直升機(jī)參與輸電線路滅火水槍系統(tǒng)應(yīng)用研究

馮銳濤 袁嘉彬 田應(yīng)萍

摘 要：針對(duì)輸電線路周邊小火應(yīng)用場(chǎng)景，開展直升機(jī)滅火作業(yè)研究， 保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，提高輸電線路防山火的效率，對(duì)于保護(hù)電網(wǎng)的安全運(yùn)行和電力工人的安全具有極其迫切的現(xiàn)實(shí)意義，文章提出一種水槍滅火系統(tǒng)，通過噴口壓力、射程實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)功能的可操作性以及穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);滅火水槍;輸電線路

1.直升機(jī)滅火現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來由于我國(guó)受到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等因素的影響，航空滅火裝備上的投入與世界其它發(fā)達(dá)國(guó)家相比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，造成我國(guó)在航空滅火裝備的研發(fā)水平落后于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。但是隨著近幾十年的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和我國(guó)在森林航空裝備上投入逐漸加大，根據(jù)自己國(guó)家的國(guó)情開發(fā)研制了一些適合自己的航空消防裝備。

我國(guó)的消防用固定翼飛機(jī)和直升機(jī)一般是利用技術(shù)成熟的軍用或者民用固定翼飛機(jī)和直升機(jī)改裝而成的。例如我國(guó)自行設(shè)計(jì)和研制的第一代大型水上森林滅火飛機(jī)，是由我國(guó)哈爾濱飛機(jī)公司和水上飛機(jī)設(shè)計(jì)所聯(lián)合研制的 SH-5 型飛機(jī)改裝設(shè)計(jì)而成。SH-5（PS-5）是我國(guó)自行研制和生產(chǎn)的第一代大型水上反潛轟炸機(jī)。滅火型的 SH-5 于 1989年改裝研制成功。

現(xiàn)階段我國(guó)應(yīng)用于航空護(hù)林的固定翼飛機(jī)主要是運(yùn)-五，主要以噴灑摻有化學(xué)滅火劑的水為主。運(yùn)-五飛機(jī)的載重量為 1 噸，航速 160Km/h。哈爾濱飛機(jī)制造公司以“水轟五”水上飛機(jī)為基礎(chǔ)，研制出了森林滅火飛機(jī)。這種飛機(jī)載重 8.2 噸，性能較先進(jìn)。

由于我國(guó)技術(shù)因素的限制，目前國(guó)內(nèi)消防直升機(jī)大都是采購(gòu)國(guó)外的成熟產(chǎn)品，例如購(gòu)自俄羅斯的米-8、米-171、米-26，美國(guó)的 CH-47 支奴干中型運(yùn)輸機(jī)、S-70 民用黑鷹直升機(jī)，法國(guó)的 SA341/342“小羚羊”民用型直升機(jī)等。在采購(gòu)國(guó)外直升機(jī)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)直升機(jī)研制生產(chǎn)也沒有停止過，例如直-9、直-10、直-11 等系列國(guó)產(chǎn)直升機(jī)也相繼投入使用，并應(yīng)用在森林消防領(lǐng)域中。

首先，在專用的滅火直升機(jī)的研制和生產(chǎn)上，各國(guó)航空公司都投入了相當(dāng)大的資源。其中的典型代表是 AS350B1“松鼠”（水炸彈）型滅火型直升機(jī)、S-64“空中吊車”（Skycrane）直升機(jī)、AS332“超美洲豹”滅火型直升機(jī)和米-26（T）型重型消防直升機(jī)。

在輕型直升機(jī)上滅火裝置，國(guó)內(nèi)研發(fā)投入較少，本文在借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立直升機(jī)滅火水槍系統(tǒng)，開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

2.滅火水槍的設(shè)計(jì)與組裝

2.1設(shè)備組成

本文設(shè)計(jì)的滅火水槍針對(duì)中航工業(yè)產(chǎn)的AC311機(jī)型，滅火水槍系統(tǒng)由一個(gè)箱體和滅火劑噴射系統(tǒng)組成，總質(zhì)量為108千克，箱體由不銹鋼板焊接而成，內(nèi)置防晃隔板，容積約560L，用于儲(chǔ)存滅火劑。其中滅火噴射系統(tǒng)由汽油機(jī)自吸泵、電磁閥、噴槍組件、操控裝置組成。

（1）汽油自吸泵為滅火劑的噴射提供動(dòng)力，汽油自吸泵安裝于箱體左側(cè)，在地面啟動(dòng)，空中可控制汽油泵節(jié)氣門大小，控制汽油機(jī)輸出功率，噴射完畢后可以在空中關(guān)閉汽油機(jī)。

（2）電磁閥用于控制滅火劑的流向，實(shí)現(xiàn)滅火劑噴射、回流兩個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換;當(dāng)系統(tǒng)不噴射時(shí)，滅火劑回流至水箱，促進(jìn)滅火劑與水的均勻混合。

（3）噴槍組件由噴管、噴槍及軟管組成，噴槍組件總長(zhǎng)度約4m，安裝于水箱右側(cè);噴槍組件端頭離旋翼直徑外緣垂線約0.88m，考慮到以后飛行試驗(yàn)中不確定因素的影響，噴槍設(shè)計(jì)成螺紋連接的形式，可方便地更換不同長(zhǎng)度、口徑的噴槍;噴槍可電動(dòng)操縱，在俯仰方向90°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)噴射角度。

（4）操縱裝置設(shè)置在飛機(jī)座艙內(nèi)，用鋼索控制汽油泵節(jié)氣門大小，汽油機(jī)啟動(dòng)開關(guān)、電磁閥控制開關(guān)、噴槍噴射角度調(diào)節(jié)開關(guān)及電源總開關(guān)均設(shè)置在座艙內(nèi)的控制盒上。

2.2 機(jī)上安裝

滅火水槍系統(tǒng)通過箱體上的四個(gè)掛點(diǎn)與直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)相連，航向前的兩處掛點(diǎn)借用直升機(jī)前弓形梁附件的外掛接口，航向后的兩處掛點(diǎn)通過滑橇后弓形梁上的四件弧形支座提供，該安裝方式可以盡量使?jié)M載時(shí)滅火水槍系統(tǒng)的重心靠近直升機(jī)重心。

3.地面試驗(yàn)

3.1地面測(cè)試

按照工藝文件要求連接管路，啟動(dòng)汽油機(jī)泵，測(cè)量噴口壓力、射程、流量，更換不同口徑的噴管，重復(fù)上節(jié)試驗(yàn)。

兩種口徑的流量、射程都能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求，汽油機(jī)泵的選擇基本正確?？紤]到較高的壓力對(duì)裝機(jī)后滅火效果有利，確定采用20mm口徑的噴口。

3.2滅火水槍系統(tǒng)組裝后地面試驗(yàn)

按照設(shè)計(jì)圖紙裝配部件、連接控制電路，水箱加水，按照試驗(yàn)大綱要求進(jìn)行汽油機(jī)啟動(dòng)、節(jié)氣門調(diào)節(jié)、噴射/回流轉(zhuǎn)換、噴射角度調(diào)節(jié)、關(guān)閉汽油機(jī)等功能試驗(yàn)。水箱加滿水，按照試驗(yàn)大綱要求完成流量、射程的測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在噴口口徑：20mm，射程為11-17M，流量為280L/M，汽油機(jī)啟動(dòng)比較容易，汽油機(jī)開關(guān)關(guān)停準(zhǔn)確，功能完好。節(jié)氣門調(diào)節(jié)鋼索調(diào)節(jié)、鎖緊可靠。電磁閥及控制電門動(dòng)作靈敏、噴射、回流轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確，回流攪拌作用明顯。噴槍角度調(diào)節(jié)及控制電門極限角度無死點(diǎn)、角度調(diào)整、啟停靈敏。

3.3結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，組裝完成后的滅火水槍系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)、功能實(shí)現(xiàn)都能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。

4.試驗(yàn)結(jié)論

采用20mm噴口，射程11-17M，流量280L/M，達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)?？紤]直升機(jī)旋翼下洗氣流影響，噴槍長(zhǎng)度4米，接近旋翼外緣，且噴槍采用可更換設(shè)計(jì)，方便更換不同長(zhǎng)度、口徑的噴槍，增強(qiáng)了設(shè)備的適用性。

5.結(jié)束語(yǔ)

下一步，在輸電線路場(chǎng)景下進(jìn)行滅火實(shí)驗(yàn)。水箱裝好滅火液，針對(duì)不同的地理位置，和天氣條件，在火場(chǎng)在輸電線路側(cè)方，進(jìn)行飛行驗(yàn)收，飛機(jī)若在火場(chǎng)的正上方，可能會(huì)遇到煙霧和氣流，干涉飛行員駕駛。此時(shí)需要飛行在側(cè)方上風(fēng)向滅火。若火場(chǎng)在輸電線路正下方，需要考慮滅火液與輸電線路接觸會(huì)導(dǎo)致短路，此時(shí)應(yīng)在側(cè)方上風(fēng)口用水槍滅火。

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