CN112691319A - 直升机灭火装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及山火防治技术领域，尤其涉及一种直升机灭火装置。该直升机灭火装置，包括吊桶、固体粉剂传输系统、灭火剂溶解容器和泵水系统，吊桶悬挂在直升机上，灭火剂溶解容器环绕在吊桶的桶外壁；固体粉剂传输系统用于将直升机内舱内的灭火剂原材料固体粉剂输送至灭火剂溶解容器内；泵水系统用于将吊桶内的水泵入灭火剂溶解容器内；灭火剂溶解容器用于溶解灭火剂原材料固体粉剂以形成液态灭火剂，并将液态灭火剂输送至吊桶内。本发明提供的直升机灭火装置，灭火剂溶解容器环绕吊桶的桶外壁设置，水剂及液态灭火剂无需流经直升机内舱，避免水剂或液态灭火剂泄漏带来安全风险，且不改变直升机的重心分布，确保直升机飞行的安全性与平稳性。
Description
技术领域
本发明涉及山火防治技术领域，尤其涉及一种直升机灭火装置。
背景技术
采用直升机灭火是森林火灾的重要灭火方式，直升机飞行速度快，空中飞行不受道路交通情况限制，可以更及时的进行灭火。而直升机灭火常常需要携带水和灭火剂，以提高灭火效率，并防止山火复燃，才能有效扑灭大面积山火。
然而，直升机添加灭火剂受以下条件限制：(1)悬停时功率最大，产生的大风易造成地面轻质物体飞卷、碎石上扬，大型直升机下方严禁站人操作加水；(2)吊桶取水对取水点深度有严格的要求(3)要求离取水点和火场近，飞行净空条件较好。
传统方案是采用直升机内置式灭火剂自动添加装置，即将溶解好的液态灭火剂直接由直升机携带，然后将液态灭火剂输送到吊桶与水混合进行灭火。但存在以下问题：(1)灭火剂具有导电性和一定的腐蚀性，滴落至直升机舱内可能造成直升机控制线路接头短路或腐蚀，安全风险大，因此必须确保添加全过程完全不渗漏；(2)直升机载重资源和空间资源十分珍贵，灭火剂溶于水的方式添加，重量大。受载重和空间限制，可以携带至直升机机舱内的灭火剂十分有限。直升机吊桶少量次数灭火后即消耗完灭火剂，需要停靠地面添加灭火剂，耗时长，无法持续快速灭火，在添加灭火剂的过程中会导致火场复燃，比如5吨的吊桶，按照6％的比例配置灭火剂，则需要300kg液体灭火剂，实用性极低；(3)灭火剂与水体混合存在饱和度，需要使用循环水来溶解灭火剂，其次，为减轻搭载重量，需要尽量减少携带的设备(如搅拌设备等)，导致灭火剂难以快速溶解。
为了克服传统方案存在的问题，相关技术中提供了一种不直接携带液态灭火剂的直升机灭火系统，直升机机舱内设置灭火剂溶解箱，灭火剂溶解箱用于容纳并溶解固体的灭火剂原材料以形成液态灭火剂，然而溶解形成的液态灭火剂仍是由直升机机舱内输送至吊桶与水混合进行灭火，灭火剂溶解箱由于老化或者工艺等问题可能存在泄漏，也可能因接头破损、堵塞等原因导致使用过程中接头脱落，对直升机的运行将造成极大的安全风险；此外，需要密封的设备重量大，用于混合的泵体也需要占用空间和重量，同时大的载重会影响直升机的重心，进而影响直升机飞行过程的平稳性。
因此，亟需开发一种直升机灭火装置，解决传统直升机灭火剂添加实用性差以及由于漏液存在安全风险等难题。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种直升机灭火装置。
本发明提供了一种直升机灭火装置，包括吊桶、固体粉剂传输系统、灭火剂溶解容器和泵水系统，所述吊桶悬挂在直升机上，所述灭火剂溶解容器环绕在所述吊桶的桶外壁；所述固体粉剂传输系统与所述灭火剂溶解容器连通，用于将直升机内舱内的灭火剂原材料固体粉剂输送至所述灭火剂溶解容器内；所述泵水系统的入口与所述吊桶连通、出口与所述灭火剂溶解容器连通，用于将所述吊桶内的水泵入所述灭火剂溶解容器内；所述灭火剂溶解容器用于溶解灭火剂原材料固体粉剂以形成液态灭火剂，所述灭火剂溶解容器的出口与所述吊桶连通，用于将液态灭火剂输送至所述吊桶内。
可选地，所述固体粉剂传输系统包括固体粉剂存放容器、气动泵和固体粉剂输送管道，所述固体粉剂存放容器置于直升机内舱内，用于存放灭火剂原材料固体粉剂，所述固体粉剂存放容器通过所述固体粉剂输送管道与所述灭火剂溶解容器连通，所述气动泵的出口与所述固体粉剂存放容器连通。
可选地，所述固体粉剂存放容器为漏斗型容器，所述漏斗型容器的下部设有固体粉剂出口，所述固体粉剂出口与所述固体粉剂输送管道的入口连通。
可选地，所述泵水系统包括吸水管道、电动水泵和出水管道，所述吸水管道的一端连通所述吊桶、另一端连通所述电动水泵的入水口，所述出水管道的一端连通所述电动水泵的出水口、另一端连通所述灭火剂溶解容器。
可选地，所述灭火剂溶解容器上设有固体粉剂注入口、水泵注水口和液态灭火剂出口，所述液态灭火剂出口处连接有出液管道，所述出液管道伸至所述吊桶内；所述灭火剂溶解容器被配置为由所述固体粉剂注入口注入灭火剂原材料固体粉剂、由所述水泵注水口泵入水、以及由所述液态灭火剂出口排出液态灭火剂同步进行。
可选地，所述灭火剂溶解容器为环状容器，所述灭火剂溶解容器包括沿周向依次首尾连接的多段管状容器段，所述灭火剂溶解容器的内径分段变化。
可选地，每段所述管状容器段从首端到尾端的内径相同，每相邻的两段所述管状容器段的内径不同，以在每相邻的两段所述管状容器段的连接位置形成内径突变。
可选地，所述灭火剂溶解容器按照以下步骤进行变径分段设计：
S102，设计所述灭火剂溶解容器的分段数量N、各段对应的内半径R1、R2、…、RN；
S104，选定所述灭火剂溶解容器的出口在所述吊桶的高度位置H及对应高度处所述吊桶的半径Rb；
S106，根据式(1)计算kc1，以满足式(2)，若不满足，则以第一预设百分比的尺寸比例减小R1、R2、…、RN；
kc1＞1.5kc0 (2)
其中，kc1为所述灭火剂溶解容器采用变径设计后的阻力系数，kc0为所述灭火剂溶解容器未采用变径设计时的阻力系数，kc(x)为在沿着所述灭火剂溶解容器的轴向方向上的瞬时阻力系数，L为多段所述管状容器段的总长度；
S108，根据式(3)计算P1，以满足式(4)，若不满足，则以第二预设百分比的尺寸比例增加R1、R2、…、RN；
P1＝P0-ρghsd1-ρghsd2-ρghsd3 (3)
其中，P1为所述灭火剂溶解容器的出口压力，P0为所述泵水系统的出口压力，ρ为液态灭火剂的密度，g为重力加速度，取9.8m/s2，hsd1为液态灭火剂在所述灭火剂溶解容器内的沿程压力损失，hsd2为液态灭火剂在所述灭火剂溶解容器内的内径突变处的局部压力损失，hsd3为液态灭火剂在所述灭火剂溶解容器内的弯曲压力损失；
S110，迭代循环式(1)和式(3)，直至分段数量N、各段对应的内半径R1、R2、…、RN满足式(2)和式(4)。
可选地，多段所述管状容器段包括沿周向依次交替设置的第一管状容器段和第二管状容器段，所述第一管状容器段的内径和所述第二管状容器段的内径之比大于2或小于0.5。
可选地，所述吊桶的桶外壁上沿周向依次设置有多个开口卡环，所述灭火剂溶解容器置于多个所述开口卡环内，并被多个所述开口卡环支撑。
本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本发明提供的直升机灭火装置，直升机无需携带液态的灭火剂，仅需要携带质量很轻的灭火剂原材料固体粉剂，用于溶解灭火剂原材料固体粉剂的灭火剂溶解容器置于直升机的外部(具体为直升机的下方)，利用固体粉剂传输系统将灭火剂原材料固体粉剂输送至灭火剂溶解容器，利用泵水系统将吊桶内的一部分水泵入灭火剂溶解容器，使得灭火剂原材料固体粉剂和水在直升机的外部进行充分混合溶解，形成液态灭火剂，形成的液态灭火剂再输送至吊桶内，与吊桶内的水混合进行灭火，如此设置使得灭火剂原材料固体粉剂的溶解以及液态灭火剂与吊桶内水的混合都在直升机的外部、下方完成，避免液体水剂或液态灭火剂置于或流经直升机内舱内导致的泄漏，也可避免直升机内舱内控制电路遭受腐蚀而引发安全事故，即使发生泄漏也不会影响直升机的飞行和控制，从而消除由于液体水剂或液体灭火剂泄漏而造成的安全风险；同时，灭火剂溶解容器环绕吊桶的桶外壁设置，如此设置，直接利用吊桶现有的重心，增设的灭火剂溶解容器不会造成重心偏移，从而不改变直升机的重心分布，进而确保直升机飞行过程的平稳性；并且直升机仅需要携带质量很轻的灭火剂原材料固体粉剂，节约了大量的载重和空间资源，从而可携带更多的灭火剂原材料固体粉剂，完成吊桶多次灭火的需求；通过添加液态灭火剂提升了灭火水剂的防蒸发能力，提高了直升机灭火系统的效率。现场应用效果良好，具有结构简单、安全可靠、操作使用方便、实用性强的特点。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例所述直升机灭火装置的结构示意图；
图2为图1所示直升机灭火装置的泵水系统的相关部件的连接示意图；
图3为本发明一实施例中灭火剂溶解容器的结构示意图。
其中，1-直升机；11-航空插座；
10-吊桶；
20-固体粉剂传输系统；21-固体粉剂存放容器；22-气动泵；23-固体粉剂输送管道；24-固体粉剂传输系统电源线；
30-灭火剂溶解容器；31-固体粉剂注入口；32-水泵注水口；33-液态灭火剂出口；300-管状容器段；301-第一管状容器段；302-第二管状容器段；
40-泵水系统；41-吸水管道；42-电动水泵；43-出水管道；44-泵水系统电源线。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
参阅图1和图2，本发明一些实施例提供的直升机灭火装置，包括：吊桶10、固体粉剂传输系统20、灭火剂溶解容器30和泵水系统40。具体地，吊桶10悬挂在直升机1上，灭火剂溶解容器30环绕在吊桶10的桶外壁(灭火剂溶解容器30也可称为灭火剂溶解环)；固体粉剂传输系统20与灭火剂溶解容器30连通，用于将直升机1内舱内的灭火剂原材料固体粉剂输送至灭火剂溶解容器30内；泵水系统40的入口与吊桶10连通、出口与灭火剂溶解容器30连通，用于将吊桶10内的水泵入灭火剂溶解容器30内；灭火剂溶解容器30用于溶解灭火剂原材料固体粉剂以形成液态灭火剂，灭火剂溶解容器30的出口与吊桶10连通，用于将液态灭火剂输送至吊桶10内。
在进行灭火时，吊桶10悬挂在直升机1上，灭火剂溶解容器30环绕在吊桶10的桶外壁，吊桶10和灭火剂溶解容器30可通过悬吊装置(如吊绳)悬挂在直升机1的下方，吊桶10内盛满水后，固体粉剂传输系统20将灭火剂原材料固体粉剂由直升机1内舱输送至灭火剂溶解容器30内，泵水系统40从吊桶10内抽取定量的水，泵入灭火剂溶解容器30内，灭火剂原材料固体粉剂与水在灭火剂溶解容器30内充分混合，形成液态灭火剂，液态灭火剂经由灭火剂溶解容器30的出口输送至吊桶10内，与吊桶10内的水混合，直升机1飞到着火位置，将吊桶10内的水倾倒在火场，将火扑灭。
上述实施例的直升机灭火装置，直升机内不需要预先容纳液态灭火剂，从而直升机飞行过程中不用携带重量重、体积大的液态灭火剂，节约了直升机大量的载重和空间资源，提高了直升机的飞行时间，提高了直升机灭火的效率；同时，吊桶10内的水以及灭火剂原材料固体粉剂与水混合溶解形成的液态灭火剂均没有流经直升机内舱，不会由于输送管道泄漏、脱落等导致直升机内舱内的控制电路的导电和腐蚀，提高了灭火装置的使用寿命以及直升机飞行的安全性；也无需考虑水剂的密封问题，还降低了直升机内舱内所需乘载和密封的设备的重量，从而可提高直升机的载油量；同时，灭火剂溶解容器30环绕吊桶10的桶外壁设置，直接利用吊桶10现有的重心，不会造成重心偏移，从而不改变直升机的重心分布，进而确保直升机飞行过程的平稳。现场应用效果良好，具有结构简单、安全可靠、操作使用方便、实用性强等特点。
在一个实施例中，参阅图1，固体粉剂传输系统20包括固体粉剂存放容器21、气动泵22和固体粉剂输送管道23，固体粉剂存放容器21置于直升机1内舱内，用于存放灭火剂原材料固体粉剂(图示中的a表示灭火剂原材料固体粉剂)；固体粉剂存放容器21通过固体粉剂输送管道23与灭火剂溶解容器30连通；为了加速灭火剂原材料固体粉剂的下落，固体粉剂存放容器21可采用漏斗型容器，漏斗型容器的下部设有固体粉剂出口，固体粉剂出口与固体粉剂输送管道23的入口连通；气动泵22也可以称为气泵，气动泵22的出口与固体粉剂存放容器21连通，具体地气动泵22的出口可与固体粉剂存放容器21的固体粉剂出口连通，气动泵22用于向固体粉剂输送管道23内输送带压力的气体，用以增加固体粉剂输送管道23内的气压，确保灭火剂原材料固体粉剂顺利下落并进入灭火剂溶解容器30内，避免灭火剂原材料固体粉剂堵塞固体粉剂输送管道23；固体粉剂输送管道23的高度高于吊桶10内水的高度，水不可能充入到固体粉剂传输系统20，从而避免水直接与机舱内接触。
为了便于安装，气动泵22置于直升机1内舱内，气动泵22的供电，可以通过固体粉剂传输系统电源线24从直升机1内舱内取电。具体地，固体粉剂传输系统20包括固体粉剂传输系统电源线24，气动泵22通过固体粉剂传输系统电源线24与直升机1电源(如直升机1内舱内的航空插座)连接。气动泵22具体可以为微型气动泵。
为了实现一次携带的灭火剂原材料固体粉剂分多次输送到灭火剂溶解容器30内，以满足吊桶20多次取水灭火的需求，可以在固体粉剂存放容器21的固体粉剂出口处设置电动阀门，以控制每次向灭火剂溶解容器30输送的灭火剂原材料固体粉剂的量，减少直升机1停靠地面添加灭火剂的时间，实现持续快速灭火。假如灭火剂原材料固体粉剂与水的重量为1:3配比时，则单次携带灭火剂灭火的次数是不采用本方案灭火次数的3倍，即当现有直接添加灭火剂可直升机灭火6架次时，本方案可直升机灭火18架次，灭火的效率大幅提升。
在一个实施例中，参阅图1和图2，泵水系统40包括吸水管道41、电动水泵42和出水管道43，吸水管道41的一端连通吊桶10、另一端连通电动水泵42的入水口，出水管道43的一端连通电动水泵42的出水口、另一端连通灭火剂溶解容器30。电动水泵42置于直升机1的外部，泵水系统40包括泵水系统电源线44，电动水泵42通过泵水系统电源线44与直升机电源连接，电动水泵42通过泵水系统电源线44从直升机1内舱内取电，为电动水泵42提供动力。电动水泵42具体可采用微型电动水泵42。
在一个实施例中，参阅图1，灭火剂溶解容器30环绕在吊桶10的桶外壁的顶端，使得灭火剂溶解容器30内的液态灭火剂的位置高度高于吊桶10内水的位置高度，从而无需对吊桶10进行穿孔，即可确保液态灭火剂顺利输送到吊桶10内。
在一个实施例中，吊桶10的桶外壁上沿周向依次设置有多个开口卡环，灭火剂溶解容器30置于多个开口卡环内，并被多个开口卡环支撑。如此设置可确保灭火剂溶解容器30在吊桶10上的牢固安装，此种安装方式可适用于任意型号尺寸的吊桶10。
具体地，可在吊桶10的桶外壁的顶端垂直悬挂多个开口卡环，开口卡环的数量可以但不限于为8个，多个开口卡环可采用焊接等方式固定在吊桶10上；灭火剂溶解容器30可从上向下置于多个开口卡环中，多个开口卡环支撑灭火剂溶解容器30；为了确保灭火剂溶解容器30安装的牢固性，灭火剂溶解容器30的外壁面与开口卡环的内壁面粘接连接。当然，灭火剂溶解容器30的安装方式不限于为上述具体限定，还可以在吊桶10上设置其他结构形式的卡扣结构来固定灭火剂溶解容器30。
在一个实施例中，参阅图1和图2，灭火剂溶解容器30上设有固体粉剂注入口31、水泵注入口32和液态灭火剂出口33，固体粉剂输送管道23的出口与固体粉剂注入口31连通，泵水系统40的出口与水泵注入口32连通，液态灭火剂出口33处连接有出液管道，出液管道伸至吊桶10内，用于将液态灭火剂输送至吊桶10内。
为了实现灭火剂原材料固体粉剂的快速溶解，灭火剂溶解容器30被配置为由固体粉剂注入口31注入灭火剂原材料固体粉剂、由水泵注水口32泵入水、以及由液态灭火剂出口33排出液态灭火剂同步进行。具体地，由水泵注水口32泵入的水在灭火剂溶解容器30内流动，冲刷由固体粉剂注入口31注入的灭火剂原材料固体粉剂，以使灭火剂原材料固体粉剂溶解形成液态灭火剂，经液态灭火剂出口33由出液管道排出进入吊桶10内，采用流动的水冲刷灭火剂原材料固体粉剂，有利于灭火剂原材料固体粉剂的快速溶解。
为了加速灭火剂原材料固体粉剂的溶解速率，灭火剂溶解容器30为环状容器，灭火剂溶解容器30包括沿周向依次首尾连接的多段管状容器段300，也即多段管状容器段300依次首尾连接形成环状容器，灭火剂溶解容器30的内径分段变化，也即设置灭火剂溶解容器30的变径分段，用以提高灭火剂溶解容器30内的液体的紊流程度、加速灭火剂原材料固体粉剂的溶解，提高工作效率，实现在不增加混合设备的情况下实现灭火剂原材料固体粉剂的快速溶解。
在一个实施例中，每段管状容器段300从首端到尾端的内径相同，每相邻的两段管状容器段300的内径不同，以在每相邻的两段管状容器段300的连接位置形成内径突变。换言之，每相邻的两段管状容器段的连接端的口径不同。如此设置，在环状的灭火剂溶解容器30的层流流动和非强烈的湍流状态下，灭火剂原材料固体粉剂由于重力作用会沉降至溶解环的下部，通过设置灭火剂溶解容器30的变径分段，可以在灭火剂溶解容器30的小口径段加强湍流，使水剂在灭火剂溶解容器30内处于“翻滚”状态，加速灭火剂原材料固体粉剂的溶解；通过设置灭火剂溶解容器30的变径分段，改变灭火剂在灭火剂溶解容器30内的流动分层，增加了灭火剂在灭火剂溶解容器30内的径向速度，使沉积到灭火剂溶解容器30下部的灭火剂原材料固体粉剂被“卷起”并迅速分散到灭火剂溶解容器30的其他区域，显著加速了灭火剂原材料固体粉剂的溶解过程。
在一个具体实施例中，如图3所示，多段管状容器段300包括沿周向依次交替设置的第一管状容器段301和第二管状容器段302，第一管状容器段301的内径D1与第二管状容器段302的内径D2不相等。优选地，第一管状容器段301的内径D1与第二管状容器段302的内径D2之比大于2或小于0.5。
当然，图3仅为本发明的一个具体实施例，灭火剂溶解容器30的变径分段的具体结构可根据实际情况自行设计与调整，例如，变径分段的分段数量、变径幅度、内径增大的次数、内径减小的次数等参数均可以合理设计与调整；每段管状容器段从首端到末端的内径也可以不相同；变径分段也可以设计成渐变结构等，只要不脱离本发明的设计构思，均应在本发明的保护范围内。
灭火剂溶解容器30的变径分段的结构可根据灭火剂的压力损失进行设计，其考虑的因素包括：电动水泵42的出口压力、灭火剂原材料固体粉剂在灭火剂溶解容器30内的溶解速率、灭火剂的压力损失、灭火剂在吊桶10内的混合速率。
变径分段的设计有两个相互矛盾的限制条件：
(1)尽量多的设置变径设计，变径幅度尽量大，满足灭火剂原材料固体粉剂溶于水的要求，未溶于水的灭火剂原材料固体粉剂未发挥灭火效果；
(2)水剂在灭火剂溶解容器内部的压力损失不能过大，否则灭火剂进入吊桶后压力过小，不能在吊桶内充分混合，效果不佳。
用数学方法表示上述两个限制条件如下：
(1-1)灭火剂原材料固体粉剂的溶解本质上是物质的对流传导，主要是由浓度差和表面流体流速决定，主要考虑对流传导的阻力系数计算公式为：
其中，x为灭火剂溶解容器的起点至计算点的长度，kc(x)为在沿着灭火剂溶解容器的轴向方向上的瞬时阻力系数，L为灭火剂溶解容器多段管状容器段的总长度；DAB为灭火剂溶解容器各段管状容器段的当量直径，v∞为流体在灭火剂溶解容器各段管状容器段的平均速度。
为了增加灭火剂原材料固体粉剂的溶解速率，要求变径设计后的阻力系数满足：
kc1＞1.5kc0 (3)
其中，kc1为灭火剂溶解容器采用变径设计后的阻力系数，kc0为灭火剂溶解容器未采用变径设计时的阻力系数。
(1-2)变径选择为突变，每段管状容器段从首端到末端的内径相同，相邻两段管状容器段的内半径之比Ri/R(i+1)>2或Ri/R(i+1)＜0.5；
(1-3)假设灭火剂溶解容器的变径次数为N次(即分段数量为N)，则灭火水剂(即液态灭火剂)流经灭火剂溶解容器的沿程压力损失hsd1的计算方法为：
①采用式(4)计算灭火水剂在灭火剂溶解容器内的流动速度vi；
其中，Q为根据吊桶单次灭火时间设计的最小混合流量，di为灭火剂溶解容器各段管状容器段的直径，vi为灭火水剂在灭火剂溶解容器各段管状容器段的平均速度；
②添加了灭火剂原材料固体粉剂的灭火水剂的密度为ρsj，采用式(5)计算灭火水剂在管状容器段内的雷诺数Rei；
Rei＝ρsj×Vi×di/μsj (5)
其中，μsj为灭火水剂的黏性系数。
若Rei<2300，则灭火水剂在灭火剂溶解容器内的流动为层流状态，灭火水剂在各段管状容器段的沿程压力损失系数λi为：
若2300<Rei<100000，则灭火水剂在灭火剂溶解容器内的流动为层流到紊流的过渡态状态，沿程阻力系数λi为：
若100000<Rei<1000000，则灭火水剂在灭火剂溶解容器内的流动为紊流状态，沿程阻力系数λi为：
灭火水剂在灭火剂溶解容器内的沿程压力损失hsd1为：
其中，Li为灭火剂溶解容器各段管状容器段的长度，g为重力加速度，取9.8m/s2。
(1-4)根据式(10)-(12)计算灭火水剂在灭火剂溶解容器内的内径突变处的局部压力损失hsd2：
其中，n1为直径增大的次数，n2为直径缩小的次数，n1+n2＝N；
其中，A1为相邻两段管状容器段相对靠前的一段的截面积，A2为相邻两段管状容器段相对靠后的一段的截面积，
为灭火剂溶解容器内径突然变大的局部压力损失，
为灭火剂溶解容器内径突然缩小的局部压力损失；
(1-5)根据式(13)计算灭火水剂在灭火剂溶解容器的弯曲压力损失hsd3：
其中，DAB,i为第i个管状容器段的当量直径，θι为第i个管状容器段的弧度，Rb为灭火剂溶解容器的出口位置对应高度处吊桶的半径(通常而言吊桶不是圆柱体，而是上大下小的圆台，灭火剂溶解容器所处高度不同，对应高度处吊桶的半径也不同)。
(1-6)根据式(14)计算灭火剂溶解容器的出口压力P1：
P1＝P0-ρghsd1-ρghsd2-ρghsd3 (14)
其中，P0为电动水泵的出口压力。
(1-7)设灭火剂溶解容器的液态灭火剂出口在吊桶的高度位置为H，使灭火水剂在吊桶内充分混合的压力应满足：
具体地，灭火剂溶解容器30按照以下步骤进行变径分段设计：
S102，设计灭火剂溶解容器的分段数量N、各段对应的内半径R1、R2、…、RN；
S104，选定灭火剂溶解容器的出口在吊桶的高度位置H及对应高度处吊桶的半径Rb；
S106，根据式(1)计算kc1，以满足式(2)，若不满足，则以第一预设百分比(如5％)的尺寸比例减小R1、R2、…、RN；
kc1＞1.5kc0 (2)
其中，kc1为灭火剂溶解容器采用变径设计后的阻力系数，kc0为灭火剂溶解容器未采用变径设计时的阻力系数，kc(x)为在沿着灭火剂溶解容器的轴向方向上的瞬时阻力系数，L为多段管状容器段的总长度；
S108，根据式(3)计算P1，以满足式(4)，若不满足，则以第二预设百分比(如2％)的尺寸比例增加R1、R2、…、RN；
P1＝P0-ρghsd1-ρghsd2-ρghsd3 (3)
其中，P1为灭火剂溶解容器的出口压力，P0为泵水系统的出口压力，ρ为液态灭火剂的密度，g为重力加速度，取9.8m/s2，hsd1为液态灭火剂在灭火剂溶解容器内的沿程压力损失，hsd2为液态灭火剂在灭火剂溶解容器内的内径突变处的局部压力损失，hsd3为液态灭火剂在灭火剂溶解容器内的弯曲压力损失；
S110，迭代循环式(1)和式(3)，直至分段数量N、各段对应的内半径R1、R2、…、RN满足式(2)和式(4)。
当然，为了实现灭火剂原材料固体粉剂在灭火剂溶解容器30内的快速溶解，除了采用上述的变径设计方案以外，还可以采用在灭火剂溶解容器30的内部设置管内螺旋扰动，同样能够达到使灭火剂原材料固体粉剂快速溶解的目的。
本发明实施例提供的直升机灭火装置，经试制试用被证明能避免了液态灭火剂泄漏导致直升机被腐蚀；通过设置灭火吊桶环绕灭火剂溶解容器的气液联动结构，既无需携带混合的液态灭火剂上直升机，仅需要携带质量很轻的固体灭火剂原材料，节约了大量的载重和空间资源，提高了直升机灭火系统的效率，又直接在吊桶内取水在吊桶边混合，无需流经直升机内舱，完全避免了接头脱落或者长期运行导致的磨损泄漏，还可以在不增加混合设备的情况下实现快速溶解。现场应用效果良好，具有结构简单、安全可靠和操作使用方便的特点。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种直升机灭火装置，其特征在于，包括吊桶(10)、固体粉剂传输系统(20)、灭火剂溶解容器(30)和泵水系统(40)，所述吊桶(10)悬挂在直升机(1)上，所述灭火剂溶解容器(30)环绕在所述吊桶(10)的桶外壁；
所述固体粉剂传输系统(20)与所述灭火剂溶解容器(30)连通，用于将直升机(1)内舱内的灭火剂原材料固体粉剂输送至所述灭火剂溶解容器(30)内；
所述泵水系统(40)的入口与所述吊桶(10)连通、出口与所述灭火剂溶解容器(30)连通，用于将所述吊桶(10)内的水泵入所述灭火剂溶解容器(30)内；
所述灭火剂溶解容器(30)用于溶解灭火剂原材料固体粉剂以形成液态灭火剂，所述灭火剂溶解容器(30)的出口与所述吊桶(10)连通，用于将液态灭火剂输送至所述吊桶(10)内。
2.根据权利要求1所述的直升机灭火装置，其特征在于，所述固体粉剂传输系统(20)包括固体粉剂存放容器(21)、气动泵(22)和固体粉剂输送管道(23)，所述固体粉剂存放容器(21)置于直升机(1)内舱内，用于存放灭火剂原材料固体粉剂，所述固体粉剂存放容器(21)通过所述固体粉剂输送管道(23)与所述灭火剂溶解容器(30)连通，所述气动泵(22)的出口与所述固体粉剂存放容器(21)连通。
3.根据权利要求2所述的直升机灭火装置，其特征在于，所述固体粉剂存放容器(21)为漏斗型容器，所述漏斗型容器的下部设有固体粉剂出口，所述固体粉剂出口与所述固体粉剂输送管道(23)的入口连通。
4.根据权利要求1所述的直升机灭火装置，其特征在于，所述泵水系统(40)包括吸水管道(41)、电动水泵(42)和出水管道(43)，所述吸水管道(41)的一端连通所述吊桶(10)、另一端连通所述电动水泵(42)的入水口，所述出水管道(43)的一端连通所述电动水泵(42)的出水口、另一端连通所述灭火剂溶解容器(30)。
5.根据权利要求1所述的直升机灭火装置，其特征在于，所述灭火剂溶解容器(30)上设有固体粉剂注入口(31)、水泵注水口(32)和液态灭火剂出口(33)，所述液态灭火剂出口(33)处连接有出液管道，所述出液管道伸至所述吊桶(10)内；
所述灭火剂溶解容器(30)被配置为由所述固体粉剂注入口(31)注入灭火剂原材料固体粉剂、由所述水泵注水口(32)泵入水、以及由所述液态灭火剂出口(33)排出液态灭火剂同步进行。
6.根据权利要求1至5任一项所述的直升机灭火装置，其特征在于，所述灭火剂溶解容器(30)为环状容器，所述灭火剂溶解容器(30)包括沿周向依次首尾连接的多段管状容器段(300)，所述灭火剂溶解容器(30)的内径分段变化。
7.根据权利要求6所述的直升机灭火装置，其特征在于，每段所述管状容器段(300)从首端到尾端的内径相同，每相邻的两段所述管状容器段(300)的内径不同，以在每相邻的两段所述管状容器段(300)的连接位置形成内径突变。
8.根据权利要求7所述的直升机灭火装置，其特征在于，所述灭火剂溶解容器(30)按照以下步骤进行变径分段设计：
S102，设计所述灭火剂溶解容器(30)的分段数量N、各段对应的内半径R1、R2、…、RN；
S104，选定所述灭火剂溶解容器(30)的出口在所述吊桶(10)的高度位置H及对应高度处所述吊桶(10)的半径Rb；
S106，根据式(1)计算kc1，以满足式(2)，若不满足，则以第一预设百分比的尺寸比例减小R1、R2、…、RN；
kc1＞1.5kc0 (2)
其中，kc1为所述灭火剂溶解容器(30)采用变径设计后的阻力系数，kc0为所述灭火剂溶解容器(30)未采用变径设计时的阻力系数，kc(x)为在沿着所述灭火剂溶解容器(30)的轴向方向上的瞬时阻力系数，L为多段所述管状容器段(300)的总长度；
S108，根据式(3)计算P1，以满足式(4)，若不满足，则以第二预设百分比的尺寸比例增加R1、R2、…、RN；
P1＝P0-ρghsd1-ρghsd2-ρghsd3 (3)
其中，P1为所述灭火剂溶解容器(300)的出口压力，P0为所述泵水系统(40)的出口压力，ρ为液态灭火剂的密度，g为重力加速度，取9.8m/s2，hsd1为液态灭火剂在所述灭火剂溶解容器(30)内的沿程压力损失，hsd2为液态灭火剂在所述灭火剂溶解容器(30)内的内径突变处的局部压力损失，hsd3为液态灭火剂在所述灭火剂溶解容器(30)内的弯曲压力损失；
S110，迭代循环式(1)和式(3)，直至分段数量N、各段对应的内半径R1、R2、…、RN满足式(2)和式(4)。
9.根据权利要求7所述的直升机灭火装置，其特征在于，多段所述管状容器段(300)包括沿周向依次交替设置的第一管状容器段(301)和第二管状容器段(302)，所述第一管状容器段(301)的内径和所述第二管状容器段(302)的内径之比大于2或小于0.5。
10.根据权利要求1至5任一项所述的直升机灭火装置，其特征在于，所述吊桶(10)的桶外壁上沿周向依次设置有多个开口卡环，所述灭火剂溶解容器(30)置于多个所述开口卡环内，并被多个所述开口卡环支撑。
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