直升機在森林和高層建筑滅火救援應(yīng)用淺析

楊全輝 上海勝潔科技股份有限公司

近年來，我國森林火災(zāi)頻發(fā)，給社會經(jīng)濟造成了嚴(yán)重?fù)p失，直接威脅到林業(yè)可持續(xù)發(fā)展和國家生態(tài)安全。僅四川省涼山州已經(jīng)連續(xù)多年發(fā)生森林火災(zāi)，2019 年犧牲30 人、2020 年犧牲19 人，火場過火面積近千公頃；傳統(tǒng)消防救援裝備在超高層建筑顯現(xiàn)出“進(jìn)不去”“夠不著”“展不開”等不足。直升機依靠自身的機動靈活、垂直起降、空中懸停等關(guān)鍵性能，在森林滅火、城市建筑滅火等消防救災(zāi)行動中起著重要的作用。

一、直升機在森林滅火救援應(yīng)用

直升機森林滅火主要有三種方式：機降（直升機搭載滅火隊員快速投送到火場開展滅火作業(yè)）、機降、索滑降（索滑降隊員開辟直升機臨時著陸場、投送救援物資和人員）和采用吊桶等專業(yè)滅火器材。直升機廣泛用于森林滅火，國內(nèi)外都非常重視。美國西科斯基公司利用S-64 型直升機平臺載重能力強、續(xù)航時間長的特點，采用可卸吊艙設(shè)計技術(shù)，在該平臺上掛裝了1 個9500L 的水箱和1 個290L 的滅火劑儲箱，使其具備了優(yōu)良的滅火能力，在森林消防領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；國內(nèi)在直升機載滅火設(shè)備工程化研究有一定先進(jìn)性。應(yīng)用較廣的滅火劑噴灑設(shè)備主要有懸掛式吊桶、自動吸水式水箱等。懸掛式吊桶具有操作簡單、拆卸方便、快速裝載等特點。如直-8 型機消防吊桶可載水3 噸，可在水深2.5 米以上的水源點進(jìn)行取水，以160 千米/時的速度飛往火場上空進(jìn)行滅火作業(yè)，具備火線精準(zhǔn)灑水滅火能力。機腹式水箱系統(tǒng)可以根據(jù)火情調(diào)節(jié)放水速度，并可將其艙內(nèi)的水放2 次，放水時間持續(xù)1 分鐘，取水后能以200 千米/時以上飛行速度在火源上空灑水，機動靈活性好，灑水面積較大。（見圖1、圖2）

二、直升機在超高層建筑滅火救援應(yīng)用

由于超高層建筑固有的高度屬性，一旦發(fā)生火災(zāi)，人員逃生非常困難，給消防救援工作帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，依靠傳統(tǒng)的消防救援裝備顯現(xiàn)出諸多的不足。奧地利、美國和日本等國家在直升機超高層建筑滅火方面開展的比較早。日本在直升機在滅建筑物火災(zāi)試驗中發(fā)現(xiàn)，直升機灑下的水被房屋屋面阻擋，不能到達(dá)火源部位，認(rèn)為空中滅火不適用于建筑物火災(zāi)，其研究方向轉(zhuǎn)為以撲救森林火災(zāi)為主。阪神大地震后，建筑物火災(zāi)的空中滅火再度引起有關(guān)方面注意。東京都消防廳于1997 年重新開始了建筑物空中滅火的研究工作。從試驗情況來看，依靠直升機空中灑水達(dá)到完全滅火是困難的；每灑一次水都能控制火勢1～5 分鐘，連續(xù)灑水就有一定的阻止火勢擴大的效果，但是對于因飛濺火源引起的建筑物表面火災(zāi)是有效的。

近些年，Simplex 直升機消防水炮或IFEX3000 直升機載脈沖炮的出現(xiàn)是解決高層建筑直升機滅火的一種新途徑，通過上述設(shè)備，直升機在空中懸停后，從水平方向往建筑物內(nèi)火源上噴水或滅火劑。（見圖3、圖4）

其他國家對于直升機滅火技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)都非常重視。能用于滅火的直升機型號也比較多。如“農(nóng)場主”(FieldMaster)型飛機、AS350B1“松鼠”（水炸彈）型滅火型直升機、米-26 型重型消防直升機等，在消防領(lǐng)域都為各自國家的消防事業(yè)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

三、直升機布撒森林滅火彈系統(tǒng)設(shè)計

圖1 S-64 直升機森林滅火

圖2 直升機自動吸水箱

圖3 直升機空中灑水

圖4 直升機搭載脈沖炮進(jìn)行高層建筑滅火

二戰(zhàn)中，為了提高布雷效率，德國與意大利軍隊在北非已經(jīng)開始使用飛機撒布防步兵地雷。與固定翼飛機相比，直升機更加靈活，戰(zhàn)場反應(yīng)更為迅速，各國均有裝備。如美國“火山”拋撒布雷系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，既可安裝在直升機兩側(cè)，也可以傾斜安裝在地面車輛上。系統(tǒng)由4 個發(fā)射箱、布雷彈、撒布控制器組成，每個發(fā)射箱內(nèi)裝40 枚布雷彈，一次齊射布雷總數(shù)可達(dá)960 枚，最快只要17 秒就能布設(shè)一個長1150 米、寬125 米的混合雷場。

筆者借鑒直升機布雷技術(shù)，設(shè)計了直升機布撒森林滅火彈系統(tǒng)。該系統(tǒng)為內(nèi)載式。就是在直升機機艙內(nèi)設(shè)計專用的自動輸彈設(shè)備和布撒設(shè)備，將裝有降落傘的滅火彈以一定節(jié)奏拋出機艙。自動輸彈系統(tǒng)可以采用現(xiàn)役23mm 或30mm 航空炮彈成熟的輸彈技術(shù)，滅火彈也按照23mm 或30mm 航空炮彈的外形尺寸進(jìn)行設(shè)計，彈體內(nèi)裝有高效滅火劑，從森林火場上空布撒滅火彈（彈重約2kg）。由于直升機載重量大（以AC312 為例，2000kg），可以裝載近千發(fā)的滅火彈，通過配套的布撒控制系統(tǒng)控制滅火彈布撒位置，可以快速形成較大范圍的隔離帶，再通過直升機投送滅火隊員，實行分片切割、定點圍殲，為直升機森林滅火提供新的技術(shù)和手段，提高滅火效率和效果。（見圖5）

四、直升機超高層建筑滅火系統(tǒng)設(shè)計

直升機武器系統(tǒng)主要由直升機及航電系統(tǒng)、航空彈藥、發(fā)射裝置等組成。直升機及航電系統(tǒng)主要用于飛行員進(jìn)行目標(biāo)搜索、跟蹤和發(fā)射彈藥提供信息；發(fā)射裝置用于掛載航空彈藥。筆者借鑒直升機武器系統(tǒng)設(shè)計原理和工作流程，結(jié)合超高層建筑滅火救援特點，設(shè)計了直升機超高層建筑滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括直升機平臺、光瞄裝置、發(fā)射裝置、控制計算機、多功能彈等。（見圖6）

該系統(tǒng)以直升機作為滅火救援平臺，通過搭載發(fā)射裝置，以發(fā)射滅火彈、救援彈及偵察彈的方式對高層建筑火災(zāi)進(jìn)行救

援。可根據(jù)救援任務(wù)選擇搭載不同的筒彈（偵察彈、救援彈和滅火彈）。火災(zāi)發(fā)生后，直升機迅速起飛，飛向著火點，在距離著火點50m-100m 左右距離懸停，飛行員通過瞄測裝置瞄準(zhǔn)火源，并進(jìn)行激光測距，達(dá)到發(fā)射條件后直升機發(fā)射滅火彈、偵察彈或救援彈。建筑內(nèi)火災(zāi)現(xiàn)場的人員可以利用救援物資進(jìn)行快速逃生。

五、發(fā)展趨勢

總體來說，國內(nèi)外直升機在森林和高層建筑滅火救援方面應(yīng)用比較廣泛，隨著直升機平臺和滅火技術(shù)的快速發(fā)展，直升機滅火應(yīng)用范圍和效果將更加突出。綜合以上分析和滅火系統(tǒng)設(shè)計需求，今后的直升機滅火技術(shù)重點在三個方面。一是直升機平臺專業(yè)化。不同的使用場景對直升機平臺的要求不同，森林滅火對直升機的載重、續(xù)航需求更突出，城市建筑對直升機的快速機動、飛行安全等性能需求更迫切，因此，直升機平臺專業(yè)化發(fā)展至關(guān)重要；二是滅火裝備高效化。無論是森林滅火還是建筑滅火，最終滅火效果取決于滅火裝備的滅火效能。滅火效能的影響因素較多，滅火劑必須針對火災(zāi)原因、火場環(huán)境、火災(zāi)危害等進(jìn)行針對性設(shè)計。同時，受直升機載重限制，滅火裝備的輕型化、小型化是發(fā)展方向；三是系統(tǒng)多功能集成化。直升機平臺除了具備滅火功能外，還應(yīng)具備偵察指揮、運輸投送、應(yīng)急救援等功能。在進(jìn)行直升機滅火系統(tǒng)設(shè)計過程中，進(jìn)行相關(guān)各功能模塊設(shè)計，采用模塊化組合方式實現(xiàn)一機多能，最大限度發(fā)揮直升機平臺的效能。