直升机参与输电线路灭火水枪系统应用研究

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摘 要：针对输电线路周边小火应用场景，开展直升机灭火作业研究， 保障电力系统的安全运行，提高输电线路防山火的效率，对于保护电网的安全运行和电力工人的安全具有极其迫切的现实意义，文章提出一种水枪灭火系统，通过喷口压力、射程实验，验证了系统功能的可操作性以及稳定性。

关键词：直升机;灭火水枪;输电线路

1.直升机灭火现状

长期以来由于我国受到社会、经济等因素的影响，航空灭火装备上的投入与世界其它发达国家相比远远不足，造成我国在航空灭火装备的研发水平落后于欧美等发达国家。但是随着近几十年的經济快速发展和我国在森林航空装备上投入逐渐加大，根据自己国家的国情开发研制了一些适合自己的航空消防装备。

我国的消防用固定翼飞机和直升机一般是利用技术成熟的军用或者民用固定翼飞机和直升机改装而成的。例如我国自行设计和研制的第一代大型水上森林灭火飞机，是由我国哈尔滨飞机公司和水上飞机设计所联合研制的 SH-5 型飞机改装设计而成。SH-5（PS-5）是我国自行研制和生产的第一代大型水上反潜轰炸机。灭火型的 SH-5 于 1989年改装研制成功。

现阶段我国应用于航空护林的固定翼飞机主要是运-五，主要以喷洒掺有化学灭火剂的水为主。运-五飞机的载重量为 1 吨，航速 160Km/h。哈尔滨飞机制造公司以“水轰五”水上飞机为基础，研制出了森林灭火飞机。这种飞机载重 8.2 吨，性能较先进。

由于我国技术因素的限制，目前国内消防直升机大都是采购国外的成熟产品，例如购自俄罗斯的米-8、米-171、米-26，美国的 CH-47 支奴干中型运输机、S-70 民用黑鹰直升机，法国的 SA341/342“小羚羊”民用型直升机等。在采购国外直升机的同时，国内直升机研制生产也没有停止过，例如直-9、直-10、直-11 等系列国产直升机也相继投入使用，并应用在森林消防领域中。

首先，在专用的灭火直升机的研制和生产上，各国航空公司都投入了相当大的资源。其中的典型代表是 AS350B1“松鼠”（水炸弹）型灭火型直升机、S-64“空中吊车”（Skycrane）直升机、AS332“超美洲豹”灭火型直升机和米-26（T）型重型消防直升机。

在轻型直升机上灭火装置，国内研发投入较少，本文在借鉴国内外相关经验的基础上，建立直升机灭火水枪系统，开展相应的实验。

2.灭火水枪的设计与组装

2.1设备组成

本文设计的灭火水枪针对中航工业产的AC311机型，灭火水枪系统由一个箱体和灭火剂喷射系统组成，总质量为108千克，箱体由不锈钢板焊接而成，内置防晃隔板，容积约560L，用于储存灭火剂。其中灭火喷射系统由汽油机自吸泵、电磁阀、喷枪组件、操控装置组成。

（1）汽油自吸泵为灭火剂的喷射提供动力，汽油自吸泵安装于箱体左侧，在地面启动，空中可控制汽油泵节气门大小，控制汽油机输出功率，喷射完毕后可以在空中关闭汽油机。

（2）电磁阀用于控制灭火剂的流向，实现灭火剂喷射、回流两个状态的转换;当系统不喷射时，灭火剂回流至水箱，促进灭火剂与水的均匀混合。

（3）喷枪组件由喷管、喷枪及软管组成，喷枪组件总长度约4m，安装于水箱右侧;喷枪组件端头离旋翼直径外缘垂线约0.88m，考虑到以后飞行试验中不确定因素的影响，喷枪设计成螺纹连接的形式，可方便地更换不同长度、口径的喷枪;喷枪可电动操纵，在俯仰方向90°范围内转动，调节喷射角度。

（4）操纵装置设置在飞机座舱内，用钢索控制汽油泵节气门大小，汽油机启动开关、电磁阀控制开关、喷枪喷射角度调节开关及电源总开关均设置在座舱内的控制盒上。

2.2 机上安装

灭火水枪系统通过箱体上的四个挂点与直升机机体结构相连，航向前的两处挂点借用直升机前弓形梁附件的外挂接口，航向后的两处挂点通过滑橇后弓形梁上的四件弧形支座提供，该安装方式可以尽量使满载时灭火水枪系统的重心靠近直升机重心。

3.地面试验

3.1地面测试

按照工艺文件要求连接管路，启动汽油机泵，测量喷口压力、射程、流量，更换不同口径的喷管，重复上节试验。

两种口径的流量、射程都能满足技术指标的要求，汽油机泵的选择基本正确。考虑到较高的压力对装机后灭火效果有利，确定采用20mm口径的喷口。

3.2灭火水枪系统组装后地面试验

按照设计图纸装配部件、连接控制电路，水箱加水，按照试验大纲要求进行汽油机启动、节气门调节、喷射/回流转换、喷射角度调节、关闭汽油机等功能试验。水箱加满水，按照试验大纲要求完成流量、射程的测量。

实验结论：在喷口口径：20mm，射程为11-17M，流量为280L/M，汽油机启动比较容易，汽油机开关关停准确，功能完好。节气门调节钢索调节、锁紧可靠。电磁阀及控制电门动作灵敏、喷射、回流转换准确，回流搅拌作用明显。喷枪角度调节及控制电门极限角度无死点、角度调整、启停灵敏。

3.3结果分析

试验结果表明，组装完成后的灭火水枪系统的测量数据、功能实现都能满足设计指标的要求。

4.试验结论

采用20mm喷口，射程11-17M，流量280L/M，达到设计技术指标。考虑直升机旋翼下洗气流影响，喷枪长度4米，接近旋翼外缘，且喷枪采用可更换设计，方便更换不同长度、口径的喷枪，增强了设备的适用性。

5.结束语

下一步，在输电线路场景下进行灭火实验。水箱装好灭火液，针对不同的地理位置，和天气条件，在火场在输电线路侧方，进行飞行验收，飞机若在火场的正上方，可能会遇到烟雾和气流，干涉飞行员驾驶。此时需要飞行在侧方上风向灭火。若火场在输电线路正下方，需要考虑灭火液与输电线路接触会导致短路，此时应在侧方上风口用水枪灭火。

参考文献：

[1] 直升机在消防应急救援中的应用研究[J]. 葛尧 中国设备工程 2019（05）.

[2] 直升机灭火效率的研究[J]. 张鑫，李斐，张靖等. 防护林科技 2019（02）.

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