某大型水陸兩棲飛機森林滅火系統設計淺析

謝輝 裴沛

摘要：我國是森林火災多發易發國家，現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、反應速度快、載水量大以及水面起降等優點，在此飛機平臺以及飛機使用模式基礎上，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，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用。

關鍵詞：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;機場注水;水面滑行汲水;空中投水

1前言

據統計，全球每年森林火災的發生次數約在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%，可見森林火災的危害是相當嚴重的【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，現有直升機滅火載水量較小，反應速度較慢，在“打早、打小”的滅火方式下能起到了一定的作用，一旦森林火災沒有得到有效預警或者發生初期沒有得到有效遏制，大火便會迅速災變，火焰發展速度快、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，任務反應速度快，可快速抵達一般滅火力量無法到達的山區，及時開展作業;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，淺談森林滅火系統初步設計原理、實現功能及各子系統設計要求。

2滅火任務使用模式

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）當森林火災現場附近無合適水源時，飛機可在機場預先注水，再飛往火災現場投水滅火，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結束，注水滅火任務剖面圖如圖1所示;

2）當森林火災現場附近有合適水源時，飛機可飛往目標水域滑行汲水，再飛往火災現場投水滅火，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結束，汲水滅火任務剖面圖如圖2所示。

3森林滅火系統設計原理

從使用模式中分析來看，森林滅火系統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，在飛機內部、船底斷階位置，按前后左右布置了四個水箱。當執行森林滅火任務系統時，滅火計算機可根據燃油余量計算出當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。

當執行機場注水功能時，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，在規定的時間內完成可載水水箱的注水。

當執行滑行汲水功能時，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完成可載水水箱的自動汲水。

當飛往火場上空執行投水功能時，飛行員可通過按壓投水開關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注水子系統設計要求

注水子系統設計包括注水口和注水管路的設計，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】，因此機上注水口設計應保持與通用消防車和消防栓出水口配套，可設計轉接頭來滿足不同水源口徑需要;汲水管道的設計應滿足在150%的壓力下不應破裂以及出現影響正常使用的永久變形現象。

3.2汲水子系統設計要求

汲水子系統設計包括汲水斗、汲水管道以及汲水斗收放控制設計，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驗，在段階處布置兩個可收放汲水斗，當飛機在水面高速滑行時，通過液壓驅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】。汲水斗的設計應滿足產品在150%的工作壓力作用下，保持2min不應有永久變形及損壞;汲水斗應不能在自身重力作用下下落;汲水斗與汲水管道設計應保證飛機水面滑行12s-14s完成12t汲水;汲水斗與汲水管之間應有濾網設計，防止異物堵住汲水管，汲水管設計應考慮載水飛行過程中，水不會反流出水箱。

3.3投水子系統設計要求

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

4 結論

大型水陸兩棲飛機應用于航空滅火領域，具有航程遠、航時長、響應速度快、低速性能好以及可同時在陸上和水面起降的優勢，大型水陸兩棲飛機森林滅火系統具有機場注水、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用。

參考文獻：

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

[2] 亓玉曉.機場快速調動消防車上裝部分主要單元的設計.山東農業大學碩士論文.2015

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

作者簡介：

謝輝（1983—），女，本科，工程師，研究方向：飛機任務系統設計;

裴沛（1985—），男，碩士，工程師，研究方向：飛機任務系統設計。

（作者單位：1.中航通飛研究院有限公司）