CN115253117A - 用于空中消防飞行器的阻燃剂储存和排放组件和空中消防飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于空中消防飞行器的阻燃剂储存和排放组件和一种空中消防飞行器。阻燃剂储存和排放组件包括：水箱组件，水箱组件固定在飞行器的机身内；通气组件，通气组件通过将水箱组件内外连通对水箱组件供气；以及排水门板组件，排水门板组件设置在飞行器底部的机身开口处，并且与水箱组件连通，其中，水箱组件包括沿着飞行器的纵向轴线延伸的分段式水箱，分段式水箱的各个分段的尺寸构造成允许行进通过飞行器的舱门，以及通气组件将水箱组件与飞行器的周围大气连通，并且通气组件包括对应地连通分段式水箱的至少一个分段和周围大气的至少一个通气管路。
Description
技术领域
本发明涉及一种空中消防灭火系统，更具体地，涉及用于空中消防飞行器的阻燃剂的大容量储存和高流量排放组件。
背景技术
野外火灾(诸如森林火灾)往往因地理位置偏僻恶劣、环境易燃、灭火设施不足等原因，难以实施及时有效的救援，火灾容易失控漫延。
对于野外火灾进行空中灭火是一种有效的救援方法。空中灭火的有效性受阻燃剂落到地面的覆盖厚度和覆盖面积影响，覆盖厚度和面积越大，灭火效果越好。
若使用旋翼飞行器吊装阻燃剂空投灭火，因旋翼飞行器载重量有限，单次释放的阻燃剂覆盖面积很小；且旋翼飞行器飞行速度较慢，往返火场和机场的时间较久，因此该方法灭火能力较差。
固定翼飞行器飞行速度快，可及时抵达火场；固定翼飞行器载重量能力强，可装载足量的阻燃剂，例如超过10吨。因此，使用固定翼飞行器安装消防储存和喷洒系统是进行空中消防的较优选择。
然而，固定翼飞行器近地速度较大，因此需使阻燃剂大量高速释放，例如2吨/秒或更高，才能保证阻燃剂覆盖足够的厚度，以实现有效灭火。
现有的用于固定翼飞行器的空中消防灭火系统和设备，根据阻燃剂投放方式不同大体可分为两类，一种是使用高压气体辅助水箱内的液体排出，一种是利用液体自身重力从水箱内排出。
使用高压气体的空中消防灭火系统和设备例如US2008210825A1公开了一种增强型空中递送系统，该系统解决了大量液体、粉末和其他制剂材料在飞机上运输和空中散布时出现的问题。液体排放是通过高压气罐给水箱输送高压气体，高压气体将阻燃剂从水箱中挤出。
然而，使用飞行器灭火的场景，大多需要飞行器多次作业，使用高压气体的空中消防灭火系统和设备在地面短时间内需同时完成高压气体加注、阻燃剂加注和燃油加注，对地面设备和工作人员都有较高的要求。此外，为使阻燃剂在地面的覆盖厚度和覆盖面积达到有效灭火的要求，高压排液式系统设备在短时间大量排放阻燃剂时将产生巨大的反冲力，引起飞行器的不稳定。
使用重力排液式系统设备例如US2013/0199804Al公开了一种空中阻燃剂输送系统，其包括可安装在飞机机身上的阻燃剂罐。阻燃剂罐包括与机身相通的流体压力开口，这样机身内的压力可以作用于罐内的阻燃剂。该阻燃剂罐包括一个通过飞机机身侧壁延伸的出口，阻燃剂可以通过该出口输送到目标。该系统还包括用于开启和关闭出口的排放门。驱动机构设置在所述阻燃剂罐的外部，并与排放门连接。可变流量控制器控制排放门的开启位置，以便在所需区域排放阻燃剂。单向挡板设置在阻燃剂罐上方，可使机身内的压力进入水箱，同时防止阻燃剂从水箱溢出。
例如CN110691734A中公开了一种用于播散消防物质的多罐系统和飞行器，其包括机身、一对机翼、第一储罐、第二储罐、第一开口、第二开口、第一闭合件、第二闭合件以及致动器。第一开口设置在飞行器的重心的前方，第二开口设置在飞行器的重心的后方以维持飞行器的稳定性。第一开口联接到第一储罐，第二开口联接到第二储罐。致动器被配置成打开第一闭合件和第二闭合件中的至少一者，以便播散消防物质，诸如水、阻燃剂或它们的混合物。
然而，为使阻燃剂顺利投放，水箱上需设置进气口和进气通道为水箱内部补充空气以允许水箱顺利排放，现有技术都是采用飞机机身内部气压补充水箱空间，然而排放阶段时间较短(大约3s内)舱内总容积变化较大(以约3m3/s的速率增加)，导致舱内压力变化率较大，舱内飞行员及工作人员难以承受。
此外，为了大量列装空中消防飞行器，目前往往采用某些型号的客机、货机改装，而非设计全新的空中消防飞行器，因此水箱的尺寸受原有机型结构尺寸限制，需要最大程度地保留原有机型的结构来降低制造成本，并且保证可靠性、安全性和经济性。
因此，仍然存在对现有阻燃剂储存和排放组件的结构作进一步改进的需求。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种能够在飞行器中安全使用、维护便捷、可维持飞行器稳定性、同时能大容量存储和高速高流量排放阻燃剂的阻燃剂储存和排放组件，该组件适用于飞机改装，并且阻燃剂排放时不影响飞机舱内压力变化。
本发明提供了一种用于空中消防飞行器的阻燃剂储存和排放组件，其包括：水箱组件，水箱组件固定在飞行器的机身内；通气组件，通气组件通过将水箱组件内外连通对水箱组件供气；以及排水门板组件，排水门板组件设置在飞行器底部的机身开口处，并且与水箱组件连通，其中，水箱组件包括沿着飞行器的纵向轴线延伸的分段式水箱，分段式水箱的各个分段的尺寸构造成允许行进通过飞行器的舱门，以及通气组件将水箱组件与飞行器的周围大气连通，并且通气组件包括对应地连通分段式水箱的至少一个分段和周围大气的至少一个通气管路。
根据本发明的一个方面，机身开口相对于飞行器的重心更靠近飞行器的尾部，并且分段式水箱的最靠近飞行器的尾部的第一分段通过密封部与机身开口连接，并且其中，相对于分段式水箱的其余分段，第一分段的总宽度变窄并且总高度变小。
根据本发明的一个方面，水箱组件还包括对应于分段式水箱的各个分段的水箱支架，其中，水箱支架支承分段式水箱的支承高度在从飞行器的头部到尾部的第一放向上顺次降低，使得分段式水箱的箱体与水平面呈一定角度。
根据本发明的一个方面，水箱组件的空载重心和满载重心都与飞行器的重心位置重合，并且在阻燃剂排放阶段，水箱组件的重心在飞行器的重心变化包线内。
根据本发明的一个方面，通气组件的通气管路设计成沿着飞行器的纵向轴线镜像对称。
根据本发明的一个方面，通气组件的多个通气管路对应地连通分段式水箱的每一个分段和周围大气。
根据本发明的一个方面，通气组件的通气管路连通分段式水箱的对应分段与机身上的旅客窗。
根据本发明的一个方面，通气组件的通气管路连通到分段式水箱的对应分段的顶部上，并且通气组件的通气管路还包括单向阀，单向阀也设置在分段式水箱的对应分段的顶部上。
根据本发明的一个方面，排水门板组件包括第一门板、第二门板、第一作动器与第二作动器，其中，第一门板和第二门板用于共同封闭和打开机身开口，其中，第一作动器和第二作动器相互独立分别对应地驱动第一门板和第二门板。
根据本发明的一种空中消防飞行器，其中，该飞行器包括根据本发明的一个方面的阻燃剂储存和排放组件。
本发明的阻燃剂储存水箱的箱体由分段水箱和密封连接件通过紧固件连接组成，分段水箱可通过飞机登机门、货舱门等运送至飞机机身内部，适合飞机改装。
本发明的阻燃剂储存水箱的通气方式是使用通气管路来连接机身外部和水箱，用机身外部空气对水箱内补充气压。因此，本发明的水箱在排放阻燃剂时不受通气限制，且不会引起飞机机身内压力变化，不会造成机上人员不适，更安全。
附图说明
为了描述可获得本发明的上述和其他有点和特征的方式，将用过参考附图中示出的本发明的示例性实施例来呈现以上简要描述的本发明的更具体描述。可以理解，这些附图只描绘了本发明的各示例性实施例，并且因此不被认为是对其范围的限制，将通过使用附图并利用附加特征和细节来描述和解释本发明，在附图中：
图1是根据本发明的优选实施例的具有阻燃剂储存和排放组件的空中消防飞行器的侧视图；
图2是根据本发明的优选实施例的具有阻燃剂储存和排放组件的空中消防飞行器的示意立体图；以及
图3是图2中所示的阻燃剂储存和排放组件的示意立体图。
附图比例不必按比例绘制，并且部件示意性地夸大，旨在更清楚说明。在其他实施例中，可以使用其他相对尺寸。在下文的所有内容中，不同附图中出现的相同特征用相同或类似的附图标记表示。
附图标记列表：
100 飞行器
110 机身
111 驾驶舱
112 机身开口
113 旅客窗
114 舱门
200 阻燃剂储存和排放组件
210 水箱组件
211 分段式水箱
212 密封连接件
213 水箱支架
220 通气组件
221 通气管路
222 单向阀
230 排水门板组件
231 第一门板
232 第二门板
233 第一作动器
234 第二作动器
240 加注组件
241 加注面板
242 加注管路
250 控制设备
具体实施方式
下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
在本发明的各实施例中，定义“第一方向”为从飞行器100的头部到尾部的方向；分段式水箱的“宽度”方向为飞行器100的展向方向；分段式水箱的“长度”方向为飞行器100的航向方向；分段式水箱的“高度”方向为飞行器100的竖直方向。
图1示意性地示出了根据本发明的优选实施例的具有阻燃剂储存和排放组件200的空中消防飞行器100，可用于火灾时进行阻燃剂运送和空中消防灭火。飞行器100包括机身110和驾驶舱111。通常，由某些型号的客机(例如支线客机)改装而来的飞行器100还可以包括旅客窗113和舱门114。
在优选实施例中，阻燃剂储存和排放组件200可以包括用于储存阻燃剂的水箱组件210、用于为水箱组件210供气的通气组件220，以及用于排放阻燃剂实现消防灭火目标的排水门板组件230。在此水箱组件210内装载的阻燃剂可以是水、市售化学阻燃剂或者它们的混合物或组合。
较佳地，固定在飞行器100的机身110内的水箱组件210可以包括沿着飞行器100的纵向轴线延伸的分段式水箱211的若干分段。因此水箱组件210的重心在飞行器的展向方向上大致居中。
较佳地，分段式水箱211的各个分段的尺寸可以构造成允许行进通过飞行器100的舱门114，有利于应用在飞行器100改装成空中消防飞行器时将各个分段从舱门114运输进飞行器内预定位置再进行组装。在替代实施例中，舱门114可以是客机的登机门、服务门或货舱门，并且分段式水箱211的分段的尺寸可以对应地改变。关于分段式水箱211的各个分段的详细描述将参考图3在下文中说明。
考虑到机身110在飞行器100的重心位置的下方通常存在主起落架，因此在优选实施例中，机身开口112设计成相对于飞行器100的重心更靠近飞行器100的尾部，即在机翼后方，并且分段式水箱211的最靠近飞行器100的尾部的第一分段通过密封部与机身开口112连接。可以理解，机身开口112也可以在机翼前方，并且水箱组件210的结构可以对应调整。
较佳地，上述第一分段可以构造成总宽度变窄并且总高度变小。以这种方式，即使第一分段相对于分段式水箱211向后偏离飞行器100的重心，较为向后偏离重心的第一分段中储存的阻燃剂较少。较佳地，上述第一分段可以构造成向下弯曲的形状。
图2示意性地示出了根据本发明的优选实施例的具有阻燃剂储存和排放组件的空中消防飞行器的示意立体图，图3示意性地示出了图2中所示的阻燃剂储存和排放组件200。
较佳地，分段式水箱211的包括第一分段在内的更靠近飞行器尾部的若干分段(图1-3中示出为两个分段)都可以宽度变窄，并且因为宽度足够窄而能够行进通过舱门114，因此它们的尺寸可以在长度方向上足够长，能够将分段式水箱211与机身开口112连通，而仍然确保分段式水箱211以及因此保持水箱组件210的空载重心和满载重心都大约与飞行器100的重心位置相同，并且确保在阻燃剂排放阶段，水箱组件210的重心即使存在一定变化，仍然在飞行器100所允许的重心变化包线内，满足飞行器的重量重心平衡限制，符合飞行器安全飞行要求。
在优选实施例中，在大约3秒的阻燃剂排放阶段，总体重心先往飞行器尾部偏移再往头部，总体重心的绝对变化量大概在4个点，对于飞机操作来说是可以接受的，符合飞行器安全飞行要求。
较佳地，分段式水箱211的更靠近飞行器头部的分段成逐渐收缩的四边形管状并且尺寸小于舱门114。
在优选实施例中，如图3所示，水箱组件210还包括用于连接分段式水箱211的各个分段以便组成分段式水箱211的箱体的密封连接件212。
在优选实施例，改装自支线客机的飞行器100的分段式水箱211的箱体提供大约10立方米的容积，这一容积几乎达到该改装的空中消防飞行器100的载重上限。可以理解，对于较大的客机和货机，可以构造更大的分段式水箱211以储存更多的阻燃剂。
分段式水箱211可以根据不同飞行器的安装需求、装载量需求进行调整，如：调整分段式水箱的分段数量，调整分段水箱尺寸，可更改水箱箱体装载的阻燃剂液体的质量。
分段式水箱211可以由提供刚性结构并且能够保持诸如水、阻燃剂或它们的混合物的耐腐蚀的任何合适的物质制成，例如但不限于不锈钢、碳钢、合金钢、铁、铝、阳极氧化铝、钛、聚氯乙烯(PVC)、塑料玻璃纤维等。
本发明的水箱在排放阻燃剂时仅承受大气压，不承受高压气体，无需过度的厚度来提供过度的强度，因此可以减轻结构重量。
在优选实施例中，机身开口112可以足够大，允许分段式水箱211在较短时间内(例如大约3秒)排空。
在优选实施例中，如图1所示，水箱组件210还包括水箱支架213，水箱支架213一端连接分段式水箱211的箱体，另一端连接飞行器100，并且分段式水箱211的各个分段通过水箱支架213连接并固定在飞行器100内。
较佳地，水箱支架213之间有高度差，具体地，水箱支架213的支承高度在从飞行器100的头部到尾部的第一方向上顺次降低，使得分段式水箱211的箱体与水平面呈一定角度倾斜，便于箱体中的液体排出。以这种方式，在排放阻燃剂期间有助于阻燃剂从分段式水箱211中排空。
在阻燃剂排放期间，需要快速对水箱组件供气，否则会阻碍阻燃剂经由机身开口112的排出。在优选实施例中，通气组件220通过将水箱组件210内外连通使飞行器100周围空气进入水箱组件210，帮助水箱内的阻燃剂畅通无阻地排放。水箱组件210通气来源不是飞机机身110内，避免了机身110内部压力剧烈变化，保障飞行器100驾驶员/工作员的安全。
较佳地，通气组件220的一端连接在水箱组件210上，另一端连接在机身110的通向周围大气的通气端口上，将水箱组件210与飞行器100的周围大气连通。并且通气组件220包括对应地连通分段式水箱211的至少一个分段和周围大气的至少一个通气管路221。
在优选实施例中，如图2所示，通气组件220包括两组通气管路221，分别连通分段式水箱211的靠近飞行器头部的两个分段和周围大气。
在优选实施例中，通气组件220的通气管路221设计成沿着飞行器100的纵向轴线镜像对称。因此，上述两组通气管路221中的每一组通气管路221分别连通分段式水箱211的一个分段与机身110两侧的通气端口。
在替代的实施例中，通气组件220的多个通气管路221可以对应地连通分段式水箱211的每一个分段和周围大气，以在部分管路流量不足或者失效时提供更充分的供气。
在优选实施例中，通气组件220的通气管路221连通分段式水箱211的对应分段与机身110上的旅客窗113，并且通过旅客窗113改装为通气端口，以这种方式，可减少改装的工作量。可以理解的是，也可以在机身110上重新开设通气端口并且连通这些通气端口和分段式水箱211。
在优选实施例中，通气组件220的通气管路221可以连通到分段式水箱211的对应分段的顶部上。由于重力作用，在阻燃剂排放期间，分段式水箱211的各个分段的顶部首先排空阻燃剂，因此需要首先供气。
在优选实施例中，通气组件220的通气管路221还可以包括单向阀222，并且单向阀222也设置在分段式水箱211的对应分段的顶部上。在阻燃剂排放期间允许空气进入分段式水箱211，并且阻止阻燃剂从通气管路221流出。在替代实施例中，单向阀222也可以设置在通气管路221靠近通气端口处。
此外，现有技术中的多个水箱以及其各自具有排放口的技术方案，如果一套排放口卡死的，则部分水箱排放而部分水箱满载所导致的重心变化可能导致飞机无法正常飞行。
在优选实施例中，排水门板组件230包括第一门板231、第二门板232、第一作动器233与第二作动器234。较佳地，第一门板231和第二门板232与机身开口112连接，用于共同封闭和打开机身开口112，按需排放阻燃剂。
较佳地，第一作动器233和第二作动器234相互独立分别对应地驱动第一门板231和第二门板232，例如，第一作动器233驱动第一门板231，第二作动器234驱动第二门板232。以这种方式，两扇门板分别由不同的作动器来驱动，可防止某一作动器故障导致水箱内液体无法排放，可提高整个系统的安全性。
较佳地，第一作动器233和第二作动器234可以是电气致动器410，例如，电动马达、扭矩驱动器等。
在优选实施例中，阻燃剂储存和排放组件200还包括加注组件240和控制设备250，加注组件240用于阻燃剂装载；控制设备250用于控制通气组件220中单向阀222的开合以及第一门板231和第二门板232的开合。
加注组件240由加注面板241和加注管路242组成。加注管路242一端连接在水箱组件210上，一端连接在飞机机身110上。机身110上的加注面板241位于地面工作人员易于接近的位置。一般而言，一次空中消防任务需要消防飞机多次装载阻燃剂前往火灾区进行救援，加注面板241设置在机身110上并易于地面工作人员接近，可减少消防飞机在机场停留的时间，有利于消防任务的执行。
控制设备250在驾驶舱111内，由驾驶员/操作员操控。控制设备250通过控制第一作动器233和第二作动器234，驱动第一门板231和第二门板232封闭和打开，封闭时储存阻燃剂，打开时排放阻燃剂。
此外，单向阀222也由控制设备250控制，在排放阻燃剂时，由控制设备250发出指令，先打开单向阀222，再打开第一门板231和第二门板232。
尽管以上已经描述了各种实施例，但应当理解，它们以示例而非限制的方式提出。对相关领域技术人员而言显而易见的是，所公开的主题可以其它特定的形式实施而不脱离其精神和必要特征。
本公开也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其他组合、方式也属于本公开的范畴、思想范围。
因此，以上所描述的实施例在所有方面被认为是示例性而非限制性的，并不作为对本发明做任何限制的依据。
Claims (10)
1.一种用于空中消防飞行器的阻燃剂储存和排放组件，所述阻燃剂储存和排放组件(200)包括：
水箱组件(210)，所述水箱组件(210)固定在所述飞行器(100)的机身(110)内；
通气组件(220)，所述通气组件(220)通过将所述水箱组件(210)内外连通对所述水箱组件(210)供气；以及
排水门板组件(230)，所述排水门板组件(230)设置在所述飞行器(100)底部的机身开口(112)处，并且与所述水箱组件(210)连通，
其特征在于，
所述水箱组件(210)包括沿着所述飞行器(100)的纵向轴线延伸的分段式水箱(211)，所述分段式水箱(211)的各个分段的尺寸构造成允许行进通过所述飞行器(100)的舱门(114)，以及
所述通气组件(220)将所述水箱组件(210)与所述飞行器(100)的周围大气连通，并且所述通气组件(220)包括对应地连通所述分段式水箱(211)的至少一个分段和所述周围大气的至少一个通气管路(221)。
2.根据权利要求1所述的阻燃剂储存和排放组件，其特征在于，
所述机身开口(112)相对于所述飞行器(100)的重心更靠近所述飞行器(100)的尾部，并且
所述分段式水箱(211)的最靠近所述飞行器(100)的尾部的第一分段通过密封部与所述机身开口(112)连接，并且
其中，相对于所述分段式水箱(211)的其余分段，所述第一分段的总宽度变窄并且总高度变小。
3.根据权利要求1所述的阻燃剂储存和排放组件，其特征在于，
所述水箱组件(210)还包括对应于所述分段式水箱(211)的各个分段的水箱支架(213)，
其中，所述水箱支架(213)支承所述分段式水箱(211)的支承高度在从所述飞行器(100)的头部到尾部的第一放向上顺次降低，使得所述分段式水箱(211)的箱体与水平面呈一定角度。
4.根据权利要求1所述的阻燃剂储存和排放组件，其特征在于，
所述水箱组件(210)的空载重心和满载重心都与所述飞行器(100)的重心位置重合，并且在阻燃剂排放阶段，所述水箱组件(210)的重心在所述飞行器(100)的重心变化包线内。
5.根据权利要求1所述的阻燃剂储存和排放组件，其特征在于，
所述通气组件(220)的通气管路(221)设计成沿着所述飞行器(100)的纵向轴线镜像对称。
6.根据权利要求1所述的阻燃剂储存和排放组件，其特征在于，
所述通气组件(220)的多个所述通气管路(221)对应地连通所述分段式水箱(211)的每一个分段和所述周围大气。
7.根据权利要求1所述的阻燃剂储存和排放组件，其特征在于，
所述通气组件(220)的通气管路(221)连通所述分段式水箱(211)的对应分段与所述机身(110)上的旅客窗(113)。
8.根据权利要求1所述的阻燃剂储存和排放组件，其特征在于，
所述通气组件(220)的通气管路(221)连通到所述分段式水箱(211)的对应分段的顶部上，并且
所述通气组件(220)的通气管路(221)还包括单向阀(222)，所述单向阀(222)也设置在所述分段式水箱(211)的对应分段的顶部上。
9.根据权利要求1所述的阻燃剂储存和排放组件，其特征在于，
所述排水门板组件(230)包括第一门板(231)、第二门板(232)、第一作动器(233)与第二作动器(234)，
其中，所述第一门板(231)和所述第二门板(232)用于共同封闭和打开所述机身开口(112)，
其中，所述第一作动器(233)和所述第二作动器(234)相互独立分别对应地驱动所述第一门板(231)和所述第二门板(232)。
10.一种空中消防飞行器，其特征在于，所述飞行器(100)包括如权利要求1-9中任一项所述的阻燃剂储存和排放组件(200)。
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| CN202210900324.5A CN115253117A (zh) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | 用于空中消防飞行器的阻燃剂储存和排放组件和空中消防飞行器 |
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2022
- 2022-07-28 CN CN202210900324.5A patent/CN115253117A/zh active Pending
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