CN107537106A - 柔性连接式机载细水雾森林灭火弹系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机载细水雾森林灭火弹系统，其原理为利用多枚灭火弹齐爆产生细水雾云团扑灭火灾。灭火弹系统由弹体、弹头及弹尾等模块组成。所述的弹体包含支撑部、壳体、中心装药。支撑部为笼杆形。壳体为波纹状薄壁壳体，壳体上预先压制应力槽。中心装药采用阶梯型结构。所述的弹头模块由引信、连接套、装药筒和连接板组成，与弹体连接。所述的弹尾模块由盖壳、U形螺栓和底板组成。各模块之间采用柔性快速连接的方式。本发明雾化效果好，增加了森林消防时水剂的利用率，适合装备于森林灭火飞机上使用。细水雾在灭火的同时还可以吸收大量的热能，降低火场温度，能够起到避免死灰复燃和为地面消防力量进入提供安全保障的作用。

Description

柔性连接式机载细水雾森林灭火弹系统

技术领域

本发明涉及一种柔性连接式机载细水雾森林灭火弹系统，其通过中心装药爆轰形成细水雾云团对立体式森林火灾进行扑救。

背景技术

作为地球上最重要的生态资源之一，森林对人类社会的重要性不言而喻。而频繁爆发的森林火灾，无时无刻不在威胁着森林资源的安全。尤其是近些年来，气候变化和极端高温天气频繁出现，再加之人口膨胀、工业化进程加快，森林资源的安全形势不容乐观。因此，对快速、有效扑灭森林大火的方法及装备进行研究，具有非常重要的现实意义。

由于森林中可燃物分布范围较广，使得森林火灾往往呈立体式燃烧。而在所有的火情中，以树冠火的火势最猛，传播速度最快，危害性也最大。同时，由于森林火场中温度很高，存在空气的强对流现象，普通扑火方式难以压制火头，抑制火势的扩散。对于这种大型立体式森林火灾，目前国内外主要依靠出动航空灭火装备的方式进行扑救。

按照灭火平台的不同，国内外森林航空灭火装备主要有固定翼灭火飞机和灭火直升飞机两种。固定翼灭火飞机是一种在机身下侧配有水箱等载重设备，通过飞临火场上空喷洒灭火剂，从而达到灭火目的的大型消防装备。灭火直升飞机是在机身下悬挂内部装有灭火剂的吊桶(或吊囊)，悬停于火场之上，进行洒水灭火的一种机动性较强的灭火装备。

森林航空灭火方式机动力较强，不受地形限制，且由于消防人员距离火场较远，可以有效地保证人身安全。但其仍然存在以下不足之处：

(1)航空喷洒灭火效果不佳。成灾之后的林火空间范围极大，一般高度能够达到10m以上，火线沿前进方向的厚度达到50m，温度可达到900℃。为了保证飞机安全，飞机只能在火场上空一定高度进行灭火作业，喷洒高度较高。灭火剂在降落的过程中，受到火场上空强热气流的影响，一部分受热蒸发，一部分被吹散到火场以外，降低了灭火剂的利用效率，灭火效果不佳；

(2)灭火剂补充不便。一次飞行灭火之后，飞机需要返回特定的地点(机场或者水源)补充灭火剂，而这些地点往往距离火场较远，降低了飞机灭火的效率。

发明内容

为了解决目前航空灭火方式灭火效率低、灭火剂补充不便等问题，我们设计了一种应用于扑救立体式森林火灾的柔性连接式机载细水雾森林灭火弹系统。设计的基本思路是：灭火弹系统由弹体、弹头及弹尾等模块组成。所述的弹体模块包含支撑部、壳体、中心装药等部分。支撑部为笼杆形，主要承受作用于灭火弹上的轴向载荷。灭火弹壳体部分为波纹状薄壁壳体，以保证水剂抛散的各向均匀性。中心装药部分采用阶梯型结构，爆轰时对灭火弹各部位的水剂产生不同的爆轰力，控制细水雾云团形状更为理想。所述的弹头模块由引信、连接套、装药筒和连接板组成，与弹体连接，主要用于引爆灭火弹。所述的弹尾模块由盖壳、U形螺栓和底板组成，主要用于装载减速伞以及传递伞绳拉力，使灭火弹在下落过程中快速地运动至竖直姿态。各模块之间采用柔性快速连接的方式，可以有效减少灭火弹系统的准备时间。

(1)灭火弹支撑部设计

为使灭火弹达到强度要求，考虑在弹体中增加笼杆形支撑部的设计。如附图2a)所示，支撑部主要由上、下盖板与支撑杆组成。其中支撑杆前端加工外螺纹，与盖板配合后利用螺母进行固定。外螺纹有一定长度，用于和连接模块配合。由于灭火弹内部装载水剂，为保证密封性要求，如附图2b)所示，在盖板与支撑杆的接触面及螺母与盖板的接触面上放置O形密封圈，通过螺母与支撑杆螺纹配合，挤压密封圈使之产生弹性变形，起到密封作用。

(2)灭火弹壳体设计

基于可靠性和对环境保护的考虑，采用薄钢板作为灭火弹壳体材料。如附图3a)所示，弹体形状设计为纺锤形，壳体中部由预先压制应力槽的薄板制成，以保证壳体在爆轰时能够快速、均匀地破裂，达到较好的灭火效果。壳体中部与圆环焊接后再和两端碗状壳体及盖板焊接，其中为便于组装和拆卸，设计环状上盖板结构作为壳体的前端。为保证密封性，在与上盖板装配时，加工与环状上盖板结构相同的密封片放于中间。

灭火弹壳体的上盖板为圆形薄板结构，如附图3b)所示，其外边缘均布6个圆孔，用于和支撑杆连接。中心开有圆孔，用于和装药模块连接，连接时，应在连接头与上盖板之间放置橡胶垫圈，以保证密封性要求。同时，以中心线为轴，在上盖板两侧对称加工两圆形孔，并与连接件焊接，用于向弹体内注水和排出多余的气体。注水完毕后，将旋盖拧紧，密封弹体内部的水剂。

(3)灭火弹中心装药模块设计

如附图4所示，装药模块由两种不同半径的铝管组成，铝管之间采用过渡件配合，并用密封胶密封。同时，为保证灭火弹爆轰的均匀性，设计上、下连接头固定药管，使其与弹体中心轴线重合。上、下连接头与药管之间同样涂抹密封胶以满足密封性要求。由于采用模块化设计，因此需要选择合适的传爆方式，根据比较，选择导爆索作为本设计中的传爆器材。

(4)灭火弹连接部分设计

弹体模块与弹头、弹尾之间的的连接装置由弹体-弹头(尾)连接圆环及固定部分组成。如附图5a)所示，圆环上均布有6个圆孔，用于和弹体支撑杆连接。同时，在圆环上加工T形孔，用于放置定位凸榫，实现对另一枚弹体的固定。固定部分由定位凸榫，弹簧和凸榫后盖组成。装配时，先将定位凸榫与T形孔配合，再放入弹簧，并利用凸榫后盖固定。

弹体模块之间的连接装置由连接件、弹体之间连接圆环及固定部分组成。如附图5b)所示，连接件由U形件和连接件下部焊接而成，连接件下部底面上加工有螺纹孔，用于和内六角螺钉装配。圆环上均布有6个圆孔，用于和弹体支撑杆连接。同时，在圆环上加工T形孔，用于放置定位凸榫，实现对连接件的固定。固定部分由定位凸榫，弹簧和凸榫后盖组成。装配时，先将定位凸榫与T形孔配合，再放入弹簧，并利用凸榫后盖固定。

(5)导爆索固定装置设计

如附图6所示，导爆索固定装置由固定片、圆杆、弹簧、套筒、卡销以及卡套组成。其中，固定片一侧弯起，中部焊有卡销，两侧分别与套筒和圆杆焊接，圆杆上套有弹簧。装配时，将活动杆由套筒中心穿入，并利用插销固定，防止活动杆与套筒脱落。稍稍向下挤压固定片，将卡套竖直放入，并和卡销中部配合，达到固定装置的准备状态。

(6)灭火弹弹头模块设计

如附图7所示，弹头模块由引信、连接套、装药筒和连接板组成。其中，连接套为圆筒状，两端均加工内螺纹，用于和引信及装药筒连接。连接板一端加工内螺纹，用于和药筒连接，中心开有圆孔，使导爆索通过，外边缘与螺钉连接，并按照连接圆环上定位凸榫的位置，对应地加工圆孔。

(7)灭火弹弹尾模块设计

灭火弹弹尾模块主要用于装载减速伞以及传递伞绳拉力，使灭火弹系统在下落过程中快速地运动至竖直姿态。对弹尾模块的受力情况进行分析可知，其主要承受减速伞开伞后的拉力作用。因此，将弹尾模块底板加厚，而侧壁与顶盖采用塑料制成，以减轻弹尾模块上部的重量和强度，使减速伞能够迅速地打开。如附图8所示，弹尾模块底板边缘开有四个圆孔，用于连接螺钉及与弹体模块上定位凸榫配合，使弹尾模块与弹体之间能够快速装配，中部与U形螺栓连接，用于连接减速伞。另外，在底板上加工凸缘，中部向内凹进。盖壳底部内边缘加工一圈突起，与底板配合。在盖壳顶部边缘开有小孔，用于使开伞绳穿过。

本发明的有益效果是：采用了阶梯形装药结构的纺锤形弹体和波纹状壳体的设计，能够产生形状接近于圆柱形的细水雾云团，相较于传统的航空灭火方式增加了对火势的扑灭效果和水剂的利用率；灭火弹各模块之间的连接采用了快速连接装置，能够在较短的时间内准备就绪，在分秒必夺的森林火灾消防工作中争取了宝贵的时间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是柔性连接式机载细水雾森林灭火弹系统示意图

图2-a)是灭火弹支撑部结构示意图。

图2-b)是灭火弹支撑部结构连接示意图。

图3-a)是灭火弹壳体结构示意图。

图3-b)是灭火弹壳体结构连接示意图。

图4是灭火弹装药模块结构示意图。

图5-a)是与弹头弹尾连接的弹体模块连接装置结构示意图。

图5-b)是弹体模块之间的连接装置结构示意图。

图6是导爆索固定装置结构示意图。

图7是灭火弹弹头模块结构示意图。

图8是灭火弹弹尾模块结构示意图。

图2中：201.螺母，202.上盖板，203.支撑杆，204.下盖板，205.O形密封圈。

图3中：301.端部密封垫片，302.环形上盖板，303.碗状壳体结构，304.圆环，305.波纹状壳体，306.旋盖，307.注水口密封垫圈，308.螺纹接头，309.密封垫圈，310.药柱上连接头。

图4中：401.细装药筒，402.药筒过渡件，403.粗装药筒，404.药柱下连接头。

图5中：501.弹体-弹头(尾)连接圆环，502.定位凸榫，503.弹簧，504.凸榫后盖，505.弹体之间连接圆环，506.U形件，507.连接件下部，508.连接件底部螺钉。

图6中：601.圆杆，602.弹簧，603.套筒，604.卡套，605.卡销，606.导爆索，607.固定片。

图7中：701.引信，702.连接套，703.装药管，704.连接板，705.螺母，706.内六角螺栓。

图8中：801.盖壳，802.U形螺栓，803.底板，804.螺母。

具体实施方式

请参见图1，柔性连接式机载细水雾森林灭火弹系统由弹头模块、弹体模块和弹尾模块组成，装配时，先将弹体模块中笼杆(203)与下盖板(204)固定，再将下盖板(204)与外壳焊接，待上盖板(202)与笼杆配合并焊于壳体后，用螺母(201)固定好笼杆。接着在上连接头(310)与上盖板之间放置密封垫圈(309)，并将密封好的装药模块由上盖板(202)中心孔竖直放入，与下盖板(204)进行配合，再利用螺母将下连接头(404)与下盖板(204)压紧。下连接头(404)与下盖板(204)之间放有密封圈，以保证灭火弹在使用过程中不发生水剂的泄漏。最后将连接部分固定于弹体的两侧，完成弹体模块的装配。

弹体模块之间的连接采用柔性连接方式，首先采用绳夹法将钢丝绳与连接件上U形件(506)固定，再将连接件底部螺钉(508)对准弹体之间连接圆环(505)渐变孔半径较大一端放入，此时定位凸榫(502)被压至T形孔内。接着逆时针旋转连接件，在连接件底部螺钉(508)运动至圆环孔壁的同时，定位凸榫(502)弹出，与连接件下部(507)凹口配合，限制连接件的各向运动，实现弹体模块之间的快速连接。

连接导爆索(606)时，将导爆索(606)按图中方式结合，放入固定装置中，挤压固定片(607)，同时旋转卡套(604)，将卡销(605)与卡套(604)较窄端紧密配合，实现对导爆索(606)的固定。

弹头、弹尾模块与弹体模块的配合同样采用快速连接的方式。装配时，将弹头、弹尾模块连接板上内六角螺栓(706)对准弹体-弹头(尾)连接圆环(501)上的螺钉孔放入，此时定位凸榫(502)被压至环内。接着旋转弹头或弹尾模块，当螺栓(706)运动至孔壁时，定位凸榫(502)弹出，与连接板上的圆孔配合，完成弹体与弹头、弹尾部分的连接。

机载细水雾灭火弹采用灭火飞机运输，运输时将开伞绳挂于载弹架上。当投放灭火弹后，随着弹体的下落，开伞绳将减速伞拉出，保证灭火弹系统能够较为快速地达到竖直姿态。在灭火弹落地的同时，引信受到足够的冲击力，起爆灭火弹，形成细水雾云团，对火势进行扑救。

本发明阐述了一种机载细水雾森林灭火弹，其采用了模块化设计，能够方便消防人员的操作，且大大改善了现有航空灭火方式水利用率较低的问题，有效地提升了航空灭火效率，节省了宝贵的时间和成本，具有很大的推广价值。

Claims (5)

1.应用原理保护，本系统采用中心装药形式为阶梯型结构的纺锤形弹体，在爆轰后能够很好地形成近似于圆柱形的细水雾云团，且水剂的径向与轴向速度均呈一定的梯度分布，有利于水剂的均匀扩散，是机载灭火弹较为理想的结构形式，另外，由于传统的炮射式灭火弹体积较小，无法承载较多的灭火剂，灭火效果有限，因此，本系统采用机载细水雾森林灭火弹的设计，利用灭火飞机进行运输和投放，可大大增加弹体体积，有效地提高了灭火弹的作用范围及灭火效果。

2.笼杆式支撑部设计，为了保证使用过程中的安全性和可靠性，灭火弹系统必须能够满足强度条件，根据受力分析，弹体在使用过程中承受的轴向荷载较大，是主要需考虑的因素，因此，采用笼杆形支撑部的设计，不仅可以有效地减少作用于灭火弹壳体上的轴向荷载，使壳体厚度大大降低，保证了水剂的充分抛散；同时，壳体厚度的降低也减少了弹体爆轰后形成破片的数量和杀伤性，避免了对森林资源的破坏，使灭火弹的结构更加合理。

3.波纹状壳体设计，为使机载灭火弹在爆轰时能够快速、均匀地裂开，灭火弹壳体中部采用在薄板上预先压制应力槽，再围成灭火弹外部壳体的结构，以增强槽根处所受应力，使其先于壳体的其它部分破坏，令水剂能够各向均匀地抛散，形成较为理想的细水雾云团。

4.快速连接装置设计，为在森林火灾的扑救中抢得宝贵的时间，灭火弹弹体与弹头、弹尾模块之间采用了钢丝绳柔性连接和旋转型快速连接结合的方式，可以较大程度地提高弹体与弹头、弹尾模块之间连接的速度，减少灭火弹系统准备的时间，为及时、有效地扑灭森林大火提供了保证。

5.导爆索固定装置设计，为使机载灭火弹系统顺利起爆，必须在灭火弹之间采用适当的装置进行传爆，通过对比选择，本发明采用导爆索作为机载灭火弹系统的传爆器材，由于导爆索的有效传爆需要以紧密配合为前提，因此，为保证灭火弹系统满足可靠性要求，采用导爆索固定装置压紧导爆索，可以方便快捷地完成灭火弹系统传爆装置的准备工作，确保灭火弹之间达到同时爆炸，产生较为理想的细水雾云团。