直升機(jī)消防設(shè)備應(yīng)用研究

◎張震涵 宋志民 任廣斌

引言

火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍的威脅公共安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一。直升機(jī)因具有機(jī)動(dòng)靈活的飛行特性，可以空中懸停，任意方向飛行，起降限制條件較少，在消防滅火行動(dòng)中具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)以及不可替代的作用。

針對(duì)不同機(jī)型與不同的消防任務(wù)，一般需要配備相應(yīng)消防設(shè)備。目前比較常用的消防設(shè)備有滅火吊桶、消防水炮、消防水箱以及一些消防輔助設(shè)備。

一、滅火吊桶

直升機(jī)吊桶滅火是利用直升機(jī)外掛吊桶進(jìn)行灑水滅火的方法，是航空護(hù)林直接滅火行之有效的技術(shù)之一。它是20 世紀(jì)70 年代末期發(fā)展起來(lái)的一種新型的森林火災(zāi)撲救技術(shù)，具有出擊速度快、適用范圍廣等許多優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)已在我國(guó)部分重點(diǎn)林區(qū)投入使用，并取得了突出效果。

吊桶的滅火方式分為兩種：直接滅火與間接滅火。直接滅火就是直升機(jī)用吊桶將水直接噴灑在火頭火線(xiàn)上。根據(jù)火場(chǎng)的形狀、火頭大小、火線(xiàn)的長(zhǎng)短、火災(zāi)的種類(lèi)和位置、火勢(shì)強(qiáng)弱等諸多因素以及灑水作業(yè)的技術(shù)要求和滅火的需要，直升飛機(jī)吊桶滅火可以帶狀、條狀、點(diǎn)狀或塊狀灑水。吊桶間接滅火就是與地面撲火隊(duì)員相配合，先將水釋放在地面的水箱里，然后再由撲火隊(duì)員用各種方法將水輸送到火頭線(xiàn)上進(jìn)行滅火。間接滅火一般適用于撲救地下火、原始林區(qū)的森林大火以及樹(shù)冠郁閉時(shí)期的雷擊火，也可以用于提供撲火隊(duì)員的生活用水。

1.滅火吊桶的分類(lèi)。

由于不同型號(hào)直升機(jī)承載能力差異以及適用環(huán)境的不同，消防吊桶按噸位分為重型、中型、輕型三個(gè)類(lèi)別。目前國(guó)際上主流的消防吊桶廠家主要有兩家：BAMBI和FAST。Bambi 吊桶可選容量范圍為270L 到9840L，F(xiàn)AST 吊 桶 為606L 到4542L，兩家吊桶廠商針對(duì)不同噸位的直升機(jī)均有相應(yīng)型號(hào)的吊桶可供選擇。

2.滅火吊桶的組成和安裝。

圖1 是一個(gè)典型的吊桶結(jié)構(gòu)圖。吊桶一般由控制盒，桶體，拋灑機(jī)構(gòu)，控制電纜等部件組成，且安裝簡(jiǎn)便，對(duì)直升機(jī)改裝小，使用時(shí)只需將滅火吊桶掛在直升機(jī)機(jī)腹下部的外部吊掛上，并將吊桶控制盒上的插頭與機(jī)上預(yù)先安裝的控制線(xiàn)路插座連接即可投入使用。

圖1 滅火吊桶

3.滅火吊桶的技術(shù)特點(diǎn)。

最初的滅火吊桶是通過(guò)掛在機(jī)腹下部的水桶將水一次性?xún)A灑到火源以達(dá)到滅火效果。隨著技術(shù)的發(fā)展，滅火吊桶的性能日臻完善，各大消防吊桶供應(yīng)商都提供了可選的升級(jí)方案。如：通過(guò)加裝配件將一次性?xún)A灑改為可控的多次精準(zhǔn)噴灑；在吊桶內(nèi)部加裝泡沫發(fā)生器，用滅火劑增強(qiáng)了滅火能力，效果顯著；取水方面由以前的浸入式取水，可加改裝吸水泵，降低了對(duì)水源深度的要求，提升了汲水速率。直升機(jī)吊桶滅火的優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)水源條件要求低，能縮短作業(yè)距離；

（2）能夠充分發(fā)揮直升機(jī)特點(diǎn)：一機(jī)多能；

（3）由于其安裝簡(jiǎn)單，因此可以在火情發(fā)生時(shí)迅速出動(dòng)，及時(shí)實(shí)施撲救方案。

二、消防水炮

消防水炮是通過(guò)噴射泡沫等滅火溶劑的方式以達(dá)到直接滅火或控制火勢(shì)的設(shè)備，主要用于城市中高層建筑火災(zāi)的撲救，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、使用靈活的特點(diǎn)，并且可以不受交通情況和地形的限制，能夠從高處發(fā)現(xiàn)火源并發(fā)現(xiàn)火災(zāi)狀況。

國(guó)內(nèi)目前配備消防水炮的直升機(jī)有哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的H425 型直升機(jī)。該型消防直升機(jī)可以在45s 內(nèi)將水箱補(bǔ)滿(mǎn)，最大射程可達(dá)34m。

1.消防水炮的分類(lèi)。

從目前消防直升機(jī)選用的消防水炮設(shè)備來(lái)看，主要分為固定式、隨動(dòng)式兩種，可根據(jù)具體機(jī)型及用途進(jìn)行選裝。固定式消防水炮由直升機(jī)駕駛員通過(guò)調(diào)整機(jī)體位置角度，對(duì)準(zhǔn)最佳滅火點(diǎn)，最終達(dá)到直接滅火或控制火勢(shì)的目的。隨動(dòng)式水炮一般架設(shè)在機(jī)艙內(nèi)，由專(zhuān)門(mén)的操作員控制水流方向，駕駛員只需配合操作員將機(jī)身擺正，駕駛員操作量相對(duì)固定式水炮較小。

圖2 隨動(dòng)式消防水炮

2.消防水炮的組成與安裝。

固定式消防水炮由機(jī)頭部位的炮管、水箱、操控系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)組成。炮管通過(guò)水炮支架以螺接的形式安裝在直升機(jī)前方，使駕駛員能夠隨時(shí)通過(guò)觀察窗調(diào)整炮口方向?qū)?zhǔn)火源，按下操縱手柄上的控制開(kāi)關(guān)噴射柱狀或霧狀水流進(jìn)行滅火。

隨動(dòng)式水炮由水炮炮身、操縱臺(tái)、觀瞄系統(tǒng)及水箱等部分組成，同時(shí)根據(jù)不同的使用情況或用戶(hù)需求可加裝不同的機(jī)械或電子配件以提升消防直升機(jī)的滅火性能及安全指數(shù)。

以哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)的H425型消防直升機(jī)為例，該型機(jī)加裝了隨動(dòng)式消防水炮。在H425 型機(jī)機(jī)腹位置通過(guò)螺接形式安裝了消防水箱為消防水炮供水，在機(jī)艙內(nèi)安裝了一條垂直于航向的滑軌用于消防水炮系統(tǒng)其它部件在直升機(jī)上的固定，滑軌的一側(cè)安裝了泡沫生成系統(tǒng)，可加裝水成膜泡沫滅火劑或合成泡沫滅火劑等溶劑，改善滅火效率及水利用率，減少水源重填次數(shù)，優(yōu)化有效救援時(shí)間比。在滑軌另一側(cè)安裝消防水炮主體、操縱臺(tái)及操作員座椅。消防水炮通過(guò)一個(gè)平轉(zhuǎn)軸固定在滑軌上的同時(shí)可以具有一定幅度的轉(zhuǎn)動(dòng)，在炮身尾端延展出操縱扶手及一個(gè)操縱面板，機(jī)艙內(nèi)部滑軌中段部分安裝有操作員座椅，座椅可在滑軌上進(jìn)行一段距離的滑行用于操作員調(diào)整與消防水炮的間距，機(jī)上配有安全帶以保證操作員的安全。在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，艙門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)，消防水炮探出機(jī)艙，操作員通過(guò)目視監(jiān)測(cè)火災(zāi)情況并尋找火源，轉(zhuǎn)動(dòng)操縱臺(tái)扶手將炮口對(duì)準(zhǔn)火源后，按動(dòng)噴射按鈕進(jìn)行滅火作業(yè)，并可根據(jù)火情調(diào)整泡沫與水的噴射比例。

除上述消防水炮基本系統(tǒng)外，還可增加觀瞄系統(tǒng)、測(cè)距系統(tǒng)等進(jìn)一步提升消防直升機(jī)的滅火能力。

圖3 隨H425 型機(jī)加裝消防水炮結(jié)構(gòu)圖

3.消防水炮的技術(shù)特點(diǎn)。

高效化：不同于消防吊桶或消防水箱面或線(xiàn)性的單點(diǎn)或多次傾灑，消防水炮通過(guò)操作員或電腦分析實(shí)現(xiàn)對(duì)火源點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制，并且可隨時(shí)切換噴灑目標(biāo)，配合泡沫生成系統(tǒng)，可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的進(jìn)行滅火作業(yè)，對(duì)著火點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的壓制。

模塊化：針對(duì)消防水炮集裝模塊化的配件，可以使消防水炮靈活的應(yīng)對(duì)不同情形的火災(zāi)狀況，更加靈活。

靈活性：消防直升機(jī)因?yàn)榕鋫湎浪诘耐瑫r(shí)安裝了水箱，使直升機(jī)可以在火災(zāi)上方、側(cè)方、下方不同方位進(jìn)行滅火，針對(duì)火源上方有遮擋（如室內(nèi)火災(zāi)）的火災(zāi)更具針對(duì)性。

三、消防水箱

消防水箱是通過(guò)安裝在機(jī)腹或機(jī)艙內(nèi)部的水箱裝載水或者滅火溶液，在火源上空進(jìn)行噴灑達(dá)到直接滅火效果的一種消防設(shè)備，是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)對(duì)森林或地面火災(zāi)比較先進(jìn)、有效的滅火方式。

1.消防水箱的分類(lèi)。

目前國(guó)際上消防水箱應(yīng)用廣泛，根據(jù)結(jié)構(gòu)與安裝位置的不同主要分為內(nèi)置水箱與外置水箱兩種，內(nèi)置水箱安裝在直升機(jī)艙內(nèi)部，外置水箱安裝在直升機(jī)外部機(jī)腹下方。直升機(jī)外置水箱可與消防水炮配套使用，為水炮提供滅火水源，也可以單獨(dú)作為滅火設(shè)備通過(guò)拋灑達(dá)到滅火目的，應(yīng)用較為靈活。

圖4 配備外置水箱的直升機(jī)

2.消防水箱的安裝。

直升機(jī)外置水箱通常安裝在直升機(jī)機(jī)腹下方，在接到滅火任務(wù)需要出動(dòng)時(shí)，由帶有四個(gè)萬(wàn)向輪的小車(chē)將外置水箱運(yùn)到直升機(jī)水箱安裝位置，水箱與直升機(jī)的系留點(diǎn)相連接固定在機(jī)腹下，將水箱控制部件與機(jī)上預(yù)先安裝的控制線(xiàn)路連接即可完成安裝。

外置水箱的安裝位置決定了在加裝水箱時(shí)，需要考慮直升機(jī)機(jī)腹的離地距離以及水箱底部距地面的高度，由于直升機(jī)起落架裝有緩沖裝置，機(jī)腹與地面的高度是一個(gè)變量，要求水箱在起落架緩沖支柱達(dá)到最大壓縮量的情況下，不能接觸地面。根據(jù)HB6482 起落架系統(tǒng)通用技術(shù)要求的3.2.1.3.d，即使輪胎和支柱漏氣，起落架、艙門(mén)或者飛機(jī)的構(gòu)件包括外掛物的最低部分不應(yīng)低于152.4mm。

直升機(jī)內(nèi)置水箱安裝在直升機(jī)機(jī)艙地板滑軌上，在安裝時(shí)從直升機(jī)艙門(mén)放入，因此內(nèi)置式水箱的尺寸受到直升機(jī)艙門(mén)尺寸與機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)的影響。內(nèi)置水箱的傾灑口在直升機(jī)機(jī)腹，需要對(duì)直升機(jī)的機(jī)腹有一定的改裝，因此對(duì)于油箱在機(jī)腹部的直升機(jī)并不適用，對(duì)機(jī)型有一定的限制。但由于內(nèi)置水箱處于機(jī)艙內(nèi)部，因此獲得了更好的穩(wěn)定性。

3。3 消防水箱的技術(shù)特點(diǎn)

穩(wěn)定性：由于外置水箱緊靠機(jī)腹與直升機(jī)相連、內(nèi)置式水安裝在機(jī)艙內(nèi)，因此消防直升機(jī)在安裝消防水箱后，空載與滿(mǎn)載機(jī)體重心偏移量不大，直升機(jī)操縱性能較好，在載荷突然釋放時(shí)，對(duì)直升機(jī)的穩(wěn)定性影響不大。

重填迅速：消防水箱使用吸水泵來(lái)對(duì)水箱進(jìn)行補(bǔ)給，我國(guó)山東啟宇通用航空公司的A350B3e 型消防直升機(jī)，僅用不到一分鐘的時(shí)間即可完成一噸量水箱的重填，能夠迅速重返火場(chǎng)執(zhí)行任務(wù)，且對(duì)水源要求較小，應(yīng)用范圍廣，在淺水源分布的地區(qū)也可以投入使用。

精準(zhǔn)高效：消防水箱具有多段噴灑的特性，操作員可以根據(jù)火場(chǎng)的形狀、火頭大小、火線(xiàn)的長(zhǎng)短定量定點(diǎn)噴灑，與消防水箱內(nèi)置的泡沫生成系統(tǒng)相結(jié)合，能夠最大化的利用一次滿(mǎn)載的水量，具有精準(zhǔn)高效的優(yōu)點(diǎn)。

外置水箱安裝迅速簡(jiǎn)便，可以在接到滅火任務(wù)時(shí)迅速出擊，及時(shí)的控制火線(xiàn)火情。內(nèi)置式水箱安裝位置在機(jī)艙內(nèi)，與外置式水箱相比，重心偏離更小，具有更高的安全性與穩(wěn)定性。

4 總結(jié)與展望

消防直升機(jī)可以在進(jìn)行火場(chǎng)偵查的同時(shí)進(jìn)行消防滅火任務(wù)，出動(dòng)迅速，在滅火救災(zāi)方面具有，不可替代的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景巨大。三種主流的消防設(shè)備各具特性，適用范圍也不近相同。滅火吊桶的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、價(jià)格低廉，多用于森林、平原火災(zāi)。消防水箱價(jià)格偏貴，但是其安全穩(wěn)定性能是滅火吊桶無(wú)法比擬的。相對(duì)于前兩種消防設(shè)備，水炮的應(yīng)用戰(zhàn)場(chǎng)大多在城市高層建筑之間，利用直升機(jī)機(jī)動(dòng)靈活、能夠空中懸停的特性可以在地面消防無(wú)法達(dá)到的高度進(jìn)行滅火作業(yè)。

隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，現(xiàn)有的直升機(jī)消防設(shè)備也會(huì)進(jìn)一步的得到完善與改進(jìn)。火災(zāi)火場(chǎng)情況變化莫測(cè)、危險(xiǎn)程度高，即使身處高處的直升機(jī)消防員也會(huì)面臨一定的風(fēng)險(xiǎn)。如今無(wú)人機(jī)發(fā)展迅速，無(wú)人駕駛直升機(jī)也勢(shì)頭迅猛，美國(guó)首架無(wú)人駕駛黑鷹直升機(jī)已經(jīng)試飛成功。在近未來(lái)可以采用無(wú)人直升機(jī)執(zhí)行滅火任務(wù)，自動(dòng)尋找火源，精準(zhǔn)施放，機(jī)載計(jì)算機(jī)自動(dòng)規(guī)劃最優(yōu)滅火與補(bǔ)給水路線(xiàn)，并且由于機(jī)內(nèi)不載人，因此可以完成更高難度的動(dòng)作而不考慮駕駛員的負(fù)載，也大大免去了可能的人員傷亡。

直升機(jī)消防應(yīng)用前景廣泛，優(yōu)勢(shì)明顯，是近未來(lái)消防事業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。如何讓消防直升機(jī)能夠更安全、高效、系統(tǒng)的執(zhí)行滅火任務(wù)，是航空人需要努力的方向。