вертолет для борьбы с пожарами

Формула изобретения

1. Вертолет для борьбы с пожарами, включающий фюзеляж с наружными узлами крепления, силовую установку, состоящую из двигателя и системы винтов, устройство пожаротушения, состоящее из монтажной рамы, выносной штанги, размещенного на ней поворотного пожарного ствола, состоящего из сопла и рукава, магистрали подачи рабочего тела к стволу, и системы подачи рабочих тел, в том числе от внешнего источника рабочего тела, причем монтажная рама и выносная штанга закреплены на фюзеляже, отличающийся тем, что устройство пожаротушения ветролета снабжено дополнительным соплом, установленном на конце выносной штанги и связанного с его источником подачи воздуха, при этом внутри дополнительного сопла размещен поворотный ствол, и, по крайней мере, одним вертикальным пожарным стволом, направленным вниз и установленным внутри ометаемой площади винта.

2. Вертолет для борьбы с пожарами по п.1, отличающийся тем, что оси поворота дополнительного сопла и поворотного ствола совпадают.

3. Вертолет для борьбы с пожарами по любому пп.1, 2, отличающийся тем, что дополнительное сопло выполнено эжекторным.

4. Вертолет для борьбы с пожарами по п.1, отличающийся тем, что источник подачи воздуха дополнительного сопла выполнен автономным, например, в виде турбогазогенератора.

5. Вертолет для борьбы с пожарами по п.1, отличающийся тем, что источник подачи воздуха дополнительного сопла выполнен в виде, по крайней мере, двух расположенных по бокам фюзеляжа заборников, приемные отверстия которых направлены вверх и расположены симметрично относительно центра тяжести вертолета.

6. Вертолет для борьбы с пожарами по п.1, отличающийся тем, что система винтов выполнена по соосной схеме.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к авиации, а именно к конструкциям вертолетов, применяемых для пожаротушения.

Известен вертолет для борьбы с пожарами, включающий фюзеляж, силовую установку, состоящую из двигателя и системы винтов, устройство пожаротушения, состоящее из поворотного пожарного ствола, состоящего из ствола и рукава, установленного за областью площади ометания винта, связанной с ним магистрали подачи рабочего тела, и системы подачи рабочих тел, в том числе от внешнего источника рабочего тела (см. Патент США №4090567, по кл. А 62 С 27/30, 1976 г.).

В известной конструкции используют емкость для рабочего тела, которая связана с системой подачи рабочего тела в пожарный ствол, например, в виде насоса.

Недостатком известной конструкции, работающей по принципу вылива жидкости, является малая эффективность использования огнегасящей жидкости за счет низкой прицельности вылива.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является вертолет для борьбы с пожарами, включающий фюзеляж с наружными узлами крепления, силовую установку, состоящую из двигателя и системы винтов, устройство пожаротушения, состоящее из монтажной рамы, выносной штанги, поворотного пожарного ствола, состоящего из сопла и рукава, установленного на ее конце, магистрали подачи рабочего тела к пожарному стволу, и системы подачи рабочих тел, в том числе от внешнего источника рабочего тела (см. Рекламный листок фирмы ОАО “Камов” “Вертолет для тушения пожаров”, 2003 г.).

В известной конструкции используют емкости для компонентов рабочего тела системы пожаротушения, расположенные внутри фюзеляжа или на раме и связанные с системой их заполнения от внешнего источника.

Объем емкостей может быть от 2952-5000 л.

Недостатками известной конструкции являются:

- относительно малая дальность огнегасящей струи и недостаточная ее скорость при тушении пожара, что в свою очередь может затруднять тушение очагов пожаров с большой интенсивностью излучения;

- невозможность подлета вертолета на близкое расстояние в городе к очагу пожара из-за наличия проводов электропередач, кабелей антенн и т.д.;

- отсутствие возможности тушения протяженного очага пожара, когда вертолет должен зависать непосредственно над очагом. В этом случае необходимо защитить вертолет от огневого поражения снизу (интенсивное излучение, тепловые потоки нагретого воздуха, которые могут привести к аварии вертолета из-за изменения подъемной силы винта).

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение эффективности использования пожарного вертолета за счет увеличения дальности огнегасящей струи и ее скорости при тушении пожара.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием вертолета для борьбы с пожарами, включающего фюзеляж с наружными узлами крепления, силовую установку, состоящую из двигателя и системы винтов, устройство пожаротушения, состоящее из монтажной рамы, выносной штанги, размещенного на ней поворотного пожарного ствола, магистрали подачи рабочего тела к стволу и системы подачи рабочих тел, в том числе от внешнего источника рабочего тела, причем монтажная рама и выносная штанга закреплены на фюзеляже, в котором, согласно изобретению, устройство пожаротушения снабжено одним дополнительным соплом, установленным на конце выносной штанги и имеющим источник подачи дополнительного воздуха, при этом внутри дополнительного сопла размещен поворотный ствол, и, по крайней мере, одним вертикальным пожарным стволом, направленным вниз и установленным внутри ометаемой площади винта.

Предлагаемый вертолет для борьбы с пожаром может быть использован при тушении торфяника, т.к. его конструкция обеспечивает увеличение скорости огнегасящей струи, повышая этим тушащие свойства струи, а именно позволяет более глубокое проникновение рабочего тела внутрь горящего слоя.

Изобретение характеризуется также тем, что оси поворота дополнительного сопла и поворотного ствола совпадают.

Это позволяет наиболее эффективно использовать энергию дополнительного сопла на всех углах поворота ствола.

Выполнение дополнительного сопла эжекторным снижает энергозатраты на увеличение дальности и скорости огнегасящей струи.

Изобретение характеризуется также тем, что источник подачи воздуха дополнительного сопла может быть выполнен автономным, например, в виде турбогазогенератора, или, по крайней мере, двух расположенных по бокам фюзеляжа заборников, приемные отверстия которых направлены вверх и расположены симметрично относительно центра тяжести вертолета.

Выполнение источника автономным позволяет исключить отбор необходимой мощности для этой операции от силовой установки вертолета, и, следовательно, исключает отрицательное влияние на летные характеристики, а наличие воздухозаборников позволяет использовать энергию струи, создаваемой винтом вертолета для работы дополнительного сопла.

Соосная схема расположения винтов позволяет получить более равномерный нисходящий поток (уменьшение закрутки потока), который увеличивает эффективность работы огнегасящей струи.

Предлагаемая конструкция вертолета может использоваться в любых отраслях промышленности, где необходимо мелкодисперсное распыление, например, распыление ядохимикатов, дезинфекция территории и т.д.

Предлагаемый вертолет может также использоваться для тушения пожаров в высотных зданиях и объектах, закрытых элементами, затрудняющими подлет к объекту на близкое расстояние, например, электропроводами, а также объектов с высокой интенсивностью горения, подлет к которому на близкое расстояние нарушает условия безопасной работы (возможность возгорание вертолета).

Предлагаемая конструкция вертолета может использоваться для тушения лесных пожаров путем прокладывания защитных, широких полос огнегасящей жидкостью, распыляемой с вертолета.

Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков в аналогичных конструкциях вертолетов для борьбы с пожарами, т.е. предлагаемое решение соответствует критерию “новизна”.

При анализе известных аналогов и прототипа не обнаружено предложение с совокупностью существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, из чего следует, что для специалистов, занимающихся вертолетостроением и пожаротушением, оно явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию изобретения “изобретательский уровень”.

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Предлагаемое изобретение поясняется нижеследующим описанием конструкции и чертежами, где

На фиг.1 показал вид сбоку вертолета для борьбы с пожаром;

На фиг.2 показан вид спереди вертолета для борьбы с пожаром;

На фиг.3 показано увеличенное место “А”.

Вертолет для борьбы с пожарами включает фюзеляж 1 с наружными узлами крепления 2, силовую установку, состоящую из двигателя 3 и системы винтов 4, и системы подачи рабочих тел, в том числе от внешнего источника рабочего тела, и устройство пожаротушения.

В предлагаемой конструкции может быть использована любая схема винтов. Однако наилучшие показатели работы вертолета были достигнуты при соосной схеме за счет уменьшения длины выносной штанги, и следовательно, снижения массы конструкции.

Устройство пожаротушения состоит из монтажной рамы 5, выносной штанги 6, размещенного на ней поворотного пожарного ствола 7, состоящего из сопла и рукава, магистрали 8 подачи рабочего тела к стволу, дополнительного сопла 9, установленного на выносной штанге и имеющего источник подачи воздуха 10 (на черт. не показан), по крайней мере, одного вертикального пожарного ствола 11, направленного вниз и установленного внутри ометаемой площади винта.

Количество вертикальных пожарных стволов зависит от размеров вертолета, допустимой для него интенсивности пожара и обеспеченности его рабочим телом.

Для увеличения дальности или сохранения скорости огнегасящей струи на большей дальности внутри дополнительного сопла 9, которое может быть выполнено эжекторным, размещен пожарный поворотный ствол 7. Оси поворота дополнительного сопла 9 и поворотного ствола совпадают. Причем сопло 9 и ствол 7 друг относительно друга могут быть установлены или коаксиально, или с некоторым эксцентриситетом.

При таком взаимном расположение сопла и ствола поток воздуха или другого рабочего тела, подаваемый в дополнительное сопло, окружает огнегасящую струю рабочего тела (например, жидкости или двухфазного рабочего тела, состоящего из капель жидкости и газа), и торможение огнегасящей струи существенно будет задержано, по крайней мере, до тех пор, пока значительно не снизится скорость внешнего окружающего потока.

Для вертикального пожарного ствола струя воздуха от винта вертолета будет выполнять функцию внешнего окружающего потока дополнительного сопла, т.е. будет увеличена либо дальность огнегасящей струи, либо скорость при той же дальности.

Использование нескольких вертикальных стволов позволяет дополнительно создать защитную рубашку из огнегасящих струй и, таким образом, существенно увеличить масштаб (диаметр) огнегасящей струи, который может быть, по крайней мере, равным габаритным размерам вертолета в плане.

При этом вертолет сможет зависать над очагом пожара на большей высоте и быть защищенным от температурного влияния очага пожара, а значит в этом случае повышается не только эффективность тушения, но и безопасность работы пожарного вертолета.

В предлагаемой конструкции монтажная рама 5 и выносная штанга 6 могут быть закреплены на фюзеляже как отдельно, так и в виде модуля (один конец выносной штанги закреплен на монтажной раме, которую крепят к фюзеляжу).

Источник подачи воздуха дополнительного сопла 10 может быть выполнен автономным, например, в виде турбогазогенератора, установленного на борту вертолета.

В качестве воздуха для подачи в дополнительное сопло можно использовать струю от винта вертолета. В этом случае источник подачи воздуха дополнительного сопла выполнен в виде, по крайней мере, двух расположенных по бокам фюзеляжа заборников 12, приемные отверстия 13 которых направлены вверх и расположены симметрично относительно центра тяжести вертолета.

Система подачи рабочих тел состоит из емкостей для компонентов рабочего тел 14, установленных или внутри фюзеляжа 1, или на раме 2, устройств подачи рабочего тела в магистрали 8 подачи рабочего тела, например насоса (на черт., не показан), и устройства подачи рабочего тела из внешнего источника 15.

Работу предлагаемого вертолета для борьбы с пожарами осуществляют поэтапно.

Сначала производят подготовку вертолета к полету на земле. Емкости 14 системы подачи рабочих тел заполняют компонентами рабочих тел (вода, пенообразующие компоненты и т.д.).

В случае использования в качестве источника подачи воздуха дополнительного сопла турбогазогенератора на борт вертолета дополнительно устанавливают бак с топливом (на черт., не показан) для автономной работы источника.

Затем вертолет взлетает и летит к месту пожара. Выбирают наиболее выгодную позицию для начала пожаротушения, и оператор включает систему пожаротушения вертолета; и рабочее тело, и внешний воздушный поток по магистралям подают к поворотному пожарному стволу и дополнительному соплу. Также возможна одновременная работа с ними и вертикального пожарного ствола.

Отклоняя поворотный ствол 7 совместно с дополнительным соплом 9 в вертикальной плоскости и управляя вертолетом в горизонтальной плоскости экипаж добивается точного попадания огнегасящей струи в очаг пожара.

После полного использования запасов рабочего тела вертолет или возвращается на базу, или производит дозаправку от внешнего источника рабочего тела (озера, реки, пожарный автомобиль и т.д.), в том числе и в процессе тушения.

Был изготовлен и опробован опытный образец предлагаемого изобретения.

Проведенные испытания показали, что внешний окружающий поток может распространяться на длину порядка 100 калибров диаметра. Если выбрать выходной диаметр дополнительного сопла, примерно в 5-10 раз превышающий начальный диаметр огнегасящей струи, то струя будет защищена примерно на расстоянии порядка 500-1000 калибров ее диаметра.

Таким образом, если обычное распространение огнегасящей струи может составлять 500-700 калибров ее диаметра, то наличие защитной “рубашки” в виде внешнего воздушного потока позволит увеличить ее дальность, по крайней мере, в 1,5-2 раза или иметь на прежней дальности скорость в 1,5-2 раза больше.

В существующих пожарных стволах размер выходного сечения выполняют от 30 до 70 мм, поэтому размер выходного сечения дополнительного сопла составит от 150 до 700 мм, что в может быть реализовано в предлагаемой конструкции вертолета.