直升機滅火效率的研究

張鑫，李斐，張靖，張德全，楊志軍，張鵬，房克清

(1.山東省龍口市林業技術推廣站，山東 煙臺 265701；2.山東省招遠市林業局，山東 煙臺 265701; 3.山東省林業監測規劃院，山東 濟南 250014)

當今社會經濟發展日新月異，人為活動與日俱增，生態建設的開展，植被蓋度及生物量的迅猛增加，張德全、楊志軍、王文英、王愛東等從2002年開始對山東省森林碳儲量、山東植被及其變化態勢進行了系統研究，科學地預見在將來山東森林碳儲量還會大大增加，植被蓋度還會有所增加，結構會變得更加復雜[1-6]，防火形勢會愈加嚴峻，客觀上對森林防火滅火撲火工作提出了新要求，帶來了更為嚴峻的挑戰。傳統的滅火作業方式及工具已遠遠不能滿足新時代的要求了，迫切需要以飛機取水滅火為主的滅火方式成為主流。但是飛機滅火對于山東省來說是一新生事物，為了起到事半功倍的作用，研究其滅火效率尤為重要。

1 資料來源

山東省航空護林站提供的2次吊桶滅火飛行數據和20次吊桶訓練數據。飛行時間2017年4—5月。地點為萊蕪雪野機場周邊地區。飛機型號為AS-350B3(70DY)。

2 研究方法

通過對試驗數據進行對比分析，找出油耗與機場距離、取水點距滅火地距離的關系。通過功效分析進而找出影響滅火功效的主要原因。用方差檢驗的辦法進行分析比較。用物理學上的做功原理進行功效分析，進而得出有效功占比及與相對耗油量的關系。

3 結果與分析

通過計算直觀分析，飛機航油每公升功效與取水點距離、每次撒水噸數有關系，而與機場距火場距離關聯不大，而取水點距離、撒水噸數居于中等水平，則其功效接近于中等水平。不能更加準確表達其相關關系，只有通過方差進行對比分析，方能知曉其是否差異顯著。總體差異情況見表1。其中AF、FF、WF、OF、PF、PPF分別代表機場距火場距離A、火場距取水點距離F、灑水噸數W、耗油量O、每公升功效P、每公升功效與均值比PP的F值(下同)。

3.1 總體試驗方差分析

表1 總體試驗方差分析表

從表1可知，除A與W之間表現差異不顯著外、F與O間表現差異較顯著(精度90%以上)，其余均表現為差異極顯著(精度99%以上)，其中P與F表現最為顯著，其次是P與O之間表現較為顯著，可見火場距取水點距離F乃是影響滅火功效的主要因素，耗油量的多少乃是第二位的影響因素，依次類推。

3.2 機場距離試驗

表2 2km機場距離試驗方差分析表

如果用AZF、AQF、ADF分別代表2 km機場距離與總體相比、與其余試驗相比、與等距離6 km機場距離試驗相比的F值，試驗結果如表2所示，其數值均低于90%可靠度的F檢驗臨界值，故由此可見，機場距離對各種試驗指標的影響程度無顯著性差異，對飛機撒水功效無顯著性影響。由表2可知，P與PP的F值是一樣的，AZF與AQF是相等的，由于AZF試驗樣本較多的緣故，其試驗結果更可靠、精度更高。因此我們在做類似比較試驗時，可以用其中一部樣本與總體進行比較，這樣可以起到節約科研經費，事半功倍的作用。中國科學院的許多試驗已經在此方面廣泛應用，在以后科學實踐中應推廣應用。由此可見，機場到火場距離對滅火功效無顯著性影響，它不是影響滅火功效的因素。

3.3 取水點距離試驗

如果用WZF、WQF、WDF分別代表1 km取水點距離與總體相比、與其余試驗相比、與相對等距離(1.5～3.0 km)取水點距離試驗相比的F值，試驗結果如表3所示，其中與機場距離理想比的F值均為8，可靠度大于99%。可見機場距離的影響是均一的，它的變化不會影響到其他項目的差異性變化。與灑水噸數W的方差比較值F值均低于90%的可靠度，無顯著性差別。WZF、WOF與O項的F值同為1.17，可靠度低于90%，無顯著性差異，但WDF對與耗油量有顯著影響，關鍵是樣本的選取問題，只有選取比較均一的樣本單元組成單元組，才能表現較好的試驗效果。由表3可知，P與PP的F值也是一樣的，均以99%以上的可靠性通過檢驗，就是說取水點距離對飛機滅火影響具有極顯著影響，差異顯著。同樣WZF與WQF是相等的，由于WZF試驗樣本較多的緣故，其試驗結果更可靠，精度更高，效果同3.2一樣，不再贅述。

表3 1 km取水點距離試驗方差分析表

3.4 功效分析

利用物理學原理，通過對功的計算，22次試驗飛機總做功為1.235 88×108kg·m，其中有效功為1.995 0×108kg·m,占16.1%，無效功為10.360 8×108kg·m,占83.9%，而有效功相對耗油量為101.25 L,占30.1%，無效功相對耗油量為235 L,占69.9%。可見做有效功的相對耗油量占比幾乎是無效功的2倍。這是由于飛機取水動作需要損耗油量造成的。

4 討論與結論

單從油耗分析，影響其功效的主要因素是火場距取水點距離，因此找到最近取水點，或用消防車相結合，采取人工運水的辦法，拉近取水點距離，可起到省油的目的。從表中可以看出，每公升航油撒水量與均值比，50 m遠，為1.7，為最大，而相距2 500 m,為最小，僅為0.4，二者相比前者是后者4.25倍，而距離后者是前者的5倍，幾乎成反比關系(倍數相等就成反比例關系)。

考慮各地用工條件的千差萬別，特地作了功效分析。取水點離火場越遠，其功效反而越高，因為這樣做的有效功較多，就是克服了周邊無滅火水源的困難。取水桷的取水量問題直接關系滅火效果，在條件允許的條件下，盡量采用大容量的取水器，并要滿載。火場距機場較近，功效較高，因此機場要盡量設在重點森林火險區。

研究表明，加油的多少對功效的影響可以忽略不計，機場離火場的距離不是影響油耗功效的主要因素；另外，用一部分樣本與總體進行比較達到差異性檢驗的目的，這在實踐上是可行的，能夠提高試驗精度。特別像飛機飛行這樣的消耗大量人力物力的試驗具有更加重要的意義，在以后的科學試驗活動中可以借鑒應用。