论文部分内容阅读
摘要：我国是森林火灾多发易发国家，现有人工灭火和直升机灭火并不能满足国家灭火救援体系需要，大型水陆两栖飞机在航空灭火中具机有动性强、反应速度快、载水量大以及水面起降等优点，在此飞机平台以及飞机使用模式基础上，研究出具有机场注水、水面滑行汲水以及空中投水功能的森林灭火系统，可极大提高航空灭火效率，推动大型水陆两栖飞机在森林灭火救援体系中的应用。
关键词：大型水陆两栖灭火型飞机;大型水陆两栖飞机;森林灭火系统;机场注水;水面滑行汲水;空中投水
1前言
据统计，全球每年森林火灾的发生次数约在22万次以上，每年烧毁的森林面积超过640万公顷，约占世界森林覆盖率的0.23%以上，我国森林面积为1亿2千万公顷，而每年被火灾吞噬的森林面积为110万公顷，占全国森林面积的0.8%-0.9%，可见森林火灾的危害是相当严重的【1】。但目前我国的森林灭火仍主要以人工灭火和直升机灭火为主，人工灭火安全性差、灭火效率低，现有直升机灭火载水量较小，反应速度较慢，在“打早、打小”的灭火方式下能起到了一定的作用，一旦森林火灾没有得到有效预警或者发生初期没有得到有效遏制，大火便会迅速灾变，火焰发展速度快、蔓延空间大，火势凶猛，人工灭火和直升机灭火手段均无法对其进行有效遏制。
为解决上述问题，为满足我国森林航空灭火救援体系发展的需要，国家启动了某大型水陆两栖飞机的研制项目，其主要任务为森林灭火和海上救援。首先该飞机具有良好的机动性能，地形受限度低，任务反应速度快，可快速抵达一般灭火力量无法到达的山区，及时开展作业;其次该飞机最大载水量为12t，一次投水灭火面积较大;此外该飞机航程大，航时长，且具有大型水陆两栖固有的水面起降能力，使飞机可具备水面滑行汲水功能，可快速多次往返水域汲水和火场投水，极大提高了航空灭火能力。
本文主要基于某大型水陆两栖飞机平台及灭火使用模式，浅谈森林灭火系统初步设计原理、实现功能及各子系统设计要求。
2灭火任务使用模式
某大型水陆两栖飞机可在专用水上机场或满足使用要求的江、河、湖、水库等水域起降，也可在路上I类运行机场起降，主要灭火模式主要有注水灭火和汲水灭火两种：
1）当森林火灾现场附近无合适水源时，飞机可在机场预先注水，再飞往火灾现场投水灭火，投水完成后返回机场重新注水，以此往返机场注水与火场灭火直至任务结束，注水灭火任务剖面图如图1所示;
2）当森林火灾现场附近有合适水源时，飞机可飞往目标水域滑行汲水，再飞往火灾现场投水灭火，投水完成后返回水域重新汲水，往返水域汲水与火场灭火地直至任务结束，汲水灭火任务剖面图如图2所示。
3森林灭火系统设计原理
从使用模式中分析来看，森林灭火系统的主要功能主要包括机场注水、滑行汲水和空中投水。飞机最大投水量为12t，在飞机内部、船底断阶位置，按前后左右布置了四个水箱。当执行森林灭火任务系统时，灭火计算机可根据燃油余量计算出当前飞机最大可载水量，并控制水箱管路上的阀门，使特定水箱处于可载水状态。
当执行机场注水功能时，地面人员通过地面消防栓或消防车往注水口注水，利用消防栓或消防车自身具备的水压，在规定的时间内完成可载水水箱的注水。
当执行滑行汲水功能时，飞机在水面高速滑行时，通过液压能源控制汲水斗收放，利用水流冲击短时间内完成可载水水箱的自动汲水。
当飞往火场上空执行投水功能时，飞行员可通过按压投水开关控制液压能源作动投水舱门收放，利用水流重力完成投水。
3.1注水子系统设计要求
注水子系统设计包括注水口和注水管路的设计，其作用是获取外界水源并加注到可载水水箱中，完成机场注水功能。大型水陆两栖飞机的注水工作一般在机场完成，机场水源一般有消防栓供水和其他消防车供水，消防栓出水栓口内径为65mm，消防车出水口管径有多种，但一般用做水罐车时出水口管径为100mm【2】，因此机上注水口设计应保持与通用消防车和消防栓出水口配套，可设计转接头来满足不同水源口径需要;汲水管道的设计应满足在150%的压力下不应破裂以及出现影响正常使用的永久变形现象。
3.2汲水子系统设计要求
汲水子系统设计包括汲水斗、汲水管道以及汲水斗收放控制设计，其作用是飞机在水面高速滑行时，可将水汲入可载水水箱中，完成水面滑行汲水功能。借鉴俄罗斯BE-200灭火型飞机的研制经验，在段阶处布置两个可收放汲水斗，当飞机在水面高速滑行时，通过液压驱动作动筒动作放下汲水斗，滑行12s-14s完成汲水并自动收上汲水斗【3】。汲水斗的设计应满足产品在150%的工作压力作用下，保持2min不应有永久变形及损坏;汲水斗应不能在自身重力作用下下落;汲水斗与汲水管道设计应保证飞机水面滑行12s-14s完成12t汲水;汲水斗与汲水管之间应有滤网设计，防止异物堵住汲水管，汲水管设计应考虑载水飞行过程中，水不会反流出水箱。
3.3投水子系统设计要求
投水子系统的设计包括水箱、投水舱门和投水舱门收放控制设计，其作用是飞机在火场上空飞行时，能完成水箱内水的投放，实现空中投水功能。某大型水陆兩栖飞机布置了4个水箱，每个水箱下设计了2个投水舱门，通过液压驱动不同水箱下投水舱门作动筒动作，完成不同水箱内水的投放，投水完成后收上投水舱门。水箱设计应满足最大载水量12吨的要求，投水舱门的设计需满足4s内可完成12t水的投放要求。
4 结论
大型水陆两栖飞机应用于航空灭火领域，具有航程远、航时长、响应速度快、低速性能好以及可同时在陆上和水面起降的优势，大型水陆两栖飞机森林灭火系统具有机场注水、滑行汲水、空投灭火等功能，可极大的提高航空森林灭火能力和灭火效果，有效推动了大型水陆两栖飞机在航空灭火体系中的应用。
参考文献：
[1] 魏茂洲，王克印.森林灭火装备的现状与展望.林业机械与木工设备.2006，34（7）
[2] 亓玉晓.机场快速调动消防车上装部分主要单元的设计.山东农业大学硕士论文.2015
[3] 曲东才.俄罗斯别-200多用途水陆两栖飞机[J].航空科学技术.2005（1）：28-30
作者简介：
谢辉（1983—），女，本科，工程师，研究方向：飞机任务系统设计;
裴沛（1985—），男，硕士，工程师，研究方向：飞机任务系统设计。
（作者单位：1.中航通飞研究院有限公司）
关键词：大型水陆两栖灭火型飞机;大型水陆两栖飞机;森林灭火系统;机场注水;水面滑行汲水;空中投水
1前言
据统计，全球每年森林火灾的发生次数约在22万次以上，每年烧毁的森林面积超过640万公顷，约占世界森林覆盖率的0.23%以上，我国森林面积为1亿2千万公顷，而每年被火灾吞噬的森林面积为110万公顷，占全国森林面积的0.8%-0.9%，可见森林火灾的危害是相当严重的【1】。但目前我国的森林灭火仍主要以人工灭火和直升机灭火为主，人工灭火安全性差、灭火效率低，现有直升机灭火载水量较小，反应速度较慢，在“打早、打小”的灭火方式下能起到了一定的作用，一旦森林火灾没有得到有效预警或者发生初期没有得到有效遏制，大火便会迅速灾变，火焰发展速度快、蔓延空间大，火势凶猛，人工灭火和直升机灭火手段均无法对其进行有效遏制。
为解决上述问题，为满足我国森林航空灭火救援体系发展的需要，国家启动了某大型水陆两栖飞机的研制项目，其主要任务为森林灭火和海上救援。首先该飞机具有良好的机动性能，地形受限度低，任务反应速度快，可快速抵达一般灭火力量无法到达的山区，及时开展作业;其次该飞机最大载水量为12t，一次投水灭火面积较大;此外该飞机航程大，航时长，且具有大型水陆两栖固有的水面起降能力，使飞机可具备水面滑行汲水功能，可快速多次往返水域汲水和火场投水，极大提高了航空灭火能力。
本文主要基于某大型水陆两栖飞机平台及灭火使用模式，浅谈森林灭火系统初步设计原理、实现功能及各子系统设计要求。
2灭火任务使用模式
某大型水陆两栖飞机可在专用水上机场或满足使用要求的江、河、湖、水库等水域起降，也可在路上I类运行机场起降，主要灭火模式主要有注水灭火和汲水灭火两种：
1）当森林火灾现场附近无合适水源时，飞机可在机场预先注水，再飞往火灾现场投水灭火，投水完成后返回机场重新注水，以此往返机场注水与火场灭火直至任务结束，注水灭火任务剖面图如图1所示;
2）当森林火灾现场附近有合适水源时，飞机可飞往目标水域滑行汲水，再飞往火灾现场投水灭火，投水完成后返回水域重新汲水，往返水域汲水与火场灭火地直至任务结束，汲水灭火任务剖面图如图2所示。
3森林灭火系统设计原理
从使用模式中分析来看，森林灭火系统的主要功能主要包括机场注水、滑行汲水和空中投水。飞机最大投水量为12t，在飞机内部、船底断阶位置，按前后左右布置了四个水箱。当执行森林灭火任务系统时，灭火计算机可根据燃油余量计算出当前飞机最大可载水量，并控制水箱管路上的阀门，使特定水箱处于可载水状态。
当执行机场注水功能时，地面人员通过地面消防栓或消防车往注水口注水，利用消防栓或消防车自身具备的水压，在规定的时间内完成可载水水箱的注水。
当执行滑行汲水功能时，飞机在水面高速滑行时，通过液压能源控制汲水斗收放，利用水流冲击短时间内完成可载水水箱的自动汲水。
当飞往火场上空执行投水功能时，飞行员可通过按压投水开关控制液压能源作动投水舱门收放，利用水流重力完成投水。
3.1注水子系统设计要求
注水子系统设计包括注水口和注水管路的设计，其作用是获取外界水源并加注到可载水水箱中，完成机场注水功能。大型水陆两栖飞机的注水工作一般在机场完成，机场水源一般有消防栓供水和其他消防车供水，消防栓出水栓口内径为65mm，消防车出水口管径有多种，但一般用做水罐车时出水口管径为100mm【2】，因此机上注水口设计应保持与通用消防车和消防栓出水口配套，可设计转接头来满足不同水源口径需要;汲水管道的设计应满足在150%的压力下不应破裂以及出现影响正常使用的永久变形现象。
3.2汲水子系统设计要求
汲水子系统设计包括汲水斗、汲水管道以及汲水斗收放控制设计，其作用是飞机在水面高速滑行时，可将水汲入可载水水箱中，完成水面滑行汲水功能。借鉴俄罗斯BE-200灭火型飞机的研制经验，在段阶处布置两个可收放汲水斗，当飞机在水面高速滑行时，通过液压驱动作动筒动作放下汲水斗，滑行12s-14s完成汲水并自动收上汲水斗【3】。汲水斗的设计应满足产品在150%的工作压力作用下，保持2min不应有永久变形及损坏;汲水斗应不能在自身重力作用下下落;汲水斗与汲水管道设计应保证飞机水面滑行12s-14s完成12t汲水;汲水斗与汲水管之间应有滤网设计，防止异物堵住汲水管，汲水管设计应考虑载水飞行过程中，水不会反流出水箱。
3.3投水子系统设计要求
投水子系统的设计包括水箱、投水舱门和投水舱门收放控制设计，其作用是飞机在火场上空飞行时，能完成水箱内水的投放，实现空中投水功能。某大型水陆兩栖飞机布置了4个水箱，每个水箱下设计了2个投水舱门，通过液压驱动不同水箱下投水舱门作动筒动作，完成不同水箱内水的投放，投水完成后收上投水舱门。水箱设计应满足最大载水量12吨的要求，投水舱门的设计需满足4s内可完成12t水的投放要求。
4 结论
大型水陆两栖飞机应用于航空灭火领域，具有航程远、航时长、响应速度快、低速性能好以及可同时在陆上和水面起降的优势，大型水陆两栖飞机森林灭火系统具有机场注水、滑行汲水、空投灭火等功能，可极大的提高航空森林灭火能力和灭火效果，有效推动了大型水陆两栖飞机在航空灭火体系中的应用。
参考文献：
[1] 魏茂洲，王克印.森林灭火装备的现状与展望.林业机械与木工设备.2006，34（7）
[2] 亓玉晓.机场快速调动消防车上装部分主要单元的设计.山东农业大学硕士论文.2015
[3] 曲东才.俄罗斯别-200多用途水陆两栖飞机[J].航空科学技术.2005（1）：28-30
作者简介：
谢辉（1983—），女，本科，工程师，研究方向：飞机任务系统设计;
裴沛（1985—），男，硕士，工程师，研究方向：飞机任务系统设计。
（作者单位：1.中航通飞研究院有限公司）