直升機參與輸電線路滅火水槍系統應用研究

馮銳濤 袁嘉彬 田應萍

摘 要：針對輸電線路周邊小火應用場景，開展直升機滅火作業研究， 保障電力系統的安全運行，提高輸電線路防山火的效率，對于保護電網的安全運行和電力工人的安全具有極其迫切的現實意義，文章提出一種水槍滅火系統，通過噴口壓力、射程實驗，驗證了系統功能的可操作性以及穩定性。

關鍵詞：直升機;滅火水槍;輸電線路

1.直升機滅火現狀

長期以來由于我國受到社會、經濟等因素的影響，航空滅火裝備上的投入與世界其它發達國家相比遠遠不足，造成我國在航空滅火裝備的研發水平落后于歐美等發達國家。但是隨著近幾十年的經濟快速發展和我國在森林航空裝備上投入逐漸加大，根據自己國家的國情開發研制了一些適合自己的航空消防裝備。

我國的消防用固定翼飛機和直升機一般是利用技術成熟的軍用或者民用固定翼飛機和直升機改裝而成的。例如我國自行設計和研制的第一代大型水上森林滅火飛機，是由我國哈爾濱飛機公司和水上飛機設計所聯合研制的 SH-5 型飛機改裝設計而成。SH-5（PS-5）是我國自行研制和生產的第一代大型水上反潛轟炸機。滅火型的 SH-5 于 1989年改裝研制成功。

現階段我國應用于航空護林的固定翼飛機主要是運-五，主要以噴灑摻有化學滅火劑的水為主。運-五飛機的載重量為 1 噸，航速 160Km/h。哈爾濱飛機制造公司以“水轟五”水上飛機為基礎，研制出了森林滅火飛機。這種飛機載重 8.2 噸，性能較先進。

由于我國技術因素的限制，目前國內消防直升機大都是采購國外的成熟產品，例如購自俄羅斯的米-8、米-171、米-26，美國的 CH-47 支奴干中型運輸機、S-70 民用黑鷹直升機，法國的 SA341/342“小羚羊”民用型直升機等。在采購國外直升機的同時，國內直升機研制生產也沒有停止過，例如直-9、直-10、直-11 等系列國產直升機也相繼投入使用，并應用在森林消防領域中。

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

在輕型直升機上滅火裝置，國內研發投入較少，本文在借鑒國內外相關經驗的基礎上，建立直升機滅火水槍系統，開展相應的實驗。

2.滅火水槍的設計與組裝

2.1設備組成

本文設計的滅火水槍針對中航工業產的AC311機型，滅火水槍系統由一個箱體和滅火劑噴射系統組成，總質量為108千克，箱體由不銹鋼板焊接而成，內置防晃隔板，容積約560L，用于儲存滅火劑。其中滅火噴射系統由汽油機自吸泵、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力，汽油自吸泵安裝于箱體左側，在地面啟動，空中可控制汽油泵節氣門大小，控制汽油機輸出功率，噴射完畢后可以在空中關閉汽油機。

（2）電磁閥用于控制滅火劑的流向，實現滅火劑噴射、回流兩個狀態的轉換;當系統不噴射時，滅火劑回流至水箱，促進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，噴槍組件總長度約4m，安裝于水箱右側;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中不確定因素的影響，噴槍設計成螺紋連接的形式，可方便地更換不同長度、口徑的噴槍;噴槍可電動操縱，在俯仰方向90°范圍內轉動，調節噴射角度。

（4）操縱裝置設置在飛機座艙內，用鋼索控制汽油泵節氣門大小，汽油機啟動開關、電磁閥控制開關、噴槍噴射角度調節開關及電源總開關均設置在座艙內的控制盒上。

2.2 機上安裝

滅火水槍系統通過箱體上的四個掛點與直升機機體結構相連，航向前的兩處掛點借用直升機前弓形梁附件的外掛接口，航向后的兩處掛點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滿載時滅火水槍系統的重心靠近直升機重心。

3.地面試驗

3.1地面測試

按照工藝文件要求連接管路，啟動汽油機泵，測量噴口壓力、射程、流量，更換不同口徑的噴管，重復上節試驗。

兩種口徑的流量、射程都能滿足技術指標的要求，汽油機泵的選擇基本正確。考慮到較高的壓力對裝機后滅火效果有利，確定采用20mm口徑的噴口。

3.2滅火水槍系統組裝后地面試驗

按照設計圖紙裝配部件、連接控制電路，水箱加水，按照試驗大綱要求進行汽油機啟動、節氣門調節、噴射/回流轉換、噴射角度調節、關閉汽油機等功能試驗。水箱加滿水，按照試驗大綱要求完成流量、射程的測量。

實驗結論：在噴口口徑：20mm，射程為11-17M，流量為280L/M，汽油機啟動比較容易，汽油機開關關停準確，功能完好。節氣門調節鋼索調節、鎖緊可靠。電磁閥及控制電門動作靈敏、噴射、回流轉換準確，回流攪拌作用明顯。噴槍角度調節及控制電門極限角度無死點、角度調整、啟停靈敏。

3.3結果分析

試驗結果表明，組裝完成后的滅火水槍系統的測量數據、功能實現都能滿足設計指標的要求。

4.試驗結論

采用20mm噴口，射程11-17M，流量280L/M，達到設計技術指標。考慮直升機旋翼下洗氣流影響，噴槍長度4米，接近旋翼外緣，且噴槍采用可更換設計，方便更換不同長度、口徑的噴槍，增強了設備的適用性。

5.結束語

下一步，在輸電線路場景下進行滅火實驗。水箱裝好滅火液，針對不同的地理位置，和天氣條件，在火場在輸電線路側方，進行飛行驗收，飛機若在火場的正上方，可能會遇到煙霧和氣流，干涉飛行員駕駛。此時需要飛行在側方上風向滅火。若火場在輸電線路正下方，需要考慮滅火液與輸電線路接觸會導致短路，此時應在側方上風口用水槍滅火。

參考文獻：

[1] 直升機在消防應急救援中的應用研究[J]. 葛堯 中國設備工程 2019（05）.

[2] 直升機滅火效率的研究[J]. 張鑫，李斐，張靖等. 防護林科技 2019（02）.