18-基于直八型直升机的新型灭火直升机改装研究(赵小全)

18-基于直八型直升机的新型灭火直升机改装研究(赵小全) 第二十四届(2008)全国直升机年会 基于直八型直升机的新型灭火直升机改装研究 赵小全，赵良堂，张义涛，金华 (总参陆航部驻景德镇地区军事代表室,江西 景德镇 333002) 摘 要:我国森林灭火及城市消防大量使用米八直升机吊桶灭火，由于米八直升机的老旧 产生了很多安全问题，大型机载水箱灭火是目前世界上森林灭火的发展趋势，如何基于国 内的直升机发展我国的机载水箱灭火，满足目前我国消防的需要是一个亟待解决的问题。 首先概述了直升机灭火的主要方法;其次介绍了国内外灭火直升机发展情况;最后论证了 直八改装灭火直升机的可行性。 1 引言 现代灭火飞机可分为固定翼飞机和直升机两大类。固定翼飞机飞行速度快、航程远、载重量大，一般用于森林、草原等野外火灾扑救。在我国，因受到大型飞机、机场、水源等条件限制，近年来用固定翼飞机森林灭火开展困难，基本处于停顿状态。灭火直升机一般是利用已有成熟的军用或民用直升机改装而成。直升机的特点是机动性强，要求机场简单，并具有垂直起降、空中悬停等独特性能，在很多方面更适合灭火任务的需要。如在森林灭火中, 采用直升机灭火与飞机灭火和地面使用水泵引水上山灭火相比，可以少受水源条件、水源位置、林火蔓延等因素的影响，且兼作巡护、指挥、运输、机降、索降等任务，比使用固定翼灭火飞机更有效。而在城市消防方面, 直升机的作用更是无法替代。当前国外消防直升机大量用于城市和高层建筑消防救援，因此直升机在灭火消防方面具有广阔的发展前景。 2 直升机灭火方法 人们对利用飞行器进行灭火的探索始于1916年。尽管直升机早在二战前就已出现，但是真正用直升机进行灭火的尝试却是在1954年，当时，由美国海军陆战队、美国林业部门和加利弗尼亚林业司、洛杉矶消防司联合进行了一次“阻止烈火”的行动。 用直升机进行灭火大概有三种办法: 第一种办法是吊桶/吊囊灭火。直升机吊桶灭火是直升机用悬挂的吊桶自动加满河流、湖泊的水后，提到火源上空将水自动释放达到灭火目的，直升机吊桶不但可直接喷洒灭火，更重要的是可向地面预设水池注水，供地面机动泵、人力水枪使用。直升机吊囊、吊袋运水灭火是将水注入到PVC材料制成的吊囊、吊袋中，用直升机吊挂到扑火现场，供机动泵、水枪使用，方法简单易行，设备造价低廉，效果良好。最为成功的是加拿大某工业公司研制的尼龙桶。这种设备目前在世界上的30多个国家得到广泛使用。 601 第二种方法是消防人员从悬停在火场上空的一架直升机上用水龙头向下浇水，水龙头同地面上的泵接通。由于水龙带重量不可控以及水龙带对直升机的作用力不可预测，所以运用这种方法灭火直升机安全难以保证。事实证明，这种方法是行不通的。 第三种方法是机载水箱灭火。机载水箱灭火避免了吊挂飞行，增加了飞行速度，增强了飞行的稳定性;机载水箱所有电路安放于直升机机体内部，避免了吊桶灭火方法的绳索和电路外露情况，安全性较高。 到现在最常用有效的直升机灭火方法是吊桶灭火方法或者机载水箱灭火方法。到今天，已经可以制造出一系列折叠式和整体集装箱式的盛水容器。采用直升飞机吊桶洒水灭火，与固定翼飞机洒水灭火和地面使用水泵引水上山灭火相比，可以不受或者少受水源条件、水源与火场位置关系、林火不断蔓延等因素的影响。直升机除直接用于灭火外，还可用于铺设水龙带、空中侦察，判明起火位置和火路、运输救火设备。使用多用途直升机作为灭火工具的优越性已被实践逐渐证实。 机载水箱灭火 吊桶灭火 到现在最常用直升机灭火方法是吊桶灭火方法或者机载水箱灭火方法。一般认为水和化学药剂配合较好。 3 国外灭火直升机情况 美国林业部门租用了100架直升机，用于救火和其它辅助工作。在紧急情况下，林业部门随时还可以向军方求援。其中，CH-54和CH-47因其载重量大而受到青睐。CH,54可以运送容积为18000升的外挂集装箱。CH-47除了可以完成这样的作业外，还可以装备机载灭火设备。这种灭火设备是一个包括5个容积各为18000升的罐和一个喷水操作舱的独立系统。所有这些设备均可以安装在底板上，不用对直升机的布局进行任何改变便可很快地装入CH-47上，并可用于对付各种形式的火灾。此外，在必要时直升机还可以装备泡沫消火泵。装备这些设备的CH-47直升机，每次喷洒飞行通过的时间为10秒钟，其喷洒的化学药物、泡沫或普通水的作用面积为2135平方米。 602 美国民航拥有的大载重量直升机是BV-107和BV-234。在得知发生森林火灾后，这些直升机可以马上装备外挂集装箱，赶赴救火现场。常青树公司和空中吊车公司使用的是西科斯基公司的S-64。在必要时，直升机还可以装备一个可容纳7000升水的集装箱。机 60s时间内从不小于0.5m 深的水源中吸满水箱。直升机体下部设有取水吸管，可在45, 灭火时投放灭火剂的流量可在4L/s,33 L/s之间分8个档次调节。遇有强烈火灾时, 可保证在3s内将9500L水或灭火剂全部投放出来。 美国并非是使用直升机灭火的唯一国家。目前世界上使用直升机灭火的国家有很多。俄罗斯森林资源丰富，森林火灾也非常严重。但由于俄罗斯地域辽阔，自然水域很多，为此给直升机取水灭火提供了有利的条件。俄罗斯灭火直升机的队伍非常庞大，它们中有米-8T(MT、MTB)、米-17、米-26T、卡-32等。至于盛水容器，他们使用的是自己研制的价格低廉的BCY-5放水装置。在前苏联切尔诺贝利核电站发生事故后，米-6和米-8直升机参与了急救工作。飞行员们驾驶着直升机，冒着生命危险向熊熊燃烧的核反应堆投放化学药物。直升机在这次救援工作中的作用和飞行员表现出来的英雄主义精神受到人们的高度评价。 S,64直升机撒化学药剂 米,26T直升机撒水 在加拿大，直升机作为对飞艇的补充，在其林业部的航空分队中发挥着重要作用。在意大利用于灭火和救护的直升机是AB-412和NH-500，以及装备5000升罐的意大利军队的CH-47。瑞士空军平时使用的灭火直升机为装备有集装箱的“超美洲豹”，如遇紧急情况时，还可求助于拥有A-109直升机的救援部门。在波兰，华沙消防分队使用的是“索科尔”直升机。它装备吊车和热视仪。西班牙用于灭火租用的是波兰的“索科尔”和米-2，以及保加利亚和俄罗斯的卡-32和米-17。 德国警察局和军队使用的灭火直升机是BO-105、BK-117和CH-53。葡萄牙灭火使用的是经过改装了的米-14反潜直升机。在南美国家的灭火中，乌拉圭使用的直升机是英国空军过去曾使用过的直升机—“威塞克斯”，智利灭火使用的是曾经在美国陆军中服役的直升机AH-1。在南美国家与大火的斗争中，还可以见到俄罗斯的“卡”型和“米”型直升机的身影。挪威的灭火直升机是贝尔-205、贝尔-214和S-61N。这些直升机可装 603 备1500至9000升的罐式集装箱。新西兰民用航空救护部门使用的是AS-350直升机。在澳大利亚也使用类似的直升机灭火。英国林业部门用于灭火的是轻型直升机。现在，伦敦和一些郡的火警局正在试验用BK-117直升机进行灭火。 4 国内灭火直升机研究情况 吉林省敦化航空护林站2001、2002年两年当中共对9个火场实施洒水17桶的作业，用时16小时21分，平均每洒1桶水耗时57分40秒。实践证明:吊桶灭火耗时过长，再加上风向、风速、高度等因素的影响，灭火效果不佳。 2003年吉林省敦化航空护林站对吊桶灭火和机载水箱灭火两种方法进行了深入探 [1]讨，他们得出了一些非常有意义的结论: 机载水箱灭火与吊桶灭火相比较: 一、是克服了吊挂飞行影响飞行速度和稳定性的不安全因素; 二、是克服了吊桶使用故障率高的难题，吊桶的绳索和电路外露而易损，机载水箱所有电路安放于直升机机仓内，安全性较高; 三、是机载水箱灭火飞行安全高度降低，增加了洒水的准确性; 四、是机载水箱灭火基本不影响飞行速度，可以提高扑灭火灾的效率。 从日本对城市高层建筑灭火的使用情况来看，机载水箱可以安装高压水枪来扑灭高层建筑火灾，这是吊桶灭火无法做到的，从灭火效率和发展趋势来说，大型机载水箱灭火是未来焦点。 在我国东北地区，大型机载水箱灭火效率高的特点值得关注。我国东北航空护林局曾在米八直升机仓内安放软式胶囊，停在水源处用机动水泵将水囊加满水后飞到火场，在仓门喷洒。缺点:直升机必须停泊地面后加水，无法着陆的水源处无法加水。结构不 [2]完善，喷洒效果不好。尤其没有解决水的晃动影响直升机飞行控制的问题。 5 国内直升机加装机载水箱探讨 从公开新闻来看，目前国内森林灭火多用米-8直升机。米-8直升机本身是针对俄罗斯高纬度高寒气候的，设计之初没有考虑到在气候湿热的环境下使用。在我国南方湿热气候条件下，腐蚀情况严重，机型老旧，技术性能落后，操作性能很差，多次发生重大安全事故，不仅严重影响到我国森林灭火工作，而且严重威胁到护林官兵的人身安全，应该换装新型直升机。我国的直八型机为海军型直升机，防水防腐蚀性能非常出色，非常适合改装灭火直升机。我国要发展大型机载水箱灭火直升机，必须立足国情，从我国大量使用的中型直升机中选择型号。 目前国内使用较多的中型直升机主要有直-8和米-171。直-8为单旋翼带尾桨直升机，旋翼系统由桨毂和6片矩形胶接全金属桨叶组成，尾桨为5片全金属桨叶，水密铆接半硬壳式结构，船形底部，前三点轮式两栖起落架和短翼浮筒，可以水上起降和漂浮。 604 直-8具体性能数据:空重7095千克，最大起飞重量13000千克，最大商载3000千克。最大平飞速度275公里/小时，经济巡航速度232公里/小时，爬升率6.6米/秒，动升限3050米，悬停高度(有地效)1900米，(无地效)1248米，航程800公里、续航时间4小时6分。直八装有三台涡轮轴发动机，起飞功率共3570千瓦，在海平面大气状态下有较大的功率储备，单发故障后可继续飞行，飞行更安全。 米-171是基于米-8型机的改进型，装有二台涡轮轴发动机，起飞功率共2792千瓦，功率储备小，单发故障后基本没有起飞和继续飞行的能力。直-8舱内运输4000公斤，外挂运输5000公斤，米-171舱内运输4000公斤，外挂运输4000公斤。直-8的运载能力与米-171相当，但客货舱容积比米-171大;直-8型直升机是按三防要求设计的，可以在水面起降，具有抗盐雾、霉菌、腐蚀和湿热能力。米-171直升机未按三防要求设计，三防性能差，又没有采用水密铆接，进水后其防腐是个难题。直八型机具有水上救生能力，安全性、实用性和维修性比米-171好，且直八型机为全国产型机，技术成熟，售后服务方便、有保障。 直-8原型机为海军型，货舱容积大，对应于主轴下方地板上有一个舱口，供外部吊挂钢索通过，加装机载水箱可作为放水口。机载水箱具体设计和相关技术指标可以借鉴国内外机载水箱的成熟技术，结合直升机的具体性能进行研究设计，根据直升机重心范围可以将水的晃动对直升机重心的影响在水箱设计加以考虑，这一问题就一定可以得到很好的解决。在国外，与直八同为海军型的海王直升机改装机载水箱作为灭火直升机表现出了非常优异的性能。 机载水箱结构与应用方式:在直升机下或内部装载液水箱。水箱内设有电动吸水泵，直升机可悬停水面自动吸水。飞往火场上空将水直接洒向火线，。有些先进水箱还设有增粘或泡沫剂附加机构，增大灭火效果。这种目前最先进的直升机灭火装备优点:其机动性、适应性、可靠性强，使用方便，无需拆装水仓，不影响机降、索降、巡护、指挥等作业。从西方国家的灭火直升机使用情况来看，带有大型机载水箱的载重量大的重型直升机最受青睐。 综上所述，总观目前国内所使用的直升机，国产直-8改装灭火直升机最适合我国国情。 6 结束语 大型直升机机载水箱灭火是目前最先进的灭火方法，发展大型直升机机载水箱灭火不仅可以提高我国森林灭火效率，推动我国森林灭火工作的发展，也为直-8直升机开辟了一个新的应用范围，对我国直升机事业和直升机厂家的发展也能起到一种促进作用。 参 考 文 献 [1]李树宽,方海滨.大型直升机机载水箱洒水灭火技术的探讨[J]，森林防火,(1)，2004 [2]徐振我,翟淑清.直升机森林灭火系列配套装备的研究与应用[J],林业机械与木工设备,(1)，1997 605