)、氣室、上彈裝置、擊發(fā)機構(gòu)以及推斷機構(gòu)等組成。其中滅火彈的裝填工作由上彈機構(gòu)完成，在消防炮正式工作的時候，由其中的上彈機構(gòu)向推彈機構(gòu)的彈室裝填滅火彈，其中的推斷機構(gòu)主要包括推進活塞推進桿以及密封蓋等，其最為主要的作用就是向炮膛內(nèi)推進滅火彈，而低壓氣體是該過程中的主要動力源，其能夠?qū)钊鸬酵苿幼饔?，并且?guī)油七M桿，從而能夠?qū)崿F(xiàn)滅火彈的上膛工作。在向炮膛推進滅火彈之后，密封蓋會將炮膛自動密封起來，使其正式進入到閉鎖狀態(tài)。一旦完成炮彈的發(fā)射工作，利用炮口對膛內(nèi)的氣壓進行泄壓處理，使其快速的恢復到常壓狀態(tài)[4]。這時候高壓氣室會向另一側(cè)實施工作氣壓的加載工作，由氣體對活塞進行推動，使其能夠?qū)崿F(xiàn)回程運用，并且恢復推彈機構(gòu)的原位。與此同時，伴隨管會在推彈活塞的作用下恢復到初始的位置，然后伸出擊發(fā)銷，從而能夠充分的做好下一次發(fā)射的準備工作。

3 高層建筑氣動式消防炮的內(nèi)彈道特性分析

以消防炮的發(fā)射原理為根據(jù)可以將其內(nèi)彈道劃分為兩個階段：在進氣口打開過程中滅火彈的運動是第一階段，而該階段一旦完成，就會全部打開進氣口，脫離伴隨管之后的滅火彈就會獲得一定的速度；脫離伴隨管后的滅火彈在炮膛內(nèi)的加速階段就是第二階段，滅火彈在該階段可以獲得一定的炮口初速度，能否確保滅火彈順利的進行后續(xù)的滅火工作的最為關鍵的要點就是滅火彈在達到目標時是否具備滿足要求的位姿和速度等。滅火彈的炮口初速與這些參數(shù)具有十分密切的關系，所以必須要深入地研究消防彈的內(nèi)彈道特性。

首先是炮擊發(fā)過程的動力學分析：從零開始的滅火彈和伴隨管變加速運動，整個擊發(fā)過程基本上不會受到進氣口開啟過渡階段，因此可以將其忽略不計。在這種情況下，以擊發(fā)銷力學為根據(jù)就能夠?qū)缁饛棑舭l(fā)過程動力學計算出來。在這個過程中影響擊發(fā)銷運動的主要因素就是滅火彈對擊發(fā)銷的作用力。滅火彈推動擊發(fā)銷運動就是實際上的擊發(fā)過程，利用擊發(fā)銷對伴隨管起到帶動作用[5]。

其次是炮膛加速過程動力學分析：前一階段結(jié)束時的膛壓就是膛壓加速初始氣壓，脫離伴隨管控制之后的滅火彈開始以初速實施膛內(nèi)加壓，氣室內(nèi)的氣體會向彈后的炮膛不斷的涌入，從而使炮膛內(nèi)的彈丸得以不斷的加速運送，最終使彈丸在炮口獲得初速。從這里我們可以看出，彈丸在膛內(nèi)由于彈后的壓縮空氣絕熱膨脹而不斷運動的過程實際上就是滅火彈膛壓加速過程，其與一級輕氣炮相類似。

4 結(jié)語

在城市化水平越來越高的今天，我國出現(xiàn)了越來越多的高層建筑，與此同時，現(xiàn)在我國高層建筑火災事故發(fā)生率也在處于不斷的攀升當中。一旦出現(xiàn)高層建筑火災，采用現(xiàn)有的消防裝備很難對其進行有效的撲救。本文以高層建筑火災撲救的難題為根據(jù)，分析研究了搞成建筑氣動發(fā)射式消防炮。作為一種具有較高的機動性能、較快的反應速度的滅火設備，高層建筑消防炮可以進行遠距離計算機火控精準發(fā)射。同時因為其選擇了氣動發(fā)射、車載的方式，因此其具有較強的適應性和較小的危險性，屬于適用于高層建筑消防的一種非常有效的裝備。

[1]程宏偉,劉德明,黃文忠.淺析消防炮滅火系統(tǒng)的應用[J].福建建設科技,2011(1).

[2]常金貴.消防炮自動火災探測及確認誤差研究[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2011(15).

[3]潘玲.某博物館預作用自動噴水滅火系統(tǒng)及固定消防炮滅火系統(tǒng)設計[J].黑龍江交通科技,2011(10).

[4]劉少剛,邱波,龐永剛.電磁彈射式森林消防炮的研究[J].北京林業(yè)大學學報,2010(1).

[5]劉少剛,周杰,劉剛,王士成.高層建筑消防炮彈道特性分析與射表編制[J].應用科技,2011(2).