直升機(jī)滅火效率的研究

張鑫，李斐，張靖，張德全，楊志軍，張鵬，房克清

(1.山東省龍口市林業(yè)技術(shù)推廣站，山東 煙臺 265701；2.山東省招遠(yuǎn)市林業(yè)局，山東 煙臺 265701; 3.山東省林業(yè)監(jiān)測規(guī)劃院，山東 濟(jì)南 250014)

當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展日新月異，人為活動與日俱增，生態(tài)建設(shè)的開展，植被蓋度及生物量的迅猛增加，張德全、楊志軍、王文英、王愛東等從2002年開始對山東省森林碳儲量、山東植被及其變化態(tài)勢進(jìn)行了系統(tǒng)研究，科學(xué)地預(yù)見在將來山東森林碳儲量還會大大增加，植被蓋度還會有所增加，結(jié)構(gòu)會變得更加復(fù)雜[1-6]，防火形勢會愈加嚴(yán)峻，客觀上對森林防火滅火撲火工作提出了新要求，帶來了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的滅火作業(yè)方式及工具已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新時代的要求了，迫切需要以飛機(jī)取水滅火為主的滅火方式成為主流。但是飛機(jī)滅火對于山東省來說是一新生事物，為了起到事半功倍的作用，研究其滅火效率尤為重要。

1 資料來源

山東省航空護(hù)林站提供的2次吊桶滅火飛行數(shù)據(jù)和20次吊桶訓(xùn)練數(shù)據(jù)。飛行時間2017年4—5月。地點(diǎn)為萊蕪雪野機(jī)場周邊地區(qū)。飛機(jī)型號為AS-350B3(70DY)。

2 研究方法

通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，找出油耗與機(jī)場距離、取水點(diǎn)距滅火地距離的關(guān)系。通過功效分析進(jìn)而找出影響滅火功效的主要原因。用方差檢驗(yàn)的辦法進(jìn)行分析比較。用物理學(xué)上的做功原理進(jìn)行功效分析，進(jìn)而得出有效功占比及與相對耗油量的關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

通過計算直觀分析，飛機(jī)航油每公升功效與取水點(diǎn)距離、每次撒水噸數(shù)有關(guān)系，而與機(jī)場距火場距離關(guān)聯(lián)不大，而取水點(diǎn)距離、撒水噸數(shù)居于中等水平，則其功效接近于中等水平。不能更加準(zhǔn)確表達(dá)其相關(guān)關(guān)系，只有通過方差進(jìn)行對比分析，方能知曉其是否差異顯著。總體差異情況見表1。其中AF、FF、WF、OF、PF、PPF分別代表機(jī)場距火場距離A、火場距取水點(diǎn)距離F、灑水噸數(shù)W、耗油量O、每公升功效P、每公升功效與均值比PP的F值(下同)。

3.1 總體試驗(yàn)方差分析

表1 總體試驗(yàn)方差分析表

從表1可知，除A與W之間表現(xiàn)差異不顯著外、F與O間表現(xiàn)差異較顯著(精度90%以上)，其余均表現(xiàn)為差異極顯著(精度99%以上)，其中P與F表現(xiàn)最為顯著，其次是P與O之間表現(xiàn)較為顯著，可見火場距取水點(diǎn)距離F乃是影響滅火功效的主要因素，耗油量的多少乃是第二位的影響因素，依次類推。

3.2 機(jī)場距離試驗(yàn)

表2 2km機(jī)場距離試驗(yàn)方差分析表

如果用AZF、AQF、ADF分別代表2 km機(jī)場距離與總體相比、與其余試驗(yàn)相比、與等距離6 km機(jī)場距離試驗(yàn)相比的F值，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，其數(shù)值均低于90%可靠度的F檢驗(yàn)臨界值，故由此可見，機(jī)場距離對各種試驗(yàn)指標(biāo)的影響程度無顯著性差異，對飛機(jī)撒水功效無顯著性影響。由表2可知，P與PP的F值是一樣的，AZF與AQF是相等的，由于AZF試驗(yàn)樣本較多的緣故，其試驗(yàn)結(jié)果更可靠、精度更高。因此我們在做類似比較試驗(yàn)時，可以用其中一部樣本與總體進(jìn)行比較，這樣可以起到節(jié)約科研經(jīng)費(fèi)，事半功倍的作用。中國科學(xué)院的許多試驗(yàn)已經(jīng)在此方面廣泛應(yīng)用，在以后科學(xué)實(shí)踐中應(yīng)推廣應(yīng)用。由此可見，機(jī)場到火場距離對滅火功效無顯著性影響，它不是影響滅火功效的因素。

3.3 取水點(diǎn)距離試驗(yàn)

如果用WZF、WQF、WDF分別代表1 km取水點(diǎn)距離與總體相比、與其余試驗(yàn)相比、與相對等距離(1.5～3.0 km)取水點(diǎn)距離試驗(yàn)相比的F值，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，其中與機(jī)場距離理想比的F值均為8，可靠度大于99%。可見機(jī)場距離的影響是均一的，它的變化不會影響到其他項(xiàng)目的差異性變化。與灑水噸數(shù)W的方差比較值F值均低于90%的可靠度，無顯著性差別。WZF、WOF與O項(xiàng)的F值同為1.17，可靠度低于90%，無顯著性差異，但WDF對與耗油量有顯著影響，關(guān)鍵是樣本的選取問題，只有選取比較均一的樣本單元組成單元組，才能表現(xiàn)較好的試驗(yàn)效果。由表3可知，P與PP的F值也是一樣的，均以99%以上的可靠性通過檢驗(yàn)，就是說取水點(diǎn)距離對飛機(jī)滅火影響具有極顯著影響，差異顯著。同樣WZF與WQF是相等的，由于WZF試驗(yàn)樣本較多的緣故，其試驗(yàn)結(jié)果更可靠，精度更高，效果同3.2一樣，不再贅述。

表3 1 km取水點(diǎn)距離試驗(yàn)方差分析表

3.4 功效分析

利用物理學(xué)原理，通過對功的計算，22次試驗(yàn)飛機(jī)總做功為1.235 88×108kg·m，其中有效功為1.995 0×108kg·m,占16.1%，無效功為10.360 8×108kg·m,占83.9%，而有效功相對耗油量為101.25 L,占30.1%，無效功相對耗油量為235 L,占69.9%。可見做有效功的相對耗油量占比幾乎是無效功的2倍。這是由于飛機(jī)取水動作需要損耗油量造成的。

4 討論與結(jié)論

單從油耗分析，影響其功效的主要因素是火場距取水點(diǎn)距離，因此找到最近取水點(diǎn)，或用消防車相結(jié)合，采取人工運(yùn)水的辦法，拉近取水點(diǎn)距離，可起到省油的目的。從表中可以看出，每公升航油撒水量與均值比，50 m遠(yuǎn)，為1.7，為最大，而相距2 500 m,為最小，僅為0.4，二者相比前者是后者4.25倍，而距離后者是前者的5倍，幾乎成反比關(guān)系(倍數(shù)相等就成反比例關(guān)系)。

考慮各地用工條件的千差萬別，特地作了功效分析。取水點(diǎn)離火場越遠(yuǎn)，其功效反而越高，因?yàn)檫@樣做的有效功較多，就是克服了周邊無滅火水源的困難。取水桷的取水量問題直接關(guān)系滅火效果，在條件允許的條件下，盡量采用大容量的取水器，并要滿載。火場距機(jī)場較近，功效較高，因此機(jī)場要盡量設(shè)在重點(diǎn)森林火險區(qū)。

研究表明，加油的多少對功效的影響可以忽略不計，機(jī)場離火場的距離不是影響油耗功效的主要因素；另外，用一部分樣本與總體進(jìn)行比較達(dá)到差異性檢驗(yàn)的目的，這在實(shí)踐上是可行的，能夠提高試驗(yàn)精度。特別像飛機(jī)飛行這樣的消耗大量人力物力的試驗(yàn)具有更加重要的意義，在以后的科學(xué)試驗(yàn)活動中可以借鑒應(yīng)用。