直升機在森林和高層建筑滅火救援應用淺析

楊全輝 上海勝潔科技股份有限公司

近年來，我國森林火災頻發，給社會經濟造成了嚴重損失，直接威脅到林業可持續發展和國家生態安全。僅四川省涼山州已經連續多年發生森林火災，2019 年犧牲30 人、2020 年犧牲19 人，火場過火面積近千公頃；傳統消防救援裝備在超高層建筑顯現出“進不去”“夠不著”“展不開”等不足。直升機依靠自身的機動靈活、垂直起降、空中懸停等關鍵性能，在森林滅火、城市建筑滅火等消防救災行動中起著重要的作用。

一、直升機在森林滅火救援應用

直升機森林滅火主要有三種方式：機降（直升機搭載滅火隊員快速投送到火場開展滅火作業）、機降、索滑降（索滑降隊員開辟直升機臨時著陸場、投送救援物資和人員）和采用吊桶等專業滅火器材。直升機廣泛用于森林滅火，國內外都非常重視。美國西科斯基公司利用S-64 型直升機平臺載重能力強、續航時間長的特點，采用可卸吊艙設計技術，在該平臺上掛裝了1 個9500L 的水箱和1 個290L 的滅火劑儲箱，使其具備了優良的滅火能力，在森林消防領域得到廣泛應用；國內在直升機載滅火設備工程化研究有一定先進性。應用較廣的滅火劑噴灑設備主要有懸掛式吊桶、自動吸水式水箱等。懸掛式吊桶具有操作簡單、拆卸方便、快速裝載等特點。如直-8 型機消防吊桶可載水3 噸，可在水深2.5 米以上的水源點進行取水，以160 千米/時的速度飛往火場上空進行滅火作業，具備火線精準灑水滅火能力。機腹式水箱系統可以根據火情調節放水速度，并可將其艙內的水放2 次，放水時間持續1 分鐘，取水后能以200 千米/時以上飛行速度在火源上空灑水，機動靈活性好，灑水面積較大。（見圖1、圖2）

二、直升機在超高層建筑滅火救援應用

由于超高層建筑固有的高度屬性，一旦發生火災，人員逃生非常困難，給消防救援工作帶來了嚴峻的挑戰，依靠傳統的消防救援裝備顯現出諸多的不足。奧地利、美國和日本等國家在直升機超高層建筑滅火方面開展的比較早。日本在直升機在滅建筑物火災試驗中發現，直升機灑下的水被房屋屋面阻擋，不能到達火源部位，認為空中滅火不適用于建筑物火災，其研究方向轉為以撲救森林火災為主。阪神大地震后，建筑物火災的空中滅火再度引起有關方面注意。東京都消防廳于1997 年重新開始了建筑物空中滅火的研究工作。從試驗情況來看，依靠直升機空中灑水達到完全滅火是困難的；每灑一次水都能控制火勢1～5 分鐘，連續灑水就有一定的阻止火勢擴大的效果，但是對于因飛濺火源引起的建筑物表面火災是有效的。

近些年，Simplex 直升機消防水炮或IFEX3000 直升機載脈沖炮的出現是解決高層建筑直升機滅火的一種新途徑，通過上述設備，直升機在空中懸停后，從水平方向往建筑物內火源上噴水或滅火劑。（見圖3、圖4）

其他國家對于直升機滅火技術的研發和生產都非常重視。能用于滅火的直升機型號也比較多。如“農場主”(FieldMaster)型飛機、AS350B1“松鼠”（水炸彈）型滅火型直升機、米-26 型重型消防直升機等，在消防領域都為各自國家的消防事業做出了不可磨滅的貢獻。

三、直升機布撒森林滅火彈系統設計

圖1 S-64 直升機森林滅火

圖2 直升機自動吸水箱

圖3 直升機空中灑水

圖4 直升機搭載脈沖炮進行高層建筑滅火

二戰中，為了提高布雷效率，德國與意大利軍隊在北非已經開始使用飛機撒布防步兵地雷。與固定翼飛機相比，直升機更加靈活，戰場反應更為迅速，各國均有裝備。如美國“火山”拋撒布雷系統采用模塊化設計，既可安裝在直升機兩側，也可以傾斜安裝在地面車輛上。系統由4 個發射箱、布雷彈、撒布控制器組成，每個發射箱內裝40 枚布雷彈，一次齊射布雷總數可達960 枚，最快只要17 秒就能布設一個長1150 米、寬125 米的混合雷場。

筆者借鑒直升機布雷技術，設計了直升機布撒森林滅火彈系統。該系統為內載式。就是在直升機機艙內設計專用的自動輸彈設備和布撒設備，將裝有降落傘的滅火彈以一定節奏拋出機艙。自動輸彈系統可以采用現役23mm 或30mm 航空炮彈成熟的輸彈技術，滅火彈也按照23mm 或30mm 航空炮彈的外形尺寸進行設計，彈體內裝有高效滅火劑，從森林火場上空布撒滅火彈（彈重約2kg）。由于直升機載重量大（以AC312 為例，2000kg），可以裝載近千發的滅火彈，通過配套的布撒控制系統控制滅火彈布撒位置，可以快速形成較大范圍的隔離帶，再通過直升機投送滅火隊員，實行分片切割、定點圍殲，為直升機森林滅火提供新的技術和手段，提高滅火效率和效果。（見圖5）

四、直升機超高層建筑滅火系統設計

直升機武器系統主要由直升機及航電系統、航空彈藥、發射裝置等組成。直升機及航電系統主要用于飛行員進行目標搜索、跟蹤和發射彈藥提供信息；發射裝置用于掛載航空彈藥。筆者借鑒直升機武器系統設計原理和工作流程，結合超高層建筑滅火救援特點，設計了直升機超高層建筑滅火系統。該系統主要包括直升機平臺、光瞄裝置、發射裝置、控制計算機、多功能彈等。（見圖6）

該系統以直升機作為滅火救援平臺，通過搭載發射裝置，以發射滅火彈、救援彈及偵察彈的方式對高層建筑火災進行救

援。可根據救援任務選擇搭載不同的筒彈（偵察彈、救援彈和滅火彈）。火災發生后，直升機迅速起飛，飛向著火點，在距離著火點50m-100m 左右距離懸停，飛行員通過瞄測裝置瞄準火源，并進行激光測距，達到發射條件后直升機發射滅火彈、偵察彈或救援彈。建筑內火災現場的人員可以利用救援物資進行快速逃生。

五、發展趨勢

總體來說，國內外直升機在森林和高層建筑滅火救援方面應用比較廣泛，隨著直升機平臺和滅火技術的快速發展，直升機滅火應用范圍和效果將更加突出。綜合以上分析和滅火系統設計需求，今后的直升機滅火技術重點在三個方面。一是直升機平臺專業化。不同的使用場景對直升機平臺的要求不同，森林滅火對直升機的載重、續航需求更突出，城市建筑對直升機的快速機動、飛行安全等性能需求更迫切，因此，直升機平臺專業化發展至關重要；二是滅火裝備高效化。無論是森林滅火還是建筑滅火，最終滅火效果取決于滅火裝備的滅火效能。滅火效能的影響因素較多，滅火劑必須針對火災原因、火場環境、火災危害等進行針對性設計。同時，受直升機載重限制，滅火裝備的輕型化、小型化是發展方向；三是系統多功能集成化。直升機平臺除了具備滅火功能外，還應具備偵察指揮、運輸投送、應急救援等功能。在進行直升機滅火系統設計過程中，進行相關各功能模塊設計，采用模塊化組合方式實現一機多能，最大限度發揮直升機平臺的效能。