直升机消防设备应用研究

◎张震涵 宋志民 任广斌

引言

火灾是最经常、最普遍的威胁公共安全和社会发展的主要灾害之一。直升机因具有机动灵活的飞行特性，可以空中悬停，任意方向飞行，起降限制条件较少，在消防灭火行动中具有不可比拟的优点以及不可替代的作用。

针对不同机型与不同的消防任务，一般需要配备相应消防设备。目前比较常用的消防设备有灭火吊桶、消防水炮、消防水箱以及一些消防辅助设备。

一、灭火吊桶

直升机吊桶灭火是利用直升机外挂吊桶进行洒水灭火的方法，是航空护林直接灭火行之有效的技术之一。它是20 世纪70 年代末期发展起来的一种新型的森林火灾扑救技术，具有出击速度快、适用范围广等许多优点，近几年来已在我国部分重点林区投入使用，并取得了突出效果。

吊桶的灭火方式分为两种：直接灭火与间接灭火。直接灭火就是直升机用吊桶将水直接喷洒在火头火线上。根据火场的形状、火头大小、火线的长短、火灾的种类和位置、火势强弱等诸多因素以及洒水作业的技术要求和灭火的需要，直升飞机吊桶灭火可以带状、条状、点状或块状洒水。吊桶间接灭火就是与地面扑火队员相配合，先将水释放在地面的水箱里，然后再由扑火队员用各种方法将水输送到火头线上进行灭火。间接灭火一般适用于扑救地下火、原始林区的森林大火以及树冠郁闭时期的雷击火，也可以用于提供扑火队员的生活用水。

1.灭火吊桶的分类。

由于不同型号直升机承载能力差异以及适用环境的不同，消防吊桶按吨位分为重型、中型、轻型三个类别。目前国际上主流的消防吊桶厂家主要有两家：BAMBI和FAST。Bambi 吊桶可选容量范围为270L 到9840L，FAST 吊 桶 为606L 到4542L，两家吊桶厂商针对不同吨位的直升机均有相应型号的吊桶可供选择。

2.灭火吊桶的组成和安装。

图1 是一个典型的吊桶结构图。吊桶一般由控制盒，桶体，抛洒机构，控制电缆等部件组成，且安装简便，对直升机改装小，使用时只需将灭火吊桶挂在直升机机腹下部的外部吊挂上，并将吊桶控制盒上的插头与机上预先安装的控制线路插座连接即可投入使用。

图1 灭火吊桶

3.灭火吊桶的技术特点。

最初的灭火吊桶是通过挂在机腹下部的水桶将水一次性倾洒到火源以达到灭火效果。随着技术的发展，灭火吊桶的性能日臻完善，各大消防吊桶供应商都提供了可选的升级方案。如：通过加装配件将一次性倾洒改为可控的多次精准喷洒；在吊桶内部加装泡沫发生器，用灭火剂增强了灭火能力，效果显著；取水方面由以前的浸入式取水，可加改装吸水泵，降低了对水源深度的要求，提升了汲水速率。直升机吊桶灭火的优点：

（1）对水源条件要求低，能缩短作业距离；

（2）能够充分发挥直升机特点：一机多能；

（3）由于其安装简单，因此可以在火情发生时迅速出动，及时实施扑救方案。

二、消防水炮

消防水炮是通过喷射泡沫等灭火溶剂的方式以达到直接灭火或控制火势的设备，主要用于城市中高层建筑火灾的扑救，具有机动性强、使用灵活的特点，并且可以不受交通情况和地形的限制，能够从高处发现火源并发现火灾状况。

国内目前配备消防水炮的直升机有哈尔滨飞机工业集团设计生产的H425 型直升机。该型消防直升机可以在45s 内将水箱补满，最大射程可达34m。

1.消防水炮的分类。

从目前消防直升机选用的消防水炮设备来看，主要分为固定式、随动式两种，可根据具体机型及用途进行选装。固定式消防水炮由直升机驾驶员通过调整机体位置角度，对准最佳灭火点，最终达到直接灭火或控制火势的目的。随动式水炮一般架设在机舱内，由专门的操作员控制水流方向，驾驶员只需配合操作员将机身摆正，驾驶员操作量相对固定式水炮较小。

图2 随动式消防水炮

2.消防水炮的组成与安装。

固定式消防水炮由机头部位的炮管、水箱、操控系统等机构组成。炮管通过水炮支架以螺接的形式安装在直升机前方，使驾驶员能够随时通过观察窗调整炮口方向对准火源，按下操纵手柄上的控制开关喷射柱状或雾状水流进行灭火。

随动式水炮由水炮炮身、操纵台、观瞄系统及水箱等部分组成，同时根据不同的使用情况或用户需求可加装不同的机械或电子配件以提升消防直升机的灭火性能及安全指数。

以哈尔滨飞机工业集团生产的H425型消防直升机为例，该型机加装了随动式消防水炮。在H425 型机机腹位置通过螺接形式安装了消防水箱为消防水炮供水，在机舱内安装了一条垂直于航向的滑轨用于消防水炮系统其它部件在直升机上的固定，滑轨的一侧安装了泡沫生成系统，可加装水成膜泡沫灭火剂或合成泡沫灭火剂等溶剂，改善灭火效率及水利用率，减少水源重填次数，优化有效救援时间比。在滑轨另一侧安装消防水炮主体、操纵台及操作员座椅。消防水炮通过一个平转轴固定在滑轨上的同时可以具有一定幅度的转动，在炮身尾端延展出操纵扶手及一个操纵面板，机舱内部滑轨中段部分安装有操作员座椅，座椅可在滑轨上进行一段距离的滑行用于操作员调整与消防水炮的间距，机上配有安全带以保证操作员的安全。在执行任务时，舱门处于打开状态，消防水炮探出机舱，操作员通过目视监测火灾情况并寻找火源，转动操纵台扶手将炮口对准火源后，按动喷射按钮进行灭火作业，并可根据火情调整泡沫与水的喷射比例。

除上述消防水炮基本系统外，还可增加观瞄系统、测距系统等进一步提升消防直升机的灭火能力。

图3 随H425 型机加装消防水炮结构图

3.消防水炮的技术特点。

高效化：不同于消防吊桶或消防水箱面或线性的单点或多次倾洒，消防水炮通过操作员或电脑分析实现对火源点对点的控制，并且可随时切换喷洒目标，配合泡沫生成系统，可长时间持续的进行灭火作业，对着火点进行长时间的压制。

模块化：针对消防水炮集装模块化的配件，可以使消防水炮灵活的应对不同情形的火灾状况，更加灵活。

灵活性：消防直升机因为配备消防水炮的同时安装了水箱，使直升机可以在火灾上方、侧方、下方不同方位进行灭火，针对火源上方有遮挡（如室内火灾）的火灾更具针对性。

三、消防水箱

消防水箱是通过安装在机腹或机舱内部的水箱装载水或者灭火溶液，在火源上空进行喷洒达到直接灭火效果的一种消防设备，是目前国内外应对森林或地面火灾比较先进、有效的灭火方式。

1.消防水箱的分类。

目前国际上消防水箱应用广泛，根据结构与安装位置的不同主要分为内置水箱与外置水箱两种，内置水箱安装在直升机舱内部，外置水箱安装在直升机外部机腹下方。直升机外置水箱可与消防水炮配套使用，为水炮提供灭火水源，也可以单独作为灭火设备通过抛洒达到灭火目的，应用较为灵活。

图4 配备外置水箱的直升机

2.消防水箱的安装。

直升机外置水箱通常安装在直升机机腹下方，在接到灭火任务需要出动时，由带有四个万向轮的小车将外置水箱运到直升机水箱安装位置，水箱与直升机的系留点相连接固定在机腹下，将水箱控制部件与机上预先安装的控制线路连接即可完成安装。

外置水箱的安装位置决定了在加装水箱时，需要考虑直升机机腹的离地距离以及水箱底部距地面的高度，由于直升机起落架装有缓冲装置，机腹与地面的高度是一个变量，要求水箱在起落架缓冲支柱达到最大压缩量的情况下，不能接触地面。根据HB6482 起落架系统通用技术要求的3.2.1.3.d，即使轮胎和支柱漏气，起落架、舱门或者飞机的构件包括外挂物的最低部分不应低于152.4mm。

直升机内置水箱安装在直升机机舱地板滑轨上，在安装时从直升机舱门放入，因此内置式水箱的尺寸受到直升机舱门尺寸与机内结构的影响。内置水箱的倾洒口在直升机机腹，需要对直升机的机腹有一定的改装，因此对于油箱在机腹部的直升机并不适用，对机型有一定的限制。但由于内置水箱处于机舱内部，因此获得了更好的稳定性。

3。3 消防水箱的技术特点

稳定性：由于外置水箱紧靠机腹与直升机相连、内置式水安装在机舱内，因此消防直升机在安装消防水箱后，空载与满载机体重心偏移量不大，直升机操纵性能较好，在载荷突然释放时，对直升机的稳定性影响不大。

重填迅速：消防水箱使用吸水泵来对水箱进行补给，我国山东启宇通用航空公司的A350B3e 型消防直升机，仅用不到一分钟的时间即可完成一吨量水箱的重填，能够迅速重返火场执行任务，且对水源要求较小，应用范围广，在浅水源分布的地区也可以投入使用。

精准高效：消防水箱具有多段喷洒的特性，操作员可以根据火场的形状、火头大小、火线的长短定量定点喷洒，与消防水箱内置的泡沫生成系统相结合，能够最大化的利用一次满载的水量，具有精准高效的优点。

外置水箱安装迅速简便，可以在接到灭火任务时迅速出击，及时的控制火线火情。内置式水箱安装位置在机舱内，与外置式水箱相比，重心偏离更小，具有更高的安全性与稳定性。

4 总结与展望

消防直升机可以在进行火场侦查的同时进行消防灭火任务，出动迅速，在灭火救灾方面具有，不可替代的优势，发展前景巨大。三种主流的消防设备各具特性，适用范围也不近相同。灭火吊桶的结构简单、安装方便、价格低廉，多用于森林、平原火灾。消防水箱价格偏贵，但是其安全稳定性能是灭火吊桶无法比拟的。相对于前两种消防设备，水炮的应用战场大多在城市高层建筑之间，利用直升机机动灵活、能够空中悬停的特性可以在地面消防无法达到的高度进行灭火作业。

随着科技的进步与发展，现有的直升机消防设备也会进一步的得到完善与改进。火灾火场情况变化莫测、危险程度高，即使身处高处的直升机消防员也会面临一定的风险。如今无人机发展迅速，无人驾驶直升机也势头迅猛，美国首架无人驾驶黑鹰直升机已经试飞成功。在近未来可以采用无人直升机执行灭火任务，自动寻找火源，精准施放，机载计算机自动规划最优灭火与补给水路线，并且由于机内不载人，因此可以完成更高难度的动作而不考虑驾驶员的负载，也大大免去了可能的人员伤亡。

直升机消防应用前景广泛，优势明显，是近未来消防事业发展的趋势。如何让消防直升机能够更安全、高效、系统的执行灭火任务，是航空人需要努力的方向。