Способ точного, масштабного тушения пожаров стаями беспилотных летательных аппаратов, создающих мультишквалы, вихри, смерчи

Изобретение относится к области пожарной безопасности, в частности к способам тушения лесных и других природных пожаров, в частности технологиям авиационного, дистанционного распыления огнетушащих составов на лесные пожары в отдаленных аварийных зонах. Современное состояние тушения леса содержит ряд ключевых, нерешенных вопросов. В изобретении предлагается путь решения качественного повышения эффективности технологии авиационного тушения, ожидаемые практические преимущества на основе новой технологии - высокоточного, с малыми удельными расходами (экономного) импульсного распыления жидкостей, гелей и порошков для авиационных роботизированных систем контроля природных и техногенных пожаров. Предлагаемая технология объединяет принципы тонкодисперсного, импульсного распыления воды, растворов, гелей, песка, грунта, пыли с помощью направленных ударных волн и высокоскоростных волн пороховых газов, самоорганизации полета группы, более крупной стаи беспилотных вертолетов соосной схемы - такая синергия открывает принципиальную техническую возможность для создания прототипов авиационных, робототехнических систем управления природными и техногенными пожарами. Системы потенциально будут иметь качественно более высокие характеристики безопасности, целевой эффективности и экономичности, чем ныне используемые системы как в РФ, так и за рубежом. Параллельные, последовательные или комбинированные, многоуровневые воздушные "атаки" на одиночные или множественные низовые, верховые или переходные пожары леса авиационной робототехнической "стаей", состоящей из 20-30 беспилотных пожарных вертолетов средней и большой полезной нагрузки не менее 100-250 литров огнетушащих агентов и природных веществ. Вертолеты-беспилотники оснащены блоком кассет с контейнерами и многоствольных модулей импульсного распыления, создающих направленные шквалы и смерчи гибкоуправляемого масштаба тушения. Блоки и модули распределены во времени и пространстве с заданной конфигурацией для воздействия в нужные зоны пожара - по высоте, глубине и ширине. Это позволит наиболее полно учесть физико-химический механизм природных пожаров для точного, высокоэкономичного тушения лесных пожаров без угрозы для жизни и здоровья пожарных на земле и пилотов в воздухе. Обеспечивается быстрое, эффективное тушение пожаров и защита при отсутствии людей в опасных зонах по комплексу поражающих факторов и труднодоступных зонах по отдаленности от баз и рельефу местности. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область использования. Изобретение относится к области активного тушения пожаров, в частности к технологиям авиационного, прицельного, порционного распыления огнетушащих агентов на природные пожары леса, саванны, степей в отдаленных зонах природных и техногенных аварий и катастроф.

Аналог. Известен способ предотвращения распространения лесных пожаров, включающий создание противопожарных заслонов во всех ярусах леса, путем разбрызгивания негорючих веществ, отвердевающих на воздухе при Р=(1±5%) Р_атм и (15±5)°С≤Т≤50°С для увеличения удельной поверхности полога леса, перпендикулярно направлению распространению пожара (А.С. №1.134.202, МКИ А62С 3/02, от 15.01.85, Гришин A.M., Бабаев В.М. и др.). Агенты разбрызгиваются с самолетов, отвердевая на кронах деревьев. Недостаток - стоимость вылета несравнима с эффектом тушения: низка эффективность локализации Верхового Пожара и низового из-за фрагментного напыления агентов на траву, нижний полог Леса.

Прототип. Патент №2.242.259, 2004 г., ФГУП «НПО «Базальт» - подвесные авиационные, распылительные контейнеры (АРК) из легкого корпуса зажигательной авиабомбы калибра 500 кг, заряд 5-8 кг ТГ-40/60 распыляет полусферически 330-400 л с начальной скоростью V₀=200-300 м/с, от эпицентра в радиусе 10-12 м скорость фронта падает до V_cp=15-20 м/c с концентрацией воды 50-100 г/м³. Фронт тушит кроны большинства деревьев, сбивая пламя локальных очагов пожара в приземном слое высотой 5-6 м, диаметром 25 м (330 л) и 30 м (400 л). Образуемое воздушно-капельное облако, висит 3-5 мин, увлажняя полосы Леса от земли до верхушек крон. Аналоги АРК сферического распыла производятся для тушения Леса в горах Швейцарии и Германии 3F-Swiss-Monsoon-Technology, Carl-L. Pohler Dipl.-Ing., успешно испытаны в Польше, Канаде.

Недостатки: на 70-90% потушенной площади возникают повторные воспламенения, требуя много вылетов на бомбардировки локальных участков лесных пожаров и незамедлительной работы пожарных команд после авиационного сбивания Пламени.

Цель изобретения создания робототехнических систем контроля природных и техногенных пожаров, с высокой безопасностью, огнетушащей эффективностью, низкой ценой, чем ныне используемые системы - в РФ и за рубежом.

Данная цель достигается тем, что Способ Точного, масштабного Тушения Пожаров Стаями Беспилотных Летательных Аппаратов, заключающийся в применении беспилотных летательных аппаратов, несущих запас огнетушащих составов и средства их распыления или слива отличающийся тем, что осуществляется залповый сброс по одному контейнеру с каждого беспилотного летательного аппарата вертолетного типа из группы аппаратов, летящей на курсе захода на одну цель, при этом распыление из сброшенных контейнеров инициируются на заданной высоте одновременно или последовательно по заданной схеме, в зависимости от площади и конфигурации цели, с мини-интервалами до 0,5 сек, между контейнерами в одной сброшенной группе; при этом каждый контейнер осуществляет мелкодисперсное направленное, например конусообразное (полусферическое или дискообразное) распыление огнетушащего агента, например воды, растворов, гелей, порошков, пылей с помощью направленных взрывных волн (продуктов взрыва) с ударным фронтом; при этом стая на курсе захода на одну цель состоит из групп от 2 до 10 аппаратов, а схема группы в форме квадрата (круга, кольца, овала, линии) в котором расстояние между соседними аппаратами в группе обеспечивает взаимодействие фронтов Шквалов, создаваемых направленным распылом из группы сброшенных контейнеров; каждый контейнер содержит инициатор распылительного заряда с микрочипом замедляющим передачу инициирующего электросигнала на взрыватель распылительного заряда, время замедления задается компьютером по единой схеме для группы одновременно сбрасываемых контейнеров, непосредственно перед сбросом каждого контейнера - в зависимости от скорости, высоты полета группы аппаратов, температуры и влажности слоя атмосферы, в котором летит группа, скорости и направления ветра; схема инициирования группы одновременно сброшенных контейнеров обеспечивает взаимодействие шквалов и слияние их фронтов в сплошной единый фронт, в свою очередь, обеспечивающий сплошное, масштабное тушение.

Огнетушащие, воздушные атаки осуществляются параллельно, последовательно или комбинированно группами аппаратов с одного или с нескольких уровней высоты на заданную площадь с одиночным или множественными очагами пожаров - низовыми, верховыми и переходными, при этом группа летит на горящей площадью, осуществляя серию залповых сбросов с интервалами, обеспечивающими сплошную полосу тушения; а управление Стаей аппаратов и составляющими стаю - группами осуществляется наземным пунктом управления Стаей с авиационным наблюдателем, например легким Дроном с системой датчиков, тепловизорами, видеокамерами; в компьютере Пункта управления заложены все известные, экспериментально определенные варианты срабатывания различных количеств контейнеров при их различной ориентации и дистанциях относительно друг-друга, определяющих степень взаимодействия фронтов, создаваемых ими Шквалов при распылении с различных высот; также компьютер по показаниям системы датчиков, тепловизоров, спутниковых данных и др. определяет размеры и профиль горящей площади, направление и силу ветра, направление и скорость распространения пожара; затем по совокупности этих данных определяется численность и число групп аппаратов, тактика тушения - выбор направления захода на очаг пожара и очередность захода групп Стаи аппаратов или числа групп одновременного захода на горящую площадь с различных ракурсов огнетушащей атаки, также аппарат-наблюдатель дает команду на начало тушения наземными роботами с универсально распыляющими многоствольными модулями огнетушащих агентов и природных грунта, песка, пыли, грязи, а также пожарных-десантников с аналогично универсальными распылителями.

Способ осуществляется следующим образом. Стая аппаратов, создающая мульти-Шквалы, Вихри, Смерчи для тушения природных и техногенных пожаров, состоит из множества аппаратов, например, беспилотных пожарных вертолетов соосной схемы - средних (вес общий 300-600 кг и грузоподъемность 100-250 кг) или больших (вес общий 650-3000 кг и грузоподъемность 300-1500 кг). При тушении извилистого, узкого по ширине, фронта лесного пожара, вертолеты с экипажем и тем более самолеты не могут маневрировать точно по линии фронта пожара. Аппараты - 1 без труда выполнят этот маневр. Число аппаратов в группе 2, 4, 6, 8, 10 - определяется, исходя из ширины и высоты пламени на фронте пожара. Одна группа из четырех аппаратов, двигаясь на малой скорости над фронтом лесного пожара, позачпово сбрасывает по одному контейнеру - 2 с каждого аппарата, с таким интервалом, чтобы полоса тушения - 3 была сплошной. Контейнеры перед моментом отделения от аппарата от его бортового компьютера получают установку времени замедления, исходя из данных по скорости, высоте полета, температуре и влажности воздуха в приземном слое атмосферы, скорости и направлению ветра, скорости и плотности восходящих потоков дыма и нагретого воздуха от пламени. Это время замедления передается по инициирующему проводу на инициатор с микрочипом в контейнере непосредственно перед подачей сигнала на сброс контейнера. При подрыве контейнеров одновременно залпово или с мини-интервалами синхронизированно на заданной высоте над горящей поверхностью, образуются конусообразные Шквалы - 4 с ударными фронтами. На определенной части нисходящей траектории фронты Шквалов соединяются, взаимно усиливая друг-друга и создавая сплошной, плотный ударный фронт, сбивающий дым и пламя с минимальными потерями микрокапель. При встрече фронта с поверхностью горящей древесины за счет мультивихревой структуры фронта, обеспечивается сплошное, проникающее напыление массы капель ОВ в высокотемпературную, обугленную поверхность горящего материала, разрушающего структуру конденсированной зоны горения, разбавляющего горящий материал и охлаждающего его. В результате достигается эффективное тушение на большой площади - 5 без повторных воспламенений и с миниматьным удельным расходом 0,2-0,35 л/м² вместо 5-50 л/м² у традиционной техники авиационного слива. Следующий залповый сброс осуществляется на следующий горящий участок - 6 по траектории полета. Потушенная площадь Si от 4-х контейнеров в 8-12 раз превосходит площадь тушения Si от одиночного контейнера (см. рисунок).

После сброса всех контейнеров группа беспилотных аппаратов сходит с курса и улетает на базу для перезаряжания, уступая место над фронтом лесного пожара следующей группе аппаратов, которая тушит свой участок и улетает на базу для перезаряжания. Третья группа заходит на курс тушения и продолжает работу. Первая группа возвращается с контейнерами и пополненными баками горючего и пристраивается к стае для продолжения тушения. Таким образом достигается непрерывное или с минимальными интервалами тушение. Для тушения Лесного пожара перерывы в тушении наиболее опасны, так как после традиционных методов тушения повторные воспламенения начинаются быстро и стремительно развиваются. Предлагаемая технология устраняет этот недостаток качеством тушения и непрерывностью процесса тушения. Таким образом, стая аппаратов может беспрерывно тушить многокилометровый фронт лесного пожара - одна группа тушит, другие по очереди занимают ее место.

Контролируют потушенный участок, быстро подавляя очаги недотушенные в дуплах, под сваленными деревьями, повторные немногочисленные возгорания пожарные десантники с обычных вертолетов или на мотоциклах. Пожарные оснащены уникальными, дальнобойными огнетушителями выстрелом, успешно тушащие выстрелами песка, грунта, грязи, пыли. Пожарный носит с собой только огнетушитель весом 4-5 кг и 200-500 распылительных патронов, типа холостых. Это первый огнетушитель автономного тушения (патенты Захматов В.Д. №2.055.767 (С1) "Ручное огнетушащее импульсное устройство", №2.692.272. «Мини-огнетушитель импульсного распыления) - вполне сочетается по новизне и эффективности с заявляемой технологией, успешно дополняя ее.

Такая схема распределяет создаваемые огнетушащие шквалы во времени и пространстве с заданной частотой и заданными параметрами тонкораспыленных капель (микрочастиц) для внедрения их в конденсированную зону пожара, преимущественно, с проникающим напылением совокупности капель (частиц), разрушающим структуру горящего слоя и охлаждающим массу высоко-температурной поверхности. Схема основана на физико-химических закономерностях природного пожара и позволит в полной мере использовать потенциальные возможности огнетушащих агентов, снизить их удельные расходы и обеспечить высокоэкономичное (эффективное) тушение лесных пожаров. Использование аппаратов, сбрасывающих контейнеры, распыляющие огнетушащие составы тонко-дисперсно и по заданной программе - обеспечит точное, высокоэффективное - фактически безлюдное тушение, не требующее полета пилотируемых вертолетов и самолетов в опасных зонах над пожаром и работы пожарных в опасных зонах перед фронтом переходных и верховых пожаров. Тушение лесных пожаров впервые не будет создавать угрозы для жизни и здоровья пожарным на земле и пилотам пожарных самолетов, вертолетов в воздухе.

Преимущества предлагаемого Изобретения. Впервые обеспечивается за один вылет возможность многократного распыления и тушения множества локальных очагов лесного пожара или последовательного тушения очагов или многократного, комбинированного, квадратно-гнездового по площади воздействия на сложный очаг или обширный лесной пожар. Другое важное преимущество заключается в гибко регулируемом, комбинированном тушении путем последовательного с заданными интервалами, точного распыления из различных «контейнеров» ряда огнетушащих составов: порошки, вода с пенообразователем и экологически чистых природных материалов: сыпучие - песок, супесь, рыхлый грунт; вязкие, липкие - грязь, гель, сорбенты, загущенная вода; жидкие - вода, вода «грязная» с примесями.

Снаряжение распылительных контейнеров природными материалами на посадочной площадке впервые обеспечивает автономное, бесперебойное тушение, независимо от подвоза или наличных резервов огнетушащих агентов.

Обеспечивается быстрое, эффективное тушение пожаров и защита при отсутствии людей в опасных зонах по комплексу поражающих факторов, и труднодоступных зонах по отдаленности от баз и рельефу местности.

1. Способ тушения пожаров стаями беспилотных летательных аппаратов, создающих шквалы, вихри и смерчи, заключающийся в применении беспилотных летательных аппаратов, несущих запас огнетушащих агентов и средств их распыления, отличающийся тем, что осуществляется залповый сброс по одному контейнеру с каждого беспилотного летательного аппарата вертолетного типа из группы аппаратов, летящей на курсе захода на одну цель, при этом распыление из сброшенных контейнеров инициируется на заданной высоте одновременно или последовательно по заданной схеме в зависимости от площади и конфигурации цели, с мини-интервалами до 0,5 сек, между контейнерами в одной сброшенной группе; при этом каждый контейнер осуществляет мелкодисперсное направленное распыление огнетушащего агента с помощью направленных взрывных волн с ударным фронтом; при этом стая на курсе захода на одну цель состоит из групп от 2 до 10 аппаратов, а группа имеет форму, в которой расстояние между соседними контейнерами в группе обеспечивает взаимодействие фронтов шквалов, создаваемых направленным распылом из группы сброшенных контейнеров; каждый контейнер содержит инициатор распылительного заряда с микрочипом, замедляющим передачу инициирующего электросигнала на взрыватель распылительного заряда, время замедления задается компьютером по единой схеме для группы одновременно сбрасываемых контейнеров, непосредственно перед сбросом каждого контейнера - в зависимости от скорости, высоты полета группы аппаратов, температуры и влажности слоя атмосферы, в котором летит группа, скорости и направленности ветра; схема инициирования группы одновременно сброшенных контейнеров обеспечивает взаимодействие шквалов и слияние их фронтов в сплошной единый фронт, в свою очередь, обеспечивающий сплошное тушение.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мелкодисперсное направленное распыление огнетушащего агента является конусообразным, полусферическим или дискообразным.

3. Способ по любому пп. 1, 2, отличающийся тем, что огнетушащим агентом является вода, раствор, гель, порошок или пыль.

4. Способ по любому из пп 1-3, отличающийся тем, что форма группы представляет собой квадрат, круг, кольцо, овал или линию.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что огнетушащие воздушные атаки осуществляются параллельно, последовательно или комбинированно группами аппаратов с одного или нескольких уровней высоты на заданную площадь с одиночными или множественными очагами пожаров - низовыми, верховыми или переходными, при этом группа летит над горящей площадью, осуществляя серию залповых сбросов с интервалами, обеспечивающими сплошную полосу тушения; а управление стаей аппаратов и составляющими стаю - группами осуществляется наземным пунктом управления стаей с авиационным наблюдателем; в компьютере пункта управления заложены все известные, экспериментально определенные варианты срабатывания различных количеств контейнеров при их различной ориентации и дистанциях, относительно друг друга, определяющих степень взаимодействия фронтов, создаваемых ими шквалов при распылении с различных высот; также компьютер по показаниям системы датчиков, тепловизоров, спутниковых данных определяет размеры и профиль горящей площади, направление и силу ветра, направление и скорость распространения пожара; затем по совокупности этих данных определяется численность и число групп аппаратов, тактика тушения - выбор направления захода на очаг пожара и очередность захода групп стаи аппаратов или числа групп одновременного захода на горящую площадь с различных ракурсов огнетушащей атаки, также аппарат-наблюдатель дает команду на начало тушения наземными роботами с распыляющими многоствольными модулями огнетушащих агентов и природных материалов - грунта, песка, пыли, грязи, а также пожарных-десантников с распылителями.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что авиационный наблюдатель выполнен в виде дрона с системой датчиков, тепловизорами, видеокамерами.