K-MAX直升機(jī)在橫斷山脈高原林區(qū)滅火適應(yīng)性探討

李燦輝，浦同省，柳國(guó)元，張文文，單保君

（1.應(yīng)急管理部南方航空護(hù)林總站麗江站，云南 麗江 674100；2.西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224；3.云南正茂林火防控管理有限責(zé)任公司，云南 昆明 650224）

1 橫斷山脈高原林區(qū)森林火災(zāi)特征

橫斷山脈河流切蝕深，流經(jīng)青藏高原邊緣河流切蝕形成較大峽谷。受青藏高原深刻影響，為云南熱帶季風(fēng)低緯高原特殊地區(qū)，垂直地帶性以山原熱帶為基礎(chǔ)，氣候干濕季節(jié)分明，氣候梯度變化顯著[1]。橫斷山脈地處滇、川、藏3省，地形地貌特殊，氣候復(fù)雜多樣，是中國(guó)原生生態(tài)系統(tǒng)保留最完好、垂直生態(tài)系統(tǒng)最完整以及全球溫帶生態(tài)系統(tǒng)最具有代表性地區(qū)，是我國(guó)乃至全世界生物多樣性最豐富和最獨(dú)特區(qū)域，是我國(guó)生態(tài)安全的重要屏障[2-3]。

對(duì)該地區(qū)森林防火工作造成影響的因素主要有以下幾個(gè)。

1）氣候干燥。該地區(qū)兼有太平洋和印度洋兩大水系，屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候，氣候垂直變化明顯，有“一山有四季，十里不同天”的說(shuō)法，有干熱河谷氣候，干濕季分明，冬春季干燥少雨，日照長(zhǎng)，蒸發(fā)大、空氣干燥，可燃物極易燃燒。該地區(qū)海拔較高，地勢(shì)起伏大，山河相間，高山、峽谷密布，雪山聳立，地形復(fù)雜，有些地形呈垂直分布，地面森林防火基礎(chǔ)設(shè)施匱乏，人員難以到達(dá)[4]。

2）可燃物載量大。多樣的氣候，明顯海拔高差，孕育了豐富多樣的森林植被，同時(shí)使得林內(nèi)可燃物載量大，腐質(zhì)層厚，林火燃燒行為往往樹(shù)冠火、地表火、地下火同時(shí)發(fā)生，處置困難[5]。

3）火源管理困難。該地區(qū)林農(nóng)、林牧交錯(cuò)，生產(chǎn)、生活方式落后，火源管理難度大，森林火災(zāi)時(shí)有發(fā)生。

由于該地區(qū)地形復(fù)雜，氣候干燥，林內(nèi)可燃物載量大，火源管理困難，森林火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，且森林火災(zāi)發(fā)生后燃燒劇烈，蔓延迅速，極易形成樹(shù)冠火，甚至發(fā)生爆燃，加之地形受限，撲救困難，危險(xiǎn)性高，易造成人員傷亡事故，是我國(guó)的多火災(zāi)區(qū)和老火災(zāi)區(qū)。直升機(jī)吊桶滅火在該區(qū)域內(nèi)有很大潛能，在日常防滅火中也發(fā)揮了巨大作用[6]。

2 KK--MMAAXX直升機(jī)性能

K-MAX直升機(jī)是由美國(guó)卡曼宇航公司生產(chǎn)的單座單發(fā)并列雙旋翼中型起重調(diào)運(yùn)直升機(jī)，是目前世界上唯一采用這種雙旋翼并列布局、專門(mén)為執(zhí)行外部吊掛任務(wù)而設(shè)計(jì)的直升機(jī)[7]。K-MAX直升機(jī)最具特色的是使用了交叉雙旋翼式結(jié)構(gòu)，兩根軸分別驅(qū)動(dòng)兩副旋翼，兩副旋翼交叉布置、交叉對(duì)稱，讓直升機(jī)的復(fù)雜性大大降低，不再使用尾槳，使得機(jī)身的體積大大縮小，比單旋翼更加安全[8-9]。

K-MAX直升機(jī)機(jī)身長(zhǎng)12.7 m，寬4.1 m，旋翼直徑14.73 m，空機(jī)重量2325 kg，最大起飛重量5443 kg，吊掛最大載量2721 kg，無(wú)外掛最大飛行速度185 km/h，外掛最大飛行速度148 km/h，最大爬升率12.7 m/s，最大加油量635 kg，最大航程495 km，最長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間2 h 50 min。K-MAX直升機(jī)因無(wú)尾槳，對(duì)起降場(chǎng)地要求低，20 m×20 m無(wú)障礙物場(chǎng)地即可。雙旋翼的設(shè)計(jì)使海拔對(duì)飛機(jī)減載的影響小，在氣溫15℃條件下，海拔1500 m，可載2574 kg；海拔3000 m，可載2347 kg；海拔4500 m，可載1960 kg，被譽(yù)為“空中大力士”。

直升機(jī)載重是森林防火中重要的技術(shù)指標(biāo)，在不同海拔作業(yè)時(shí)，直升機(jī)載重會(huì)有偏差，偏差量也稱之為吊掛減載率。高原吊掛減載率可以用以下公式表示。

由表1可知，4種機(jī)型直升機(jī)中，K-MAX直升機(jī)的高原減載率最小，其他3款直升機(jī)高原減載率均超50%，證明K-MAX直升機(jī)具有優(yōu)越的高原作業(yè)性能。

表1 M-171、K-32、K-MAX、M-26四種直升機(jī)高原吊掛減載對(duì)比

3 KK--MMAAXX直升機(jī)在高原林區(qū)吊桶滅火實(shí)踐

廣東聚翔通用航空公司于2018年引進(jìn)KMAX直升機(jī)，并從當(dāng)年起在滇西北、川西的橫斷山脈高原林區(qū)實(shí)施航空應(yīng)急救援森林消防作業(yè)。

3.1 K-MAX直升機(jī)在滅火實(shí)戰(zhàn)中展現(xiàn)優(yōu)越的高原性能

K-MAX直升機(jī)機(jī)動(dòng)靈活、載水量大、取水速度快、懸停能力強(qiáng)、灑水精準(zhǔn)，具有優(yōu)越的高原性能，在滇西北森林航空消防空中吊桶灑水滅火作業(yè)中得到完美展現(xiàn)[10]。在2018年3月12日，一架K-MAX直升機(jī)執(zhí)行完滅火任務(wù)，從大理返回麗江的飛行途中，發(fā)現(xiàn)麗江市玉龍縣太安鄉(xiāng)吉子水庫(kù)南面發(fā)生初發(fā)森林火情，著火林分為云南松中幼林，火勢(shì)強(qiáng)勁，已形成樹(shù)冠火。觀察員立即下令K-MAX直升機(jī)實(shí)施滅火作業(yè)，在僅剩25 min航油的情況下，K-MAX直升機(jī)隨即在火場(chǎng)附近的小魚(yú)塘快速取水，向威脅大的火頭火線灑水5桶，全面控制了火勢(shì)的蔓延。地面撲火隊(duì)趕到后，在短時(shí)間內(nèi)將林火全部清理完畢。

2018年3月25日下午，麗江市玉龍縣白沙鎮(zhèn)文海下村突發(fā)森林火情，火場(chǎng)位于玉龍雪山自然保護(hù)區(qū)南脊，平均海拔3100 m，著火林分以云南松為主，情況十分危急。一架小松鼠指揮機(jī)和兩架K-MAX滅火直升機(jī)快速出動(dòng)，兩架K-MAX滅火直升機(jī)編隊(duì)在海拔2900 m的文海水庫(kù)取水，采取輪流循環(huán)撲救戰(zhàn)術(shù)連續(xù)作業(yè)3 h 15 min，共灑水65桶（約130 t）。在地空密切配合下，將林火完全撲滅，避免了一場(chǎng)重大森林火災(zāi)的發(fā)生。

3.2 K-MAX直升機(jī)與K-32直升機(jī)對(duì)同一火場(chǎng)高原滅火實(shí)戰(zhàn)對(duì)比

2019年4月12日，麗江市寧蒗縣紅橋鄉(xiāng)發(fā)生森林火災(zāi)，火場(chǎng)海拔2800～3200 m，火場(chǎng)地勢(shì)復(fù)雜，山高谷深，地面撲救難度極大。應(yīng)急管理部南方航空護(hù)林總站麗江站立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)火場(chǎng)綜合情況研判，為了縮短直升機(jī)航程和返場(chǎng)時(shí)間，有效提升滅火效率，飛機(jī)由白沙直升機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)場(chǎng)至距離火場(chǎng)較近的民航瀘沽湖機(jī)場(chǎng)（海拔3292 m）加油作業(yè)。表2顯示，在4月13日撲火戰(zhàn)斗中，同時(shí)出動(dòng)一架K-MAX直升機(jī)與一架K-32直升機(jī)外掛吊桶從白沙直升機(jī)場(chǎng)起飛，直接到火場(chǎng)南邊10 km的水庫(kù)（海拔2503 m）取水滅火，戰(zhàn)斗至油量耗盡后，到附近瀘沽湖機(jī)場(chǎng)加油，K-MAX直升機(jī)采取關(guān)車(chē)加油，K-32直升機(jī)因在海拔3000 m以上發(fā)動(dòng)機(jī)不能直接啟動(dòng)，故采取不關(guān)車(chē)加油。分別加油2次，作業(yè)3架次，K-MAX直升機(jī)共作業(yè)6 h 46 min，灑水40桶（80 t）；K-32直升機(jī)共作業(yè)一架次，中途不關(guān)車(chē)加油2次，作業(yè)7 h 10 min，灑水20桶（40 t）。通過(guò)對(duì)比，在平均海拔約3000 m高原同一火場(chǎng)吊桶滅火作業(yè)，K-MAX直升機(jī)吊桶滅火作業(yè)適應(yīng)性、灑水量、滅火效率等方面明顯優(yōu)于K-32直升機(jī)。

表2 K-MAX與K-32飛機(jī)滅火作業(yè)數(shù)據(jù)

3.3 K-MAX直升機(jī)火場(chǎng)給養(yǎng)

2020年3月29日，云南省迪慶州香格里拉經(jīng)開(kāi)區(qū)松園上組后山突發(fā)森林火災(zāi)。接報(bào)后，應(yīng)急管理部南方航空護(hù)林總站高度重視，立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，指令南航總站麗江站派出1架H-125直升機(jī)、2架K-MAX直升機(jī)和調(diào)派保山站大理基地1架M-26直升機(jī)跨區(qū)支援，組成4機(jī)機(jī)群，編隊(duì)開(kāi)展航空滅火。從3月30日至4月3日，4架直升機(jī)，共計(jì)飛行90 h 47 min，吊桶灑水作業(yè)31架次57 h 41min，累計(jì)灑水271桶約743.5 t。

因火場(chǎng)山高坡陡、地形復(fù)雜，撲救十分困難，地面總共投入2000多兵力。在4月2日，火場(chǎng)南線地面400余名隊(duì)員已經(jīng)連續(xù)多日撲救，急需食物、水等物資補(bǔ)給。此次的運(yùn)送任務(wù)重、時(shí)間急，一方面地面運(yùn)送時(shí)間較長(zhǎng)，地面補(bǔ)給1次需爬山4個(gè)多小時(shí)；另一方面物資多，需要運(yùn)送食品、水等數(shù)件物品，后勤人員少，難于及時(shí)保障?；饒?chǎng)前線指揮部立即會(huì)同麗江站研究空投補(bǔ)給方案，使用K-MAX直升機(jī)采取外掛吊斗投送方式執(zhí)行物資運(yùn)送任務(wù)。12:22時(shí)，K-MAX直升機(jī)在前指（海拔1800 m）吊上1500 kg物資，12:32時(shí)成功投送到指定火場(chǎng)前線（海拔2900 m），在最短時(shí)間內(nèi)完成了補(bǔ)給任務(wù)。

經(jīng)測(cè)算，在同樣條件下，執(zhí)行同等數(shù)量的運(yùn)送任務(wù)，K-MAX直升機(jī)一架次投送量相當(dāng)于人力150人，時(shí)間效率是人力的24倍，充分發(fā)揮了直升機(jī)機(jī)動(dòng)、靈活、高效特點(diǎn)（表3）。

表3 3K-MAX直升機(jī)投送與人力運(yùn)送數(shù)據(jù)對(duì)比

3.4 K-MAX直升機(jī)外掛吊運(yùn)

1）外掛吊運(yùn)。在森林火災(zāi)撲救中，以專業(yè)隊(duì)伍撲救為主，戰(zhàn)術(shù)上以水滅火往往是最有效、最常用的手段，水就好比戰(zhàn)爭(zhēng)中的子彈[11]。在具體撲救中，專業(yè)隊(duì)員用單兵背負(fù)往復(fù)式水槍直接撲打火頭、火線，地方組織的民兵負(fù)責(zé)水的供給，專業(yè)隊(duì)員與民兵的配備一般按1∶3的比例。若水源遠(yuǎn)或是山路陡坡，比例要到1∶10以上才能滿足一線撲救需求?；鹁€撲滅后，為防止死灰復(fù)燃，火場(chǎng)清理也十分關(guān)鍵，術(shù)語(yǔ)講“三分打，七分清”，而清理火點(diǎn)、火線，通常也使用以水滅火。因此，水能否及時(shí)供給到位，往往決定了火災(zāi)能否最終撲滅，而山頂或山脊往往沒(méi)有水源，地面要組織成百上千人送水才能滿足需求。此時(shí)，可以采取K-MAX直升機(jī)外掛水囊投送方式，直接把水囊投送到火線、火點(diǎn)，隊(duì)員直接取水[12]。假設(shè)以此火場(chǎng)條件作比較：人工運(yùn)送點(diǎn)至火場(chǎng)3 km，按每人負(fù)重10 kg，負(fù)重爬山需 2 h；1個(gè)水囊2000 kg，水囊運(yùn)送點(diǎn)距離火場(chǎng)15 km，飛機(jī)作業(yè)2 h測(cè)算。

表4顯示，1架K-MAX直升機(jī)外掛水囊投送2 h完成量需要人工2400人，而且在時(shí)間效率也有很大差距，K-MAX直升機(jī)10 min可送達(dá)，人工需要120 min才能送達(dá)。

表4 K-MAX直升機(jī)吊水囊與人力運(yùn)送數(shù)據(jù)對(duì)比

2）吊裝設(shè)備。在森林火災(zāi)撲救中，采取開(kāi)辟隔離帶方式，進(jìn)行間接撲救也是比較常用且行之有效的手段之一。開(kāi)辟隔離帶一般依托自然地形在山頂、山脊，或是溝谷，采取砍伐、開(kāi)挖方式清出可燃物，用物理隔帶方式達(dá)到滅火目的[13]。在高原林區(qū)，許多地方人跡罕至，沒(méi)有路，地面難以達(dá)到。因此，可以采用K-MAX直升機(jī)外掛吊裝小型推土機(jī)（2 t左右），外掛吊斗投送撲火工具方式，把撲火機(jī)具第一時(shí)間投送到指定地點(diǎn)，一方面節(jié)省隊(duì)員的時(shí)間和體力，另一方面可以把機(jī)械投入滅火作戰(zhàn)[14]。

3.5 K-MAX直升機(jī)不足之處

K-MAX直升機(jī)作為單座起重調(diào)運(yùn)直升機(jī)，在森林航空消防中也有不足：僅能容納一名飛行員，森林航空消防空中觀察員無(wú)法上機(jī)作業(yè)，不能執(zhí)行空中偵察或指揮任務(wù)；單座單人駕駛，飛行員自己一人要完成觀察、通信、操作等所有工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，要求高；轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)不方便，轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，機(jī)務(wù)人員和航材必須通過(guò)地面轉(zhuǎn)運(yùn)；抗風(fēng)性能不強(qiáng)，飛行手冊(cè)要求陣風(fēng)低于17 m/s情況下可實(shí)時(shí)航空作業(yè)，掛載吊桶滅火也要低于這一標(biāo)準(zhǔn)；續(xù)航時(shí)間短，適合于移動(dòng)加油作業(yè)。

4 結(jié)論

K-MAX直升機(jī)在麗江開(kāi)展森林航空消防3年實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證，其吊掛時(shí)機(jī)動(dòng)靈活、懸停能力強(qiáng)、高原減載小等優(yōu)勢(shì)在高原林區(qū)森林航空消防吊桶滅火較為實(shí)用。除開(kāi)展吊桶直接滅火外，針對(duì)高原地區(qū)特殊地形地貌、復(fù)雜自然條件、森林火災(zāi)和其他自然災(zāi)害多發(fā)的情況，可以在物資（水囊）投送、吊裝設(shè)備等航空應(yīng)急救援領(lǐng)域積極探索，提高航空應(yīng)急救援綜合能力。此外，其優(yōu)越的高原作業(yè)性能，也可作為向藏區(qū)高海拔地區(qū)拓展航空應(yīng)急救援業(yè)務(wù)適用的機(jī)型選擇?？傊琄-MAX直升機(jī)適合高原森林草原滅火。