非爆炸型細水霧森林滅火航彈設計 與試驗研究

摘要：本文提出了一種非爆炸型細水霧森林滅火航彈，該航彈采用氣動分散設計，安全性好、滅火效能高。試驗得出：彈體內部壓強為3MPa時，壓力開關開啟壓強應為0.8MPa，此時滅火效能最高，單發滅火航彈的有效面積約為24.6m2。

關鍵詞：森林滅火彈；細水霧；壓強；氣動分散

森林火災是一種突發性強、破壞性大、處置救助較為困難的自然災害。傳統滅火彈多為爆炸分散式彈藥，主要依靠爆炸產生的沖擊波拋灑滅火劑，容易把火源帶到其它區域形成新的火點，爆炸產生的破片也可能對人員造成誤傷，存在安全隱患。針對以上情況，本文設計了一種新型森林滅火航彈，高空投放到達指定區域后噴灑出滅火劑進行滅火。該新型滅火航彈采用氣動分散設計，彈體著地后利用慣性機構激活彈上氣體發生器，結構簡單，安全性高，同時通過中高壓細水霧噴頭對滅火劑進行霧化，有效提高了滅火效能。

一、滅火航彈的設計

1.結構設計

森林滅火航彈由彈體、氣體發生器、滅火劑、導液管、霧化噴頭、尾翼組成，具體結構如下圖所示。

彈體與尾翼采用螺紋連接，彈體內部裝有氣體發生器和滅火劑，氣體發生器通過螺紋固定在彈體內腔頭部。細水霧噴頭通過螺紋固定在彈尾基座上，細水霧噴頭由壓力開關和噴嘴組成，壓力開關置于細水霧噴頭組件內腔，導液管通過螺紋的方式與壓力開關連接。氣體發生器的導氣管開口端在彈體尾部，以保證在尾部形成對滅火劑的壓力，導液管開口在彈體頭部，以便導液管吸取滅火劑。

2.氣體發生器設計

氣體發生器由殼體、慣性機構、煙火藥劑、壓力膜組件及導氣管組成，如圖2所示。其輸出端對應煙火藥底端面，煙火藥上端面對應壓力膜組件。壓力膜組件由壓力薄膜銅片和過濾網組成，內置于氣體發生器殼體上端，導氣管通過螺紋與氣體發生器殼體連接。如圖3。

慣性機構內置慣性擊針及發火體，當慣性過載大于1000g時，擊針撞擊發火體發火。壓力膜在腔體內壓強達到3MPa時打開，以保證能夠形成細水霧。煙火藥劑是一種緩慢燃燒型大氣量的煙火藥，可根據配方調整氣體產生速率。本文設計的滅火航彈可裝填50L滅火劑，中心出氣口孔徑為?20mm，當細水霧噴射時間為45s時的最佳配方組成為：LLM-10530%、硝酸銨39%、相對穩定劑10%，氧化銅17%，可溶性氟橡膠粘貼劑4%。

3.細水霧噴頭的選用

細水霧噴頭選用2～3MPa的XWT型中高壓細水霧噴頭，壓力開關選用0.8MPa常開式機械壓力開關。該噴頭水霧均勻性好，流阻損失少，具有更高的初始動能與更好的彌漫性，更適用于大空間場所的火災撲救。

4.工作原理

滅火航彈空投著地瞬間，慣性過載激活氣體發生器慣性機構，煙火藥劑在燃燒室內形成高壓氣體。當燃燒室內壓強達到3MPa時打開氣體發生器壓力膜組件，高壓氣體進入彈體內部，當彈體內壓強達到壓力開關開啟壓強時，滅火劑經內部吸水管進入高壓細水霧噴頭，通過噴嘴將滅火劑霧化成直徑不大于100um的細水霧噴撒出去，霧化后的細水霧在火場空間懸浮、吸附、混合，實現對火災的有效撲滅。

二、滅火航彈試驗研究

試驗系統主要由空壓機、模擬航彈與觀測系統三部分組成。空壓機用來模擬氣體發生器，為彈體內部提供壓縮空氣。模擬航彈主要由彈體、細水霧噴頭與壓力表組成，細水霧噴頭

位于彈體頂端，壓力表用來測試彈體內部壓強。觀測系統主要由高速攝像機與計算機組成，用于記錄水霧生成及滅火過程。

為了提高滅火效能，需要對細水霧噴頭的開啟壓強進行優化。本文設計了一組試驗，試驗選定了四種不同壓強的壓力開關，分別為0.3MPa壓力開關，0.8MPa壓力開關，1.6MPa壓力開關和3.0MPa壓力開關。空氣壓縮機提供初始壓強為3MPa。

試驗表明，采用0.8MPa壓力開關時，細水霧噴頭噴灑效果最為理想。試驗表明在3MPa氣壓下，選用XWT型中高壓細水霧噴頭，單發滅火航彈的有效半徑為2.8m，有效面積可達24.6m2。

三、結語

1.設計了一種新型森林滅火航彈，采用氣動分散設計，是一款安全型滅火彈藥。

2.采用高壓細水霧噴頭設計，增加了滅火劑的利用率，提高了滅火效能。

3.設計了一種氣體發生器，無需電子激活，提高了長貯型與可靠性。

4.進行了試驗研究，優化了工作壓強，并得到了單發滅火航彈的有效滅火面積。

參考文獻：

張明遠，舒立福，杜鵬東等.空投式森林滅火彈的設計[J].林業機械與木工設備，2015，（04）：10-12.

李政，汪泉，惠強強，劉曉明等.一種爆炸水霧滅火彈的設計[J].消防科學與技術，2010，（04）：304-308.

莊宏煒，牛鵬宇，程馨瑩，莊維偉.反自焚手持式滅火彈設計與滅火試驗[J].消防科學與技術，2015，（12）：1622-1624.

陳吉潮，王克印，劉耀鵬.國內外森林滅火彈發射裝置研究現狀[J].機電工程，2012，（05）：616-619.

陳玉坤，王克印，黃海英，趙排航.機載細水霧森林滅火彈理論研究[J].林業機械與木工設備，2014，（10）：35-37.