Способ обеспечения постоянного расхода огнегасящей жидкости из ёмкостей при её сбросе с самолёта на лесной пожар
Владельцы патента RU 2775953:
Публичное акционерное общество "Таганрогский авиационный научно-технический комплекс им. Г.М. Бериева" (ПАО "ТАНТК" им. Г.М. Бериева") (RU)
Изобретение относится к области авиации, в частности к устройствам систем специального пожарного оборудования самолетов, самолетов-амфибий, осуществляющих тушение лесных пожаров. Технический результат достигается тем, что створки отсеков открывают до заданного угла с большой угловой скоростью, создавая необходимый расход огнегасящей жидкости в течение 5-10% времени ее сброса. Затем створки отсеков открывают с небольшой, практически постоянной угловой скоростью, плавно увеличивая площадь сброса, обеспечивая постоянный расход огнегасящей жидкости в течение 80-90% времени ее сброса. После чего створки отсеков открывают с большой угловой скоростью до полного открытия, при этом быстро сливая оставшуюся огнегасящую жидкость. Заявляемым изобретением решается задача уменьшения неравномерности покрытия грунта и повышения эффективности использования огнегасящей жидкости при тушении лесных пожаров самолетом. 7 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области авиации, в частности к устройствам систем специального пожарного оборудования (ССПО) самолетов, самолетов-амфибий, осуществляющих тушение лесных пожаров.
Лесные пожары на Земле возникают практически каждый день. Как правило, они наносят значительный ущерб лесным массивам, и часто этот ущерб носит непоправимый характер. Территория России каждый год подвергается разрушительным действиям лесных пожаров. Их на ее территории ежегодно возникает до 40 тысяч. Ежегодный ущерб от них достигает 15 миллиардов рублей, и эта сумма включает только стоимость древесины. Поэтому борьба с лесными пожарами остается актуальной задачей для России. Особо сложные проблемы с лесными пожарами создаются в удаленных регионах с горной местностью и лесами.
Существующий способ тушения лесных пожаров самолетами (Ил-76П, DC-4, DC-6, DC-8, DC-10, CL-215, CL-415, Бе-200, Бе-200ЧС) и вертолетами заключается, как правило, в создании заградительной полосы огнегасящей жидкости перед пожаром. Сбрасывать огнегасящую жидкость непосредственно на лесной пожар нет смысла и кроме того не безопасно. Сброшенная над очагом огня жидкость быстро испаряется, не достигнув грунта. Выделенный при этом кислород способствует большему возгоранию леса.
Самолет Ил-76П производит сброс воды из сопел емкостей, в основном, под действием давления воздуха в них. Две емкости, по 20 тонн каждая, располагаются вдоль грузового пола самолета и имеют сопло на своих торцевых поверхностях, направленное в сторону кормовой рампы, открывающейся в полете. Емкости, установленные в фюзеляже самолета, имеют наклон к его строительной горизонтали. Но для ускорения выхода воды из емкостей в них создается воздушное давление. Это давление, высота сброса воды и большая скорость полета самолета при этом (280-290 км/ч), способствуют существенному раздроблению массы воды на отдельные фрагменты, капли и водяную пыль. Применение этого самолета для указанных целей затруднительно в холмистой и гористой местности, поскольку ему опасно выполнять маневры в полетах на низкой высоте.
Самолеты DC-4, DC-6, DC-8, DC-10 оснащены емкостями, разделенными на несколько частей - отсеков, отделенных друг от друга и имеющих свои створки для сброса огнегасящей жидкости. Это позволяет выполнить сброс всей огнегасящей жидкости, открыв одновременно все створки отсеков или сбросить жидкость последовательно из каждого отсека, поочередно открывая створки с определенной величиной задержки по времени. Створки отсеков открываются быстро и полностью (доли секунды). Сброс жидкости из каждого отсека происходит за (1,5-2) секунды. Такой сброс воды не управляемый и называется залповым.
Существующие в настоящее время в мире самолеты-амфибии: канадские CL-215, CL-415 и российские Бе-200 и Бе-200ЧС, забирающие воду с водоемов на режимах глиссирования, имеют четыре и восемь отсеков, что позволяет производить сброс жидкости на лесной пожар в различных вариациях: залповый сброс всей жидкости, залповый сброс частей жидкости, последовательный сброс всей жидкости и последовательный сброс части жидкости. Последовательный сброс приводит к увеличению длины заградительной полосы перед лесным пожаром при сбросе того же объема жидкости. При этом концентрация жидкости на грунте уменьшается на начальных участках полосы покрытия, приближаясь к необходимой. Однако неравномерности покрытия грунта огнегасящей жидкостью сохраняются и при последовательных сбросах.
Равномерную заградительную полосу покрытия грунта создать практически невозможно. Поэтому в настоящее время допускается неравномерность покрытия полосы грунта жидкостью в ее поперечном направлении, не превышающая 20% от заданной ее концентрации, на ширине 10 метров и вдоль всей полосы покрытия.
Величина необходимой концентрации огнегасящей жидкости на грунте рекомендована исследовательской работой в США (G. Lovelette State drop height for fied -wing airtankers. Aviation tech tips. March 2000. BSDA Forest Service. Ttecnology and Development Progpam. Airtanker Drop Guides.). В ней определены величины пограничной плотности (q) зон орошения, для различных видов лесов: редколесье - q=0,4 л/м2; хвойный и лиственный лес - q=0,8 л/м2; хвойный лес с валежником - q=1,6 л/м2; торфяники - q не менее 2,4 л/м2. Создание зон орошения с меньшей пограничной плотностью не рекомендуется.
Анализ покрытия грунта огнегасящей жидкостью при тушении лесных пожаров самолетом-амфибией Бе-200 авиационными средствами за истекшие 18 лет показал, что уровень покрытия грунта неравномерный. Обработкой натурных данных покрытия грунта огнегасящей жидкостью после ее сброса с самолетов-амфибий Бе-200ЧС, CL-215 и CL-415 установлено, что до 25% сброшенной огнегасящей жидкости не осаждается на грунте полосы заграждения. Под действием воздушного потока она разбивается на мелкие фрагменты и пыль, которые испаряются в воздухе. Осевшие на грунт 75% жидкости распределяются на нем неравномерно как вдоль полосы покрытия, так и в поперечном направлении. Почти половина сброшенной жидкости оседает на начальном участке полосы покрытия грунта. Концентрация жидкости на этом участке больше необходимой. («Длины и ширина полос покрытия грунта водой в результате ее сброса с самолета-амфибии Бе-200» НИМК ЦАГИ, 2019 г. «Акт летных испытаний по оценке характеристик специального пожарного оборудования самолета-амфибии Бе-200» Государственная Служба гражданской авиации Минтранса РФ, г. Краснодар, 2003 г.)
В качестве прототипа взят способ открытия створок отсеков емкостей самолета-амфибии Бе-200. Самолет-амфибия Бе-200 может набрать в свои емкости 12 тонн воды. Носовая емкость, расположенная перед первым реданом лодки, разделена на четыре отсека. Общий объем воды в ней составляет 6,5 тонн. Кормовая емкость располагается за реданом лодки. Она также разделена на четыре отсека. Общий объем кормовой емкости составляет 5,5 тонн. Все отсеки снабжены открывающимися створками для осуществления сброса огнегасящей жидкости. Сброс огнегасящей жидкости с самолета Бе-200 может быть выполнен как залповым вариантом, так и последовательным.
Носовая емкость самолета-амфибии Бе-200 состоит из четырех отсеков 1, расположенных под полом 2 (фиг. 1). Аналогичное построение имеет и кормовая емкость, также состоящая из четырех отсеков. Каждый отсек имеет свою створку 3, открывающуюся при процессе сброса огнегасящей жидкости на лесной пожар. Угловая скорость открытия створок постоянная, обеспечивающая их полное открытие за время не более 0,45 секунды.
Первоначально расход быстро нарастает (за 0,25 секунды), а затем монотонно снижается. Такой характер расхода воды типичный при сливах огнегасящих жидкостей из емкостей самолетов, когда створки отсеков быстро и полностью открываются (фиг. 2).
При залповом сбросе с самолета огнегасящей жидкости полоса покрытия грунта в ширину обычно больше, а в длину короче в сравнении с последовательным сбросом того же объема огнегасящей жидкости (фиг. 3).
При последовательном сбросе огнегасящей жидкости из отсеков емкостей самолета длина полосы покрытия существенно длиннее (фиг. 4). Изменился в этом варианте сброса огнегасящей жидкости и уровень покрытия ею грунта. Концентрация огнегасящей жидкости на одном квадратном метре уменьшилась. Уменьшилась и ширина полосы покрытия. На начальных участках полосы концентрация огнегасящей жидкости приблизилась к необходимой.
Способ сброса огнегасящей жидкости на грунт заградительной полосы покрытия перед лесным пожаром самолета-амфибии Бе-200 приводит к следующим недостаткам:
- Существенная неравномерность покрытия грунта огнегасящей жидкостью, как вдоль полосы покрытия, так и поперек.
- Объем сброшенной с самолета-амфибии огнегасящей жидкости эффективно используется на (30-40)%, поскольку на начальных участках полосы покрытия грунта концентрация превосходит необходимую, а на конечных участках она значительно ниже.
Заявляемым изобретением решается задача уменьшения неравномерности покрытия грунта и повышения эффективности использования огнегасящей жидкости при тушении лесных пожаров самолетом.
Технический результат достигается тем, что створки отсеков открывают до заданного угла с большой угловой скоростью, создавая необходимый расход огнегасящей жидкости в течение (5-10)% времени ее сброса (слива). Затем створки отсеков открывают с небольшой, практически, постоянной угловой скоростью, плавно увеличивая площадь сброса (слива), обеспечивающую постоянство расхода огнегасящей жидкости в течение (80 - 90)% времени ее сброса (слива). После чего створки отсеков открывают с большой угловой скоростью до полного открытия, при этом быстро сливая оставшуюся огнегасящую жидкость.
Большие угловые скорости открытия створки отсека могут быть различными, в зависимости от возможностей систем самолета. Чем больше угловые скорости открытия створки, на начальном и конечных процессах слива огнегасящей жидкости, тем больше времени жидкость истекает из емкости с необходимым расходом. Открытие створки отсека самолета по предлагаемому способу обеспечивает постоянство расхода жидкости, изливаемой (сбрасываемой) из отсеков, в течение (80-90)% времени ее слива. Это способствует возникновению на смачиваемой поверхности грунта приемлемой неравномерности его покрытия огнегасящей жидкостью.
Таким образом, заявляемый способ открытия створки отсека для обеспечения постоянства расхода сливаемой из него огнегасящей жидкости соответствует критерию изобретения «новизна». Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими, защищенными патентами техническими решениями в данной области, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень». Заявляемое решение пригодно к осуществлению промышленным путем.
Сущность физики процесса сброса жидкости и сущность изобретения поясняются нижеследующим описанием, чертежами и графиками, где
на фиг. 1 приведена схема поперечного сечения носовой емкости самолета-амфибии Бе-200;
на фиг. 2 представлен график расхода огнегасящей жидкости из двух отсеков самолета-амфибии Бе-200;
на фиг. 3 представлена форма смоченной поверхности грунта при залповом сбросе огнегасящей жидкости из отсеков самолета-амфибии Бе-200;
на фиг. 4 представлена форма смоченной поверхности грунта при последовательном сбросе огнегасящей жидкости из отсеков самолета-амфибии Бе-200 с интервалом задержки по времени открытия последующей створки;
на фиг. 5 представлено значение уровня постоянного расхода огнегасящей жидкости в процессе сброса из отсеков;
на фиг. 6 представлен трехэтапный процесс открытия створок отсеков;
на фиг. 7 представлен рекомендуемый процесс открытия створки отсеков для практической реализация на натурном самолете.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в трехэтапности процесса открытия створок отсеков для обеспечения постоянного расхода огнегасящей жидкости. Учитывая, что уровень огнегасящей жидкости в отсеке быстро уменьшается в процессе ее сброса, скорость ее истечения, возрастающая в первые мгновения сброса, начинает монотонно уменьшаться (фиг. 2). Для поддержания необходимого расхода жидкости в этом случае желательно площадь зазора постоянно увеличивать, обеспечивая необходимый расход огнегасящей жидкости. Для определения величины расхода огнегасящей жидкости, который необходимо поддерживать во время ее слива из отсека, используем численное решение уравнения расхода жидкости из отсеков с переменной площадью сливного проема, образуемого открывающейся створкой и изменяющейся высотой уровня жидкости в отсеке.
На первом этапе створки отсеков открывают до заданного угла с большой угловой скоростью, создавая необходимый расход огнегасящей жидкости в течение (5-10)% времени ее сброса (слива) (фиг. 5, 6, 7).
На втором этапе створки отсеков открывают с небольшой, практически, постоянной угловой скоростью, плавно увеличивая площадь сброса (слива), обеспечивающую постоянство расхода огнегасящей жидкости в течение (80-90)% времени ее сброса (слива) (фиг. 5, 6, 7).
На третьем этапе створки отсеков открывают с большой угловой скоростью до полного открытия, при этом быстро сливая оставшуюся огнегасящую жидкость (фиг. 5, 6, 7).
Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения выражается:
- В уменьшении объема огнегасящей жидкости для создания перед лесным пожаром заградительной полосы покрытия грунта - увеличению КПД.
- В экономии ресурса самолета и его двигателей.
- В экономии топлива и финансовых затрат на создание заградительных полос покрытия грунта.
Способ обеспечения постоянного расхода огнегасящей жидкости из емкости при ее сбросе с самолета на лесной пожар, заключающийся в открытии створок отсеков, отличающийся тем, что створки отсеков открывают до заданного угла с большой угловой скоростью, создавая необходимый расход огнегасящей жидкости в течение 5-10% времени ее сброса, затем створки отсеков открывают с небольшой, практически постоянной угловой скоростью, плавно увеличивая площадь сброса, обеспечивая постоянный расход огнегасящей жидкости в течение 80-90% времени ее сброса, после чего створки отсеков открывают с большой угловой скоростью до полного открытия, при этом быстро сливая оставшуюся огнегасящую жидкость.
