謝輝 裴沛

摘要：我國是森林火災(zāi)多發(fā)易發(fā)國家，現(xiàn)有人工滅火和直升機滅火并不能滿足國家滅火救援體系需要，大型水陸兩棲飛機在航空滅火中具機有動性強、反應(yīng)速度快、載水量大以及水面起降等優(yōu)點，在此飛機平臺以及飛機使用模式基礎(chǔ)上，研究出具有機場注水、水面滑行汲水以及空中投水功能的森林滅火系統(tǒng)，可極大提高航空滅火效率，推動大型水陸兩棲飛機在森林滅火救援體系中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大型水陸兩棲滅火型飛機;大型水陸兩棲飛機;森林滅火系統(tǒng);機場注水;水面滑行汲水;空中投水

1前言

據(jù)統(tǒng)計，全球每年森林火災(zāi)的發(fā)生次數(shù)約在22萬次以上，每年燒毀的森林面積超過640萬公頃，約占世界森林覆蓋率的0.23%以上，我國森林面積為1億2千萬公頃，而每年被火災(zāi)吞噬的森林面積為110萬公頃，占全國森林面積的0.8%-0.9%，可見森林火災(zāi)的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的【1】。但目前我國的森林滅火仍主要以人工滅火和直升機滅火為主，人工滅火安全性差、滅火效率低，現(xiàn)有直升機滅火載水量較小，反應(yīng)速度較慢，在“打早、打小”的滅火方式下能起到了一定的作用，一旦森林火災(zāi)沒有得到有效預(yù)警或者發(fā)生初期沒有得到有效遏制，大火便會迅速災(zāi)變，火焰發(fā)展速度快、蔓延空間大，火勢兇猛，人工滅火和直升機滅火手段均無法對其進行有效遏制。

為解決上述問題，為滿足我國森林航空滅火救援體系發(fā)展的需要，國家啟動了某大型水陸兩棲飛機的研制項目，其主要任務(wù)為森林滅火和海上救援。首先該飛機具有良好的機動性能，地形受限度低，任務(wù)反應(yīng)速度快，可快速抵達一般滅火力量無法到達的山區(qū)，及時開展作業(yè);其次該飛機最大載水量為12t，一次投水滅火面積較大;此外該飛機航程大，航時長，且具有大型水陸兩棲固有的水面起降能力，使飛機可具備水面滑行汲水功能，可快速多次往返水域汲水和火場投水，極大提高了航空滅火能力。

本文主要基于某大型水陸兩棲飛機平臺及滅火使用模式，淺談森林滅火系統(tǒng)初步設(shè)計原理、實現(xiàn)功能及各子系統(tǒng)設(shè)計要求。

2滅火任務(wù)使用模式

某大型水陸兩棲飛機可在專用水上機場或滿足使用要求的江、河、湖、水庫等水域起降，也可在路上I類運行機場起降，主要滅火模式主要有注水滅火和汲水滅火兩種：

1）當(dāng)森林火災(zāi)現(xiàn)場附近無合適水源時，飛機可在機場預(yù)先注水，再飛往火災(zāi)現(xiàn)場投水滅火，投水完成后返回機場重新注水，以此往返機場注水與火場滅火直至任務(wù)結(jié)束，注水滅火任務(wù)剖面圖如圖1所示;

2）當(dāng)森林火災(zāi)現(xiàn)場附近有合適水源時，飛機可飛往目標(biāo)水域滑行汲水，再飛往火災(zāi)現(xiàn)場投水滅火，投水完成后返回水域重新汲水，往返水域汲水與火場滅火地直至任務(wù)結(jié)束，汲水滅火任務(wù)剖面圖如圖2所示。

3森林滅火系統(tǒng)設(shè)計原理

從使用模式中分析來看，森林滅火系統(tǒng)的主要功能主要包括機場注水、滑行汲水和空中投水。飛機最大投水量為12t，在飛機內(nèi)部、船底斷階位置，按前后左右布置了四個水箱。當(dāng)執(zhí)行森林滅火任務(wù)系統(tǒng)時，滅火計算機可根據(jù)燃油余量計算出當(dāng)前飛機最大可載水量，并控制水箱管路上的閥門，使特定水箱處于可載水狀態(tài)。

當(dāng)執(zhí)行機場注水功能時，地面人員通過地面消防栓或消防車往注水口注水，利用消防栓或消防車自身具備的水壓，在規(guī)定的時間內(nèi)完成可載水水箱的注水。

當(dāng)執(zhí)行滑行汲水功能時，飛機在水面高速滑行時，通過液壓能源控制汲水斗收放，利用水流沖擊短時間內(nèi)完成可載水水箱的自動汲水。

當(dāng)飛往火場上空執(zhí)行投水功能時，飛行員可通過按壓投水開關(guān)控制液壓能源作動投水艙門收放，利用水流重力完成投水。

3.1注水子系統(tǒng)設(shè)計要求

注水子系統(tǒng)設(shè)計包括注水口和注水管路的設(shè)計，其作用是獲取外界水源并加注到可載水水箱中，完成機場注水功能。大型水陸兩棲飛機的注水工作一般在機場完成，機場水源一般有消防栓供水和其他消防車供水，消防栓出水栓口內(nèi)徑為65mm，消防車出水口管徑有多種，但一般用做水罐車時出水口管徑為100mm【2】，因此機上注水口設(shè)計應(yīng)保持與通用消防車和消防栓出水口配套，可設(shè)計轉(zhuǎn)接頭來滿足不同水源口徑需要;汲水管道的設(shè)計應(yīng)滿足在150%的壓力下不應(yīng)破裂以及出現(xiàn)影響正常使用的永久變形現(xiàn)象。

3.2汲水子系統(tǒng)設(shè)計要求

汲水子系統(tǒng)設(shè)計包括汲水斗、汲水管道以及汲水斗收放控制設(shè)計，其作用是飛機在水面高速滑行時，可將水汲入可載水水箱中，完成水面滑行汲水功能。借鑒俄羅斯BE-200滅火型飛機的研制經(jīng)驗，在段階處布置兩個可收放汲水斗，當(dāng)飛機在水面高速滑行時，通過液壓驅(qū)動作動筒動作放下汲水斗，滑行12s-14s完成汲水并自動收上汲水斗【3】。汲水斗的設(shè)計應(yīng)滿足產(chǎn)品在150%的工作壓力作用下，保持2min不應(yīng)有永久變形及損壞;汲水斗應(yīng)不能在自身重力作用下下落;汲水斗與汲水管道設(shè)計應(yīng)保證飛機水面滑行12s-14s完成12t汲水;汲水斗與汲水管之間應(yīng)有濾網(wǎng)設(shè)計，防止異物堵住汲水管，汲水管設(shè)計應(yīng)考慮載水飛行過程中，水不會反流出水箱。

3.3投水子系統(tǒng)設(shè)計要求

投水子系統(tǒng)的設(shè)計包括水箱、投水艙門和投水艙門收放控制設(shè)計，其作用是飛機在火場上空飛行時，能完成水箱內(nèi)水的投放，實現(xiàn)空中投水功能。某大型水陸兩棲飛機布置了4個水箱，每個水箱下設(shè)計了2個投水艙門，通過液壓驅(qū)動不同水箱下投水艙門作動筒動作，完成不同水箱內(nèi)水的投放，投水完成后收上投水艙門。水箱設(shè)計應(yīng)滿足最大載水量12噸的要求，投水艙門的設(shè)計需滿足4s內(nèi)可完成12t水的投放要求。

4 結(jié)論

大型水陸兩棲飛機應(yīng)用于航空滅火領(lǐng)域，具有航程遠、航時長、響應(yīng)速度快、低速性能好以及可同時在陸上和水面起降的優(yōu)勢，大型水陸兩棲飛機森林滅火系統(tǒng)具有機場注水、滑行汲水、空投滅火等功能，可極大的提高航空森林滅火能力和滅火效果，有效推動了大型水陸兩棲飛機在航空滅火體系中的應(yīng)用。

參考文獻：

[1] 魏茂洲，王克印.森林滅火裝備的現(xiàn)狀與展望.林業(yè)機械與木工設(shè)備.2006，34（7）

[2] 亓玉曉.機場快速調(diào)動消防車上裝部分主要單元的設(shè)計.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文.2015

[3] 曲東才.俄羅斯別-200多用途水陸兩棲飛機[J].航空科學(xué)技術(shù).2005（1）：28-30

作者簡介：

謝輝（1983—），女，本科，工程師，研究方向：飛機任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計;

裴沛（1985—），男，碩士，工程師，研究方向：飛機任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計。

（作者單位：1.中航通飛研究院有限公司）