火箭式远距森林灭火系统的设计与试验

漆燚 季方 李力 殷豪 张佳

摘要：针对森林火灾的特点及现有减灾救援装备的局限性，通过对火箭式远距森林灭火系统的研究设计，利用火箭弹射程远、短时间内齐射密度大的特点，研制一款主要用于普通森林消防车无法到达或消防人员不易靠近的大面积火灾救援、火势压制、隔离、扑灭的灭火系统。该系统的研制与应用可减少消防人员作业过程潜在危险，提高保障森林资源安全的能力。

关键词：火箭式；远距；森林消防；灭火系统

中图分类号：X932      文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2024）03-0013-04

森林、草原资源是我国自然资源的重要组成部分，是林业生产、经济建设的物质基础，是人民生活的物质财富，更是良好生态环境的重要保障。森林火灾是一种突发性强、破坏性极大、处置救助较为困难的自然灾害，其危害已引起各国的普遍重视。

目前森林草原火灾扑救主要有单兵人工灭火、地面消防车辆和航空灭火三种手段。单兵人工灭火需要投入大量的人力前线灭火，危险系数大，灭火效率低，作业安全无保障。普通森林消防车喷洒水系灭火剂，喷水距离较近，最远不超过50m，在山间林区无路通行的情况下很难发挥作用。现代消防飞机按其飞行原理可分为固定翼飞机和直升机两大类。固定翼消防飞机飞行速度快、航程远、载重量大，能够有效扑灭过火面积不超过2000m2的小面积火灾，但其不仅成本高，还受水源地、天气等环境因素限制，不能广泛应用。

近年来，随着科技的发展，相继出现了新型灭火装备，如重庆长安工业集团研制的SLM105型森林灭火发射系统[1]，主要采用单管发射器发射单发装填4.5kg灭火剂的灭火弹，可有效抑制火势蔓延，在距离火场300～1000m处发射，一定程度上减小了作业人员的生命危险。但其射程较近，且发射精度较低，作业效果较差，不能完全满足森林消防所需。

1 火箭式远距森林灭火系统的研究与应用

1.1  火箭式远距森林灭火系统的总体设计

在分析森林火灾的特点及现有减灾救援装备的局限性的基础上，以中国兵器工业集团江山重工研究院有限公司先进的国家火箭炮研发平台、制造等相关技术和多年的专用车改装生产经验，研究与开发火箭式远距森林消防灭火系统：一种不受地形地势所限、灵活机动、便于携带、远距密集发射、灭火面积大、安全高效的灭火系统。

火箭式远距森林灭火系统主要应用于森林、草原等林场、草场的消防灭火。对于各种林木、草坪的灭火，特别是对于人员不易进入的悬崖壁等场合，采用车载火箭多管远距发射，机动快速、着弹精准，能达到显著的灭火效果，实现森林草原火灾的火势压制、隔离与扑灭。

总体设计在调研的基础上，针对森林火灾消防需求进行分析并确定实现方案，初步选择运行体的类型及具体型号，确定定向器的型式、数量及各部件的结构式样，在这个基础上进行总体布局（如各部件的结构尺寸、相互配置、重量、重心分布等）。

火箭式远距森林灭火系统选用东风民用底盘作为运载体，采用平板式起落架[2]、行星减速箱式方向机[3]等结构。在技术设计中，对总体结构和各主要系统进行了计算与仿真分析，通过计算与分析，不断优化设计结构。该系统可自动定位灭火系统与火场坐标，自动进行弹道解算[4]，并根据风速风向和定向信息进行修正，通过自动操瞄系统控制定向器俯仰与回转来调整射向射角，最后实施火箭灭火弹发射，实现高效大面积远距灭火作业。采用电缸式高低机并通过对其受力点的优化设计，最大限度降低举升力。底架联接采用改装车行业通用联接形式，并采取厚薄双螺母防松技术[5]。在自动、电动的基础上加装简易手动机构，实现应急状态的手操功能。火箭式远距森林消防灭火系统总体布置见图1。

主要设计技术指标：底盘轴数：2轴；底盘轴距：3800mm；最大行驶速度：84km/h；燃油续驶里程：500km；发射管数：24管；发射管口径：122mm；射程：1～3km （覆盖）；单发撒布面积：100m2。

火箭式远距森林消防灭火系统三维模型见图2，作业场景效果图见图3。

1.2  灭火弹单元

目前，世界上的灭火剂共有六种：水、泡沫灭火剂、干化学灭火剂、干粉灭火剂、二氧化碳灭火劑和清洁灭火剂，火灾种类大体分为A类、B类、C类和D类四种，各种灭火剂都有其各自的特点和用途。森林火灾应属于A类：可燃性固体物质火灾。火箭式远距森林灭火系统灭火弹自身携带燃烧剂、氧化剂和灭火剂，以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动将灭火剂抛射至目标火场。为保证抛射精度，灭火弹定向管设有螺旋导槽，灭火弹在定向管内运动过程中，受到发动机推力、闭锁力、定向管对定心部撞击力、螺旋导槽对定向钮的碰撞力及弹重力等作用[6]，灭火弹会以旋转的姿态进行飞行，液态灭火剂会影响灭火弹着弹精度，故火箭式远距森林灭火系统灭火弹灭火部采用干粉灭火剂。

火箭式远距森林灭火系统灭火弹射程1～3km，内装干粉灭火剂，单发撒布面积100m2，齐射24发灭火面积可达2000m2。灭火弹由引信、灭火部、火箭部组成，见图4。灭火弹能在不同的山地和平面触发引爆，可根据火场实际情况分别选择碰炸、擦地炸、近地炸等不同引信工作方式，开仓药爆炸[7]。同时具备延时自毁功能，确保灭火弹可靠作用。壳体[8]材料选用非金属工程塑料材料。122mm火箭灭火弹见图5。

1.3  试验验证

1.3.1  灭火弹静态灭火试验

2021年6月16日，灭火弹项目组在试验场进行了3发灭火弹灭火部静态灭火试验，试验品数量3发，试验品技术状态见表1。

1.3.1.1  试验方法

将自制试验架放置于平坦空旷地面并将其固定，随后进行灭火部装药，然后按照灭火试验方案布置好试验火堆（火堆数量为3个，每个火堆直径1m厚度10cm，火堆材料为松针，3个火堆布设位置如图6所示，火堆燃烧时火焰高度不超过2m）。灭火试验整体方案示意图见图7。

1.3.1.2  试验结论

综上得出灭火弹灭火部可对A处、B处火点进行灭火，对C处火点进行有效抑制。

1.3.2  综合试验及山林灭火研究性演练

2021年8月，火箭式远距森林灭火系统在我国某试验基地完成外场综合靶试试验，见图12。本次综合靶试共发射8发灭火弹，经试验验证，火箭式远距森林灭火系统各功能完备，性能达标。

2022年5月，该系统参加湖北省军分区组织的军地联合应急救援研究性演练，演练现场设置目标火源为1.5km外，普通森林消防车和消防人员不易到达的山林火，过火总面积约1000m2。火箭式远距森林灭火系统在经过装填、瞄校后，系统自动调炮，先后采用单射1发、连射2发和齐射13发的方式进行了灭火作业发射。灭火作业发射见图13，灭火弹命中火场见图14。

作为最前沿、最先进的远距灭火系统，本次研究性演练采用连射方式共发射122mm灭火弹16发，全部精准命中远方1.5km处目标火场内，中心点处山火被扑灭，周边火势得到有效压制与扑灭，只留有零星余火。无人机空中侦察灭火效果见图15。

2 结束语

本文针对森林、草原火灾突发性强、破坏性大、危险性高和处置救助困难的特點，以及现有装备无法有效满足救灾需求，避免救援人员伤亡的现状，通过对火箭式远程森林消防灭火系统的研究与设计，研制一款射程远、灭火效率高、安全可靠的森林、草原灭火系统。本系统在研制过程中，模块化设计大大降低了装配过程的工作时间和难度，整车装配前先按照总装要求对汽车底盘进行改装，主要根据整车气路、电路需求对底盘气路和电路进行改装与线路敷设，并在底盘大梁相应位置安装定位支耳和止推板，底盘车架尾部进行后尾灯的拆卸与移位，并按照相关规范完成侧防护和后下部防护的汽改工作，保证整车侧后防护满足国家相关标准要求。

该系统的研发与应用将提高保障森林资源安全的能力，提高我国森林防火装备水平，避免消防人员救灾伤亡。

参考文献

[1]张英，杨玉兰.军工技术装备为森林灭火助威[J].中国林业，2010（20）：8-9.

[2]梁熙.火箭炮起落架位置与姿态视觉测量研究[D].南京：南京理工大学，2021.

[3]贾强，王惠方，柯彪.某火箭炮方向机主齿轮啮合动力学特性分析[J].火炮发射与控制学报，2018（2）：49-54.

[4]刘思宇.火箭飞行轨道目标跟踪算法研究[D].西安：西安理工大学，2020.

[5]冯韶伟，高学敏，程全士，等.基于振动条件下的双螺母防松性能研究[J].导弹与航天运载技术，2022（3）：17-21.

[6]张中利，于存贵，马大为，等.火箭弹在定向管内碰撞运动的仿真研究[J].系统仿真学报，2007（4）：875-878.

[7]尹建平，王志军.弹药学（第2版）[M].北京：北京理工大学出版社，2012：43-44．

[8]焦万均.基于ANSYS/Workbench的散热器强度分析[J].机械，2019（7）：21-25+80.