DE102021000673A1

DE102021000673A1 - firefighting

Info

Publication number: DE102021000673A1
Application number: DE102021000673.9A
Authority: DE
Inventors: Oskar Bschorr; Thilo Tollkühn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Problem ist die Früherkennung und Erstlöschung von Waldbränden, illegalen Brandrodungen und die prompte Abwehr von Brandanschlägen bei gewalttätigen Ausschreitungen. Dazu werden von hochfliegenden Patrouille-Flugzeugen aus Wirkkörper mit hoher Fallgeschwindigkeit auf den Brandherd gelenkt, aus denen unmittelbar vor dem Auftreffen am Brandherd wasserhaltige oder aus Eis bestehende Partikel definierter Größe und Größenverteilung freigesetzt werden. Es wird der Fallimpuls der Partikel genutzt, um einen gezielten Blasstrom zu induzieren und damit den Brand durch Stopp und Umkehr der Konvektion zu drosseln. Je effektiver diese Drosselung ist, desto höher ist die Kühl- und Löschwirkung der wasserhaltigen Partikel. Als Grundmaterial für die wasserhaltigen Partikel dienen Superabsorber oder dünnwandige Hohlkörper, die ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Wasser aufnehmen können. Im platz- und gewichtssparenden Lagerzustand sind die Partikel wasserfrei und werden erst unmittelbar vor dem Einsatz aktiviert. - Alternativ zu den wasserhaltigen Partikeln wird via Solarstrom im Patrouillen-Flugzeug verflüssigter bzw. gefrorener Luftstickstoff eingesetzt.The problem is the early detection and initial extinguishing of forest fires, illegal slash-and-burn clearing and the prompt defense against arson attacks in violent riots. For this purpose, high-flying patrol aircraft direct missiles towards the seat of the fire at a high rate of fall, from which particles containing water or ice of a defined size and size distribution are released immediately before they hit the seat of the fire. The falling impulse of the particles is used to induce a targeted blowing current and thus to throttle the fire by stopping and reversing the convection. The more effective this throttling, the greater the cooling and extinguishing effect of the water-containing particles. The base material for the water-containing particles is superabsorbers or thin-walled hollow bodies that can absorb many times their own weight in water. In the space- and weight-saving storage condition, the particles are water-free and are only activated immediately before use. - As an alternative to the water-containing particles, liquefied or frozen atmospheric nitrogen is used via solar power in the patrol aircraft.

Description

Problem ist die Früherkennung und Erstlöschung von Waldbränden, illegalen Brandrodungen, die prompte Abwehr von Brandanschlägen bei gewalttätigen Ausschreitungen und die zunehmenden politisch motivierte Autobrände. Spezielle Einsätze betreffen die konventionell nicht erreichbaren Hochhausbrände. Dazu werden von hochfliegenden Patrouille-Flugzeugen aus Wirkkörper mit hoher Fallgeschwindigkeit auf den Brandherd gelenkt, aus denen unmittelbar vor dem Auftreffen am Brandherd Lösch-Partikel definierter Größe freigesetzt werden. Es wird der Fallimpuls dieser Partikel genutzt, um zusätzlich einen Blasstrom zu induzieren, um damit den Brand durch Unterbrechung der natürlichen Konvektion zu drosseln. Je effektiver diese Drosselung ist, desto höher ist die nachfolgende Kühl- und Löschwirkung der aus wassergetränktem Superabsorber, aus Eis oder aus verflüssigtem/vereistem Luftstickstoff bestehenden Lösch- Partikel.The problem is the early detection and initial extinguishing of forest fires, illegal slash and burn deforestation, prompt defense against arson attacks during violent riots and the increasing number of politically motivated car fires. Special missions relate to high-rise fires that cannot be reached by conventional means. For this purpose, high-flying patrol planes direct missiles at the seat of the fire at a high rate of fall, from which extinguishing particles of a defined size are released immediately before they hit the seat of the fire. The fall impulse of these particles is used to additionally induce a blow current in order to throttle the fire by interrupting the natural convection. The more effective this throttling is, the greater the subsequent cooling and extinguishing effect of the extinguishing particles consisting of water-soaked super absorber, ice or liquefied/frozen atmospheric nitrogen.

Im November 2017 erhielt Boeing Comp. das US-Patent 9 816 791 „Fire Retarding Artillery Shell“. Hierbei handelt es sich um von einer Kanone aus abgeschossene Projektile mit einer Reichweite bis zu 25 Meilen. Im Innern der Projektile befindet sich eine aus wasserhaltiger Salz- oder Schaumstoff-Lösung bestehendes „fire retarding material“. Über eine Triggerung wird das Projektil im Bereich des Brandherdes geöffnet, abgebremst und mittels eines explosiven Treibgases das flüssige „fire retarding material“ ausgestoßen. - Speziell für den Naheinsatz beschreibt die amerikanische Anmeldung US 1010/0230120 A1 eine Pistole mit der Projektile verschossen werden um beim Aufprall im Brandherd ein Feuerlöschmittel freizugeben. Anstelle der Pistole ist auch eine Ausbringung der Projektile über die Strömung einer VenturiDüse vorgesehen. - Bei dem auf eine Russische Priorität zurückgehende Europa-Patent EP 1 716 890 wird ein Behälter mit einem Feuerlöschmittel und einer zentralen Explosivladung vom Flugzeug/Hubschrauber über dem Brandherd abgeworfen. Über einen Wärmesensor wird die Explosivladung gezündet und das Feuerlöschmittel freigesetzt. Aus EP 1 845 017 sind wiederverwendbare Gleitflugbehälter zur Brand- und zur Schädlingsbekämpfung bekannt. In US 8 746 355 werden via Fern- und/oder Eigensteuerung mit „fire suppressant/retardant“ gefüllte Bomben durch eine Explosionsladung vor dem Brandherd gezündet. In den Zwillingsanmeldungen EP 2 163 279 und EP 2 163 844 von 2015 geht es um ein Computer-Programm „Flight“ zur optimalen Taktung von „smart water bombs“ bei der Löschung von großflächigen Waldbränden.In November 2017, Boeing Comp. the US patent 9 816 791 "Fire Retarding Artillery Shell". These are projectiles fired from a cannon with a range of up to 25 miles. Inside the projectile is a "fire retarding material" consisting of a water-based salt or foam solution. The projectile is opened in the area of the seat of the fire via a trigger, slowed down and the liquid "fire-retarding material" is ejected by means of an explosive propellant gas. - The American application describes this especially for close-up use US1010/0230120A1 a pistol with which projectiles are fired in order to release a fire extinguishing agent on impact in the seat of the fire. Instead of the pistol, the projectiles can also be discharged via the flow of a Venturi nozzle. - For the European patent based on a Russian priority EP 1 716 890 a container with a fire extinguishing agent and a central explosive charge is dropped from the aircraft/helicopter over the seat of the fire. The explosive charge is ignited by a heat sensor and the fire extinguishing agent is released. Out of EP 1 845 017 reusable gliding containers for fire and pest control are known. In U.S. 8,746,355 Bombs filled with "fire suppressant/retardant" are ignited by an explosive charge in front of the seat of the fire via remote and/or self-control. In the twin registrations EP 2 163 279 and EP 2 163 844 from 2015 is about a computer program "Flight" for the optimal timing of "smart water bombs" when extinguishing large-scale forest fires.

Aus DE 10 2008 063 217 ist ein Verfahren zu Abbau und Umkehr der thermischen Konvektion an Brandherden bekannt. Dazu werden mit Sand gefüllte Wirkkörper aus großer Höhe über dem Brandherd abgeworfen und vor dem Aufprall durch einen Sprengsatz zerlegt um dadurch den Sand freizusetzen. Der Fallimpuls des Sandes bremst die aufsteigenden Brandgase ab und unterbindet so die thermische Konvektion. Dieses Verfahren fand jedoch keine Akzeptanz in der Praxis. Insbesondere waren zwei Nachteile für die Ablehnung verantwortlich. Einmal ist Lagerung, Vorratshaltung und Transport dieser Sandbomben von der Masse und vom Volumen her ein logistisches Problem. Zweitens hat der Sand praktisch keine Kühlkapazität, er musste deshalb präferiert werden, weil nur damit bei einer Sprengung - im Gegensatz zu Wasser - die definierte Größe der Partikel erhalten bleibt. - Aus DE 10 2009 048 708 sind Nebeldüsen bekannt mit denen kalorisch neutrale Luft in den Brandherd eingeleitet wird. Volle kalorische Neutralität liegt vor, wenn in einem Luft/Wassernebel die latente Verbrennungswärme des Luftsauerstoffs und die latente Verdampfungsenthalpie des Wassemebels gerade gleich groß sind. Wird die Verbrennungsluft durch ein kalorisch neutrales Gemisch verdrängt, so wird keine Nettowärme mehr freigesetzt. Schwachpunkt dieser Löschmethode ist die bei einer horizontalen Führung auftretende Entmischung und das Ausregnen des Wassernebels. Wegen der dadurch begrenzten Reichweite konnte sich eine solche Löschtechnik nicht durchsetzen. Mitschuld an der Ablehnung trägt auch die hier getroffene Festlegung auf volle kalorische Neutralität mit der theoretischen Bilanz einer vollständigen Verbrennung des Luftsauerstoff und der Rückkühlung der Verbrennungsgase durch das Nebelwasser auf Umgebungstemperatur. Ein solcher Prozess erfordert bei einem hochenergetischen Brenngut einen abschreckend hohen Gewichtsanteil von ca. 45% an Nebelwasser. Bei Verwendung von Mischungen aus Luft und Verbrennungsgase sinkt dieser Anteil entsprechend,Out of DE 10 2008 063 217 a method for reducing and reversing the thermal convection at fire sources is known. For this purpose, submunitions filled with sand are dropped from a great height over the seat of the fire and blown up by an explosive device prior to impact, thereby releasing the sand. The fall impulse of the sand slows down the rising fire gases and thus prevents thermal convection. However, this method has not found acceptance in practice. In particular, two disadvantages were responsible for the rejection. On the one hand, storage, stockpiling and transport of these sand bombs is a logistical problem in terms of mass and volume. Secondly, the sand has practically no cooling capacity, so it had to be preferred because it is the only way to keep the defined size of the particles during a blast - in contrast to water. - Out of DE 10 2009 048 708 fog nozzles are known with which calorically neutral air is introduced into the seat of the fire. Full caloric neutrality is present when the latent heat of combustion of the atmospheric oxygen and the latent enthalpy of vaporization of the water mist are exactly the same in an air/water mist. If the combustion air is displaced by a calorically neutral mixture, no more net heat is released. The weak point of this extinguishing method is the demixing that occurs with horizontal guidance and the raining out of the water mist. Due to the resulting limited range, such extinguishing technology could not prevail. Partly to blame for the rejection is also the determination made here of full caloric neutrality with the theoretical balance of complete combustion of the oxygen in the air and the recooling of the combustion gases by the fog water to ambient temperature. In the case of a high-energy fuel, such a process requires a deterrently high weight proportion of approx. 45% fog water. When using mixtures of air and combustion gases, this proportion decreases accordingly,

Nachteil bei der Freisetzung der flüssigen Löschmittel durch eine Explosivladung ist die unkontrollierte Partikelverteilung. Bei kleiner Tropfengröße besteht ein Schwebezustand und es kommt zu keinem oder nur zu einem verspäteten Brandkontakt. Auf der anderen Seite der Größenskala können größere Schüttungen wegen des ungünstigen Massen/Reibkraft-Verhältnisses ihren Fallimpuls nur unvollständig an die atmosphärische Umgebung abgeben. Es besteht die Aufgabe dass die bei der Freisetzung eines flüssigen Löschmittels durch eine Explosivladung entstehenden Partikel eine vor dem Einsatz einstellbare, definierte Größe und Größenverteilung besitzen, so dass deren Abbremsung einen einstellbaren Blasstrom erzeugt mit dem Brandherd temporär geschwächt wird.The disadvantage of the release of the liquid extinguishing agent by an explosive charge is the uncontrolled particle distribution. If the droplet size is small, there is a state of suspension and there is no fire contact or only a delayed fire contact. On the other side of the size scale, due to the unfavorable mass/friction force ratio, larger bulk materials can only incompletely transfer their fall momentum to the atmospheric environment. The task is that the particles produced when a liquid extinguishing agent is released by an explosive charge have an adjustable, defined size and size distribution before use, so that when they are decelerated, an adjustable blowing current is generated with the seat of the fire being temporarily weakened.

Nach dem Hauptmerkmal werden von einem hochfliegenden Patrouille-Flugzeug aus gesteuerte Wirkkörper auf den Brandherd gelenkt. Um einen möglichst großen Fallimpuls (=Fallgeschwindigkeit) zu erreichen, sind aerodynamisch optimierte Wirkkörper vorgesehen. Unmittelbar vor dem Auftreffen am Brandherd werden aus dem Wirkkörper wasserhaltige Partikel freigesetzt die über die Bremsreibung ihren Fallimpuls an die Luft, bzw. an das Brenngas übertragen. Die Partikel haben vorgebbare Größe, Form und Verteilung. Sie bestehen aus einem Material, das ein Vielfaches seines Eigengewichtes und Eigenvolumens an Wasser aufnehmen kann. Geeignete Grundmaterialien dazu sind Superabsorber, Schwamm, Frottee, Membrantaschen und dünnwandige Blasen. Diese Grundmaterialien sind vorzugsweise unbrennbar, aber bei einer hohen Wasseraufnahme spielt deren Brennwert eine untergeordnete Rolle. Die Partikel sind im platz- und gewichtssparenden Lagerzustand inaktiv um erst im Einsatzfall mit Wasser versetzt und in den Wirkkörper verbracht zu werden.According to the main feature, controlled missiles are directed at the seat of the fire from a high-flying patrol aircraft. To one To achieve the greatest possible fall impulse (= fall speed), aerodynamically optimized submunitions are provided. Immediately before hitting the seat of the fire, water-containing particles are released from the active body, which transfer their fall impulse to the air or to the fuel gas via the braking friction. The particles have a definable size, shape and distribution. They consist of a material that can absorb many times its own weight and volume in water. Suitable basic materials for this are super absorbers, sponge, terry cloth, membrane bags and thin-walled bladders. These basic materials are preferably non-combustible, but their calorific value plays a subordinate role in the case of high water absorption. The particles are inactive in the space- and weight-saving storage condition so that they are only mixed with water and brought into the active body when they are used.

Nach einem weiteren Merkmal wird der Fallimpuls der Partikel genutzt, um die aufsteigenden Verbrennungsgase abzubremsen, zum Stillstand zu bringen oder umzukehren. Die Größe und die Verteilung der Partikel ist ein einfaches, wirkungsvolles Mittel einen definierten Bremsvorgang und damit einen einstellbaren Blasstrom festzulegen. Maßgebend für diese Wirkungen ist der Impuls P = vM [mkg/s = Hy] der Partikelladung mit der Gesamtmasse M [kg] und der Endgeschwindigkeit v [m/s]. So vermag der Impuls P ein Gas-Volumen V_A [m³] über einen Zeitraum T_A = P/ gΔρV_A [s] als gasförmige Löschdecke über dem Brandherd niederzuhalten, um die Luftzufuhr und damit die Verbrennung auszusetzen.. (g = 9,8 [m/s²] = Erdbeschleunigung. Δρ [kg/m³] = Dichtedifferenz der gasförmigen Löschdecke gegenüber der Umgebungsluft.). Die in dieser Zeit T_A auf den Brandherd fallenden wasserhaltigen Partikel erreichen dadurch eine größere Löschwirkung Alternativ lässt sich ein Gemisch aus Luft, bzw. Verbrennungsgas und wasserhaltigen Partikeln als kalorisch neutrales Gas mit dem Impuls P auf die Geschwindigkeit v_B . ≈ P/ρ_BV_B [m/s] beschleunigen. (V_B [m³] = Volumen, ρ_B [kg/m³] = Dichte des kalorisch neutralen Gasgemisches). Wie beim Ausblasen einer Kerze reicht zur Löschung bzw. zur Drosselung des Brandes auch allein eine genügend hohe Blasgeschwindigkeit v_B aus. Während der Blasphase ist die Verbrennung geschwächt, so dass die ausregnenden wasserhaltigen Partikel wieder eine höhere Löschwirkung erreichen und Löschmaterial eingespart wird. Eine solche Löschung ist bei Brandherden mit großer innerer Oberfläche, zB Busch- und Baumbrände vorteilhaft.According to another feature, the falling momentum of the particles is used to slow down, stop or reverse the rising combustion gases. The size and distribution of the particles is a simple, effective means of defining a defined braking process and thus an adjustable blowing current. The impulse P = vM [mkg/s = Hy] of the particle charge with the total mass M [kg] and the final velocity v [m/s] is decisive for these effects. The impulse P is able to hold down a gas volume V _A [m ³ ] over a period of time T _A = P/ gΔρV _A [s] as a gaseous extinguishing blanket over the seat of the fire in order to stop the air supply and thus the combustion. (g = 9 .8 [m/s ² ] = gravitational acceleration Δρ [kg/m ³ ] = density difference of the gaseous fire blanket compared to the ambient air.). The water-containing particles falling on the seat of the fire in this time T _A achieve a greater extinguishing effect. Alternatively, a mixture of air or combustion gas and water-containing particles can be used as a calorically neutral gas with the impulse P at the speed v _B . ≈ P/ρ _B V _B [m/s] accelerate. (V _B [m ³ ] = volume, ρ _B [kg/m ³ ] = density of the calorically neutral gas mixture). As with blowing out a candle, a sufficiently high blowing speed v _B alone is sufficient to extinguish or throttle the fire. Combustion is weakened during the blowing phase, so that the raining-out water-containing particles achieve a higher extinguishing effect again and extinguishing material is saved. Such extinguishing is advantageous for sources of fire with a large internal surface, eg bush and tree fires.

Nach einem weiteren Merkmal sind die wasserhaltigen Partikel über Größe, Luftwiderstand und Fallgeschwindigkeit so dimensioniert, dass sie direkt bis zur ursprünglichen Verbrennungszone durchfallen um über die Verdampfungsenthalpie das Brenngut abzukühlen und durch die sich ausbildende Dampfschicht den Luftsauerstoff abzuhalten. Um den verdampfungshemmenden Leidenfrost-Effekt zu minimieren, geht es darum über eine erhöhte Auftreffgeschwindigkeit die Partikel weitreichend und kleinteilig aufzusplittern.According to a further feature, the water-containing particles are dimensioned in terms of size, air resistance and falling speed in such a way that they fall directly through to the original combustion zone in order to cool the combustion material via the enthalpy of vaporization and to keep the atmospheric oxygen out through the vapor layer that forms. In order to minimize the evaporation-inhibiting Leidenfrost effect, the aim is to splinter the particles extensively and into small pieces via an increased impact speed.

Nach einem weiteren Merkmal bestehen die Partikel aus Wassereis, vorteilhaft mit einer äußeren Eisschale und Flüssig-Wasser im Innern. Bei Flughöhen über 2 km liegt die Außentemperatur unter dem Gefrierpunkt und kann so zur Herstellung von Eis ausgenützt werden. Geeignete Wärmetauscher sind Rumpf- und Tragflächen und - dank der hohen Relativgeschwindigkeit - Propellerblätter. Für die Wärmeübertragung steht mit dem Wärmerohr ein effektives, gewichtsarmes und weitreichendes Mittel zur Verfügung.According to a further feature, the particles consist of water ice, advantageously with an outer shell of ice and liquid water inside. At altitudes above 2 km, the outside temperature is below freezing and can therefore be used to produce ice. Suitable heat exchangers are fuselage and wings and - thanks to the high relative speed - propeller blades. The heat pipe is an effective, lightweight and far-reaching means of heat transfer.

Nach einen weiteren Merkmal wird anstelle von Wasser als Partikel-Material flüssiger und gefrorener Luft-Stickstoff eingesetzt. Stickstoff ist weitgehend inert und kann im Gegensatz zu Wasser auch bei Chemie- und Elektrobränden verwendet werden. Die Lagerung und Verflüssigung im Flugzeug wird begünstigt, dass vorverdichtete Triebwerksluft zu Verfügung steht, Solarstrom und die höhenbedingte Temperaturabnahme genutzt werden kann. So hat die Atmosphäre in 5 km Höhe eine Temperatur von ca -20° C und einen Gradienten von ca -6°C pro Höhenkilometer. Außerdem bestehen keinerlei Reinheitsforderungen, selbst ein Restanteil von Sauerstoff ist unerheblich.According to a further feature, liquid and frozen air-nitrogen is used instead of water as the particle material. Nitrogen is largely inert and, unlike water, can also be used on chemical and electrical fires. Storage and liquefaction in the aircraft is favored by the fact that pre-compressed engine air is available, solar power and the reduction in temperature caused by altitude can be used. The atmosphere at an altitude of 5 km has a temperature of about -20°C and a gradient of about -6°C per kilometer of altitude. In addition, there are no purity requirements, even a residual proportion of oxygen is irrelevant.

Nicht nur über die Fallhöhe, auch mit dem Abschuss aus Geschützrohren lassen sich Wirkkörper auf hohe Geschwindigkeit und große Reichweite beschleunigen. Dieser Einsatz dient speziell bei der Löschung von Hochhausbränden, die für die konventionelle Feuerwehr nicht erreichbar sind. Auch hier setzt der Wirkkörper unmittelbar vor dem Auftreffen am Brandherd wassergetränkte Partikel frei und deren Bremsimpuls induziert wieder einen Blasstrom um die natürliche Konvektion aufzuheben bzw. den Brandherd via kalorisch neutralem Gasgemisch zu ersticken.Submunitions can be accelerated to high speed and long range not only via the drop height, but also by firing them from gun barrels. This mission is used specifically for extinguishing high-rise fires that cannot be reached by conventional fire brigades. Here, too, the active body releases water-soaked particles immediately before it hits the seat of the fire and their braking impulse again induces a blow current to neutralize the natural convection or suffocate the seat of the fire via a calorically neutral gas mixture.

Nach einem weiteren Merkmal sind mehrere, durch Leinen untereinander verbundene Wirkkörper zu einem Verband zusammengeschlossen und werden von einer Steuereinheit aus auf den Brandherd gelenkt und über gesteuerte aerodynamische Kräfte gegeneinander positioniert, um je nach Einsatzfall eine linien-, flächen- oder volumenförmige Formation zu bilden. Ein solcher Verbund vereinfacht die Steuerung und vermag die Löschwirkung zu potenzieren. According to a further feature, several active bodies connected to one another by lines are combined to form an association and are directed to the seat of the fire by a control unit and positioned against one another via controlled aerodynamic forces in order to form a line, surface or volume formation, depending on the application. Such a network simplifies control and is able to increase the extinguishing effect.

Nach einem weiteren Merkmal werden definierte, unterschiedliche Partikelverteilungen eingesetzt. Bei gleichartigen Partikeln mit gleicher Abbremsung besteht eine ebene Blasfront. Bei ungleichen Partikel dagegen sind die Fronten in Fallrichtung versetzt, dies ist dann zweckmäßig wenn nach der impulsiven Erstlöschung eine schwächere, länger anhaltende Nachlöschung angebracht ist.According to a further feature, defined, different particle distributions are used. For similar particles with the same deceleration there is a flat wind front. In the case of unequal particles, on the other hand, the fronts are offset in the direction of fall. This is useful if a weaker, longer-lasting subsequent quenching is appropriate after the impulsive first quenching.

Nach einem weiteren Merkmal werden die Wirkkörper tragenden Flugzeuge in der Luft mit Löschwasser versorgt. Mit der Luftbetankung steht dazu ein ausreichender Stand der Technik zur Verfügung. Als Tankflugzeuge eignen sich insbesondere die konventionellen Löschflugzeuge, die im direkten Überflug aus einem See Wasser entnehmen können. Ein solches Zusammenspiel erhöht die Löschfrequenz.According to a further feature, the aircraft carrying submunitions are supplied with extinguishing water in the air. Air refueling is a sufficient state of the art. Conventional fire-fighting aircraft, which can take water from a lake in a direct overflight, are particularly suitable as tanker aircraft. Such interaction increases the erase frequency.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand verschiedener Ausführungsbeispiele dargestellt.

1 Grundprinzip. 1a Wirkkörper mit hohem Fallimpuls zerlegt sich nach 1b vor dem Auftreffen am Brandherd in definierte, wasserhaltige Partikel. 1c Seitenansicht eines abgeplatteter, zu aerodynamischer Flugführung geeigneten Wirkkörpers.
2 Aerodynamisch gesteuerter Wirkkörper
3 Verbund von Wirkkörpern für punktuelle Brandherde.
4 Verbund von Wirkkörpern für linienförmige Brandherde.
5a Einsatz von Wirkkörpern bei Hochausbränden.
5b Einsatz von Wirkkörpern bei erhöhter Windgeschwindigkeit
6a Wirkkörper im platzsparenden Lagerzustand
6b Einsatzbereiter Wirkkörper
7 Wirkkörper mit pulverförmigen Partikeln
8 Wirkkörper mit fest/flüssig-Stickstoff
Fig, 9 bis 12 Definierte, formbeständige Partikel aus wassertragenden Materialien.
13 und 14. Blasenförmige durch Osmose gefüllte Partikel.
15. Blasenförmige über einen Pumpmechanismus zu füllende Partikel.

The subject of the invention is illustrated using various exemplary embodiments.

1 basic principle. 1a Submunition with high fall impulse disintegrates 1b before hitting the seat of the fire into defined, water-containing particles. 1c Side view of a flattened submunition suitable for aerodynamic flight guidance.
2 Aerodynamically controlled active body
3 Combination of active bodies for local sources of fire.
4 Combination of active bodies for linear sources of fire.
5a Use of active bodies in high burns.
5b Use of submunitions at increased wind speeds
6a Submunitions in the space-saving storage condition
6b Ready-to-use active body
7 Active body with powdered particles
8th Submunitions with solid/liquid nitrogen
Fig, 9 to 12 Defined, dimensionally stable particles made of water-bearing materials.
13 and 14 . Bubble-shaped particles filled by osmosis.
15 . Bubble-shaped particles to be filled via a pump mechanism.

Die Beschreibung vereinfacht sich bei Verwendung von zweiziffrigen Bezugszeichen XY. Das 1. Zeichen X steht für die einzelnen Ausführungsbeispiele, also X = 1 bis 15 für 1 bis 15. Das 2. Zeichen Y kennzeichnet gleichartige Elemente: X1 = Wirkkörper, X2 = Partikel, X3 = Sprengmittel, X4 = Steuersensor, Steuerlogik, X5 = Aerodynamische Steuerung, X9 = Brandherd. Die Bezugszeichen X0, X6, X7 und X8 werden fallweise verwendet.The description is simplified when using two-digit reference symbols XY. The 1st character X stands for the individual exemplary embodiments, ie X=1 to 15 1 until 15 . The 2nd character Y identifies similar elements: X1 = active body, X2 = particles, X3 = explosives, X4 = control sensor, control logic, X5 = aerodynamic control, X9 = source of fire. The reference symbols X0, X6, X7 and X8 are used on a case-by-case basis.

Gemeinsame Aufgabe in den Ausführungsbeispielen von 1 bis 8 sind die Lenkung des von einem Fluggerät aus abgeworfenen Wirkkörpers X1 auf den Brandherd X9 und die Freisetzung der wassergetränkten Partikel X2 in einer bestimmten Zieldistanz (= Bremsweg) zum Brandherd. Für beide Aufgaben gibt es aus der Waffentechnik und dem Drohnenbetrieb einen vielfältigen und frei verfügbaren Stand der Technik, auch für den Fall dass keine Bodensicht besteht. Dadurch erübrigt sich eine detaillierte Beschreibung und es ist ausreichend nur die symbolischen Bezeichnungen Steuereinheit X4 und aerodynamische Leitflosse X5 einzuführen.Common task in the embodiments of 1 until 8th are the guidance of the missile X1 dropped from an aircraft onto the seat of the fire X9 and the release of the water-soaked particles X2 at a specific target distance (= braking distance) from the seat of the fire. For both tasks, there is a diverse and freely available state of the art from weapon technology and drone operation, even in the event that there is no ground visibility. This makes a detailed description superfluous and it is sufficient to introduce only the symbolic designations control unit X4 and aerodynamic guide fin X5.

Die 1a und1c zeigen Drauf- und Seitenansicht eines abgeplatteten Wirkkörpers 11. Gegenüber einer konzentrischen Form, generiert die Flachform aerodynamische Kräfte, erlaubt größeren Winkelablagen von der Vertikalen und vergrößert dadurch das erreichbare Zielgebiet. - Anstelle der Abplattung haben seitlich angesetzte Flügel dieselbe Wirkung. 1b beschreibt das Standardverfahren zur Löschung eines Brandherdes 19. Dazu werden von hochfliegenden Flugzeug aus Wirkkörper 11 abgeworfen. und über eine Sensorlogik 14 und mithilfe der Steuerflosse 15 auf den Brandherd 19 gelenkt. Die Steuerflosse 15 ist zweigeteilt, so dass mit einer gegensinnigen Auslenkung eine Rollbewegung und mit gleichsinniger Auslenkung eine Nickbewegung des Wirkkörpers 11 realisiert werden kann. Um eine möglichst große Fallgeschwindigkeit anzunehmen ist der Wirkkörper 11 aerodynamisch geformt In einer bestimmten Distanz zum Brandherd wird der Wirkkörper 11 durch eine Ladung 13 gesprengt um die Partikel 12 freizugeben. Alternativ zur Sprengung kann das Behältnis 16 auch durch Thermit-Trenner geöffnet werden. Wirkkörper 11, Steuerlogik 14 und Steuerflosse 15 sind Verlustteile, je kleiner diese sind desto geringer ist eine Gefährdung durch herabfallende Teile. Der Wirkkörper 11 besteht aus einem flexiblen, faltbaren Behältnis 16 und besteht aus biologisch abbaufähigem Textil- bzw. Papiermaterial, mit und ohne Faserverstärkung.the 1a and 1c show top and side views of a flattened submunition 11. Compared to a concentric shape, the flat shape generates aerodynamic forces, allows larger angle deviations from the vertical and thereby enlarges the target area that can be reached. - Instead of flattening, wings attached to the side have the same effect. 1b describes the standard procedure for extinguishing a source of fire 19. For this purpose, missiles 11 are dropped from high-flying aircraft. and directed to the source of the fire 19 via a sensor logic 14 and with the aid of the control fin 15 . The control fin 15 is divided into two, so that a rolling movement can be implemented with a deflection in the opposite direction and a pitching movement of the submunition 11 can be implemented with a deflection in the same direction. The active body 11 is aerodynamically shaped in order to assume the greatest possible rate of fall. As an alternative to detonating, the container 16 can also be opened using a thermite separator. Submunitions 11, control logic 14 and control fin 15 are loss parts, the smaller they are, the lower the risk of falling parts. The active body 11 consists of a flexible, foldable container 16 and consists of biodegradable textile or paper material, with and without fiber reinforcement.

Wesentlich für diese Löschtechnik ist es, mit dem Fall-Impuls der Partikelwolke einen Blasstrom zu erzeugen, um damit die Konvektion zu unterbrechen und die Verbrennung zum Erliegen zu bringen. In diesem Fall steht die gesamte Verdampfungsenthalpie der wassertragenden Partikel zur Abkühlung des Brenngutes zur Verfügung.It is essential for this extinguishing technique to generate a blow current with the fall impulse of the particle cloud in order to interrupt the convection and bring the combustion to a standstill. In this case, the entire vaporization enthalpy of the water-carrying particles is available for cooling the material to be burned.

Während die Standardsituation nach 1 die im Wesentlichen senkrechte Flugbahn betrifft, ist in 2 der allgemeine Fall mit einem vorgegebenen Eintreffwinkel des Wirkkörpers 21 im Brandherd 29 beschrieben. Im freien Fall nimmt der Wirkkörper 21 Geschwindigkeit auf, Die Flugbahn mit einer großen horizontalen Geschwindigkeitskomponente der Wirkkörper 21 ermöglicht bei einem Eintreffwinkel entgegen der Windrichtung das Brenngas zurück zum Brandherd 29 zu drücken um vergleichbar einer Löschdecke die Luftzufuhr zu unterbinden. Im entgegensetzten Mitwind-Fall kommt es zu einem „Überblasen“. In beiden Fällen wird die Verbrennung gedrosselt und dadurch die Löschwirkung der wasserhaltigen Partikel 22 verstärkt.While the set piece after 1 relates to the substantially vertical trajectory is in 2 the general case with a predetermined angle of incidence of the active body 21 in the seat of the fire 29 is described. The effect takes effect in free fall body 21 speed, the trajectory with a large horizontal speed component of the active body 21 allows at an angle of arrival against the wind direction to push the fuel gas back to the fire 29 to comparable to a fire blanket to prevent the air supply. In the opposite downwind case, "overblowing" occurs. In both cases, the combustion is throttled and the extinguishing effect of the water-containing particles 22 is thereby increased.

Bei kleinflächigen Zielen wie die Fensteröffnungen von brennenden Häusern oder bei Autobränden dient in 3 ein Verbund 30 von mehreren hintereinander angebrachten, durch Leinen 37 verbundenen Wirkkörpern 31. Diese werden von einer zentralen Steuereinheit 34 mittels der aerodynamischen Leitflossen 35 zum Brandherd gelenkt. Wie eingangs ausgeführt, erübrigt sich eine besondere Beschreibung von Steuereinheit 34 und Leitflossen 35. Von einem hochfliegenden Flugzeug aus abgeworfen, nimmt der Verbund 30 eine stabile, gestreckte Linienformation an, wenn der Luftwiderstand der Wirkkörper 31 abgestuft ist; bei gleicher, einheitlicher Bauweise erreichbar durch ein unterschiedliches Füllgewicht. In einer bestimmten Entfernung vom Brandherd initiiert die Steuereinheit 34 die Öffnung der Wirkkörper 31 und die Freisetzung der Partikel.For small-scale targets such as the window openings of burning houses or car fires, in 3 a combination 30 of several active bodies 31 attached one behind the other and connected by lines 37. These are guided by a central control unit 34 by means of the aerodynamic guide fins 35 to the seat of the fire. As stated at the outset, a special description of the control unit 34 and guide fins 35 is unnecessary. Dropped from a high-flying aircraft, the assembly 30 assumes a stable, straight line formation when the air resistance of the submunitions 31 is graded; achievable with the same, uniform design through a different filling weight. At a certain distance from the seat of the fire, the control unit 34 initiates the opening of the active bodies 31 and the release of the particles.

Das Ausführungsbeispiel nach 4 besteht wieder aus einem Verbund 40 von durch Leinen 47 verbundenen Wirkkörpern 41 und dient speziell zur Bekämpfung von linienförmigen Flammenfronten wie bei Steppen- und Waldbränden. Zwei an den Enden befindliche Wirkkörper 41 haben aerodynamische Leitflächen 45 und sorgen für eine gestreckte Ausrichtung der Wirkkörper 41 während des freien Falls. - Nach demselben Verfahren lassen sich damit auch flächenhafte Verteilung der Wirkkörper realisieren.The embodiment after 4 consists again of a composite 40 of active bodies 41 connected by lines 47 and is used specifically to combat linear flame fronts such as in steppe and forest fires. Two submunitions 41 located at the ends have aerodynamic guide surfaces 45 and ensure that the submunitions 41 are aligned in a straight line during free fall. - According to the same method can also be realized areal distribution of the submunitions.

Während die Wirkkörper 11 bis 41 in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 ihren Impuls über den freien Fall aus entsprechend großer Höhe aufnahmen, ist in 5a ein gezielter, ballistischer Abschuss eines Wirkkörpers 51 aus einem Geschützrohr 58 vorgesehen. Wieder erfolgt die Freisetzung der Partikel 52 unmittelbar vor dem Brandherd 59. Der Abschuss vom Boden aus dient zur Löschung von Hochhausbränden die außerhalb der Erreichbarkeit der konventionellen Feuerwehr liegen. Die Waffentechnik kennt dazu einen hohen Standard bei Schusshöhe, Schussfrequenz und Zielgenauigkeit, ebenso zur Freisetzung der Partikel 52 in einer vorgebbaren Zieldistanz. - Nicht zuletzt dient dieses Schussverfahren vom Hubschrauber aus zur nachträglichen Löschung vereinzelter Glutnester. Auch in 5b wird ein Wirkkörper 51 aus einem Geschützrohr 58 vom Boden aus auf den Brandherd 59 abgeschossen und die Partikel 52 vor dem Brandherd 59 freigesetzt. Bei Abschuss in Windrichtung kommt es zu einer Steigerung des Blasstromes Bei Abschuss entgegen dem Wind geht es um die Ausschaltung der Konvektion.While the submunitions 11 to 41 in the embodiments of 1 until 4 absorbing their impulse via free fall from a correspondingly large height is in 5a a targeted, ballistic firing of a submunition 51 from a gun barrel 58 is provided. The particles 52 are again released directly in front of the source of the fire 59. Shooting from the ground serves to extinguish high-rise building fires that are beyond the reach of the conventional fire brigade. For this purpose, weapons technology has a high standard for shot height, shot frequency and target accuracy, as well as for the release of the particles 52 at a target distance that can be specified. - Last but not least, this shooting method from the helicopter is used to subsequently extinguish isolated embers. Also in 5b an active body 51 is fired from a gun barrel 58 from the ground onto the seat of the fire 59 and the particles 52 are released in front of the seat of the fire 59. When launched downwind, there is an increase in the wind current. When launched against the wind, the aim is to eliminate convection.

Die 6 bis 8 skizzieren verschiedene Ausführungsformen von Wirkkörpern. In 6a ist ein Wirkkörper 61 im platz- und gewichtsparenden Lagerzustand dargestellt. Es handelt sich um ein zusammenlegbares, sackartiges Behältnis 66 und enthält die Partikel in trockenem, inaktivem Zustand. Diese bestehen aus Materialien, die ein Vielfaches ihres Eigengewichtes und Eigenvolumens an Wasser aufnehmen können. Mit Superabsorber, Schwamm, Frottee oder Membranbeutel besteht eine große Auswahl zur Verfügung. In 6b sind die Partikel durch Wasserzugabe aktiviert und der Wirkkörper 61 nimmt seine einsatzbereite Kontur an. Um hohen Fallimpuls zu gewährleisten hat der Wirkkörper 61 eine tropfenförmige und um auch Schrägwürfe zu ermöglichen eine abgeplattete Form. Weil es mit Sprengladungen und mit pyrotechnischen Reißlinien einen ausreichenden Stand der Technik gibt, sind die Mittel zur Freisetzung der Partikel vor dem Brandherd nicht explizit eingezeichnet.the 6 until 8th outline different embodiments of submunitions. In 6a a submunition 61 is shown in the space- and weight-saving storage state. It is a collapsible, bag-like container 66 and contains the particles in a dry, inactive state. These consist of materials that can absorb many times their own weight and volume in water. With super absorber, sponge, terry cloth or membrane bag, there is a large selection available. In 6b the particles are activated by adding water and the active body 61 assumes its ready-to-use contour. In order to ensure a high fall impulse, the submunition 61 has a drop-shaped shape and a flattened shape to also enable oblique throws. Because there is sufficient prior art with explosive charges and pyrotechnic tear lines, the means for releasing the particles in front of the seat of the fire are not explicitly shown.

In 7 handelt es sich um einen Wirkkörper 71 gefüllt mit wasserbeladenen Partikeln in extrem feinkörniger Form. Der Wirkkörper 71 zerbricht erst beim Aufschlag am Brandherd und zerstäubt die als Schwebeteilchen ausgebildeten Partikel 72. Diese mischen sich in die Strömung entlang der Bodenfläche ein, um so als kalorisch neutrales Gas zu wirken. Eine solche bodenparallele Strömung bildet sich aus, wenn ein Vertikal- bzw. ein Schrägstrahl beim Auftreffen auf den Boden umgelenkt werden.In 7 it is an active body 71 filled with water-laden particles in an extremely fine-grained form. The active body 71 only breaks up when it hits the seat of the fire and atomizes the particles 72 in the form of suspended particles. These mix into the flow along the floor surface in order to act as a calorically neutral gas. Such a ground-parallel flow is formed when a vertical or oblique jet is deflected when it hits the ground.

Der Wirkkörper 81 in 8 entspricht nach Aufbau und Funktion voll der in 1 beschriebenen Grundausführung. Der Unterschied besteht darin, dass die Partikel 82 aus verflüssigtem und/oder gefrorenem Luft-Stickstoff bestehen und dass das Behältnis 86 wärmeisolierend ausgelegt ist, um Verdampfungsverluste während des freien Falls zu minimieren. Infolge des Luftwiderstandes besteht auch im fallenden Wirkkörper ein Archimedes-Auftrieb so dass verdampfender Stickstoff nach oben steigt und über eine Ventilöffnung entweichen kann. Die Freisetzung des Stickstoff-Partikel 82 unmittelbar vor dem Eintreffen im Brandherd erfolgt über den Sprengsatz 83. Die raschere Verdampfung von Flüssig-Stickstoff ergibt eine raschere Abkühlung des Brenngutes und ist damit der Wasser-Löschung überlegen. - Da außerhalb der Steigflugphase überschüssige, vorverdichtete Triebwerksluft zur Verfügung steht, ist auch eine Stickstoff-Verflüssigung im Flugzeug mittels Solarstrom selbst eine Option.The active body 81 in 8th fully corresponds to the in in terms of structure and function 1 described basic version. The difference is that the particles 82 are liquefied and/or frozen air nitrogen and the canister 86 is thermally insulating to minimize evaporative losses during free fall. As a result of the air resistance, there is also an Archimedes lift in the falling submunition, so that evaporating nitrogen rises and can escape through a valve opening. The nitrogen particle 82 is released immediately before it reaches the seat of the fire via the explosive device 83. The more rapid evaporation of liquid nitrogen results in a more rapid cooling of the fuel and is therefore superior to extinguishing with water. - Since excess, pre-compressed engine air is available outside of the climb phase, nitrogen liquefaction in the aircraft itself using solar power is also an option.

In den 9 bis 12 sind verschiedene Ausführungsformen der Partikel dargestellt. Die Partikel bestehen aus einem wasseraufnehmenden Material, vorzugsweise aus Superabsorber, Schwamm. Frottee. Blasen. Um die Form und Größe der Partikel zu gewährleisten sind auch Mittel zur Stabilisierung und gegen ein Zusammenbacken einsetzbar. Die Partikel sind im platz- und gewichtssparenden Lagerzustand inaktiv um erst im Einsatzfall mit Wasser versetzt und in den Wirkkörper eingebracht zu werden. Das Partikel 92 hat aerodynamische Tropfenform, um direkt zum Brandherd durchzufallen. Die unsymmetrische Form von Partikel 102 dient zur aerodynamischen Auffächerung des Strahles nach seiner Freisetzung. In 11 sind 2 Löschpartikel 112 durch einen Faden 117 verbunden um z.B. bei einem Waldbrand in der Baumkrone Halt zu finden. In 12 handelt es sich um ein aus Wasser- oder Stickstoffeis bestehendes Partikel 122. Vorteilhaft sind Partikel 122 mit einem gefrorenen Außen- und einem flüssigen Innenteil. Eine solche Ausführung gewährleistet beim Aufprall eine effektive und weiterreichende Zersplitterung.In the 9 until 12 different embodiments of the particles are shown. The particles consist of a water-absorbing material, preferably super absorber, sponge. terry cloth. Blow. In order to ensure the shape and size of the particles, means for stabilization and against caking can also be used. The particles are inactive in the space- and weight-saving storage condition so that they are only mixed with water and introduced into the active body when they are used. The particle 92 has an aerodynamic teardrop shape in order to fall straight through to the seat of the fire. The asymmetric shape of particle 102 serves to fan the jet aerodynamically after it is released. In 11 2 extinguishing particles 112 are connected by a thread 117 in order to find support in the treetop in the event of a forest fire, for example. In 12 it is a particle 122 consisting of water or nitrogen ice. Particles 122 with a frozen outer part and a liquid inner part are advantageous. Such a design ensures effective and longer-range fragmentation upon impact.

In den Ausführungsformen von 13 bis 15 ist in den Partikeln 132, 142 und 152 das Löschwasser in dünnwandigen Blasen 136, 146 und 156 portioniert. Eine dafür geeignete Füllmethode beruht auf Osmose. Dazu befindet sich in 13a im Innern der Blase 136 eine wasserlösliche, osmotisch wirksame Substanz, z.B. Löschsalz oder Kochsalz 137, um dadurch Wasser durch die Blasenwand 136 hindurch ins Innere zu diffundieren und um in 13b die aktivierte Form anzunehmen. Kürzere Ladezeiten ermöglicht in 14 die Partikelform 142. Hier sind dünnwandigen Röhrchen 147 ebenfalls mit osmotischer Substanz versehen. Diese versteifen sich nach der osmotischen Füllung und spannen ein durch die Wandungen 146 gebildetes und sich mit Löschwasser füllendes Volumen auf.In the embodiments of 13 until 15 is in the particles 132, 142 and 152 portioned the extinguishing water in thin-walled bubbles 136, 146 and 156. A filling method suitable for this is based on osmosis. For this is located in 13a inside the bladder 136 a water-soluble, osmotically active substance, such as extinguishing salt or common salt 137, in order to thereby diffuse water through the bladder wall 136 into the interior and to 13b take on the activated form. Shorter loading times enabled in 14 the particle form 142. Here, thin-walled tubes 147 are also provided with osmotic substance. These stiffen after the osmotic filling and span a volume formed by the walls 146 and filled with extinguishing water.

15a zeigt das durch eine Blasenwand 156 gebildete inaktive, wasserfreie Partikel 152. Zur Füllung dient ein aus einer elastischen Klappe bestehendes Rückschlagventil 157 und einem kleinen geschlossenen Luftbläschen 158 oder einem adäquaten volumenelastischen Element. Werden die Partikel 152 in ein Wasserbad verbracht und einem pulsierenden Druck ausgesetzt dann öffnet sich bei Überdruck das Rückschlagventil 157 und eine Wassermenge entsprechend der Volumenverkleinerung des Luftbläschens 158 strömt ins Innere von Partikel 152. In der Unterdruckphase verhindert das Rückschlagventil 157 einen Abfluss und ergibt das in 15b wassergefüllte, einsatzbereite Partikel 152. 15a shows the inactive, water-free particle 152 formed by a bubble wall 156. A non-return valve 157 consisting of an elastic flap and a small closed air bubble 158 or an adequate volume-elastic element is used for filling. If the particles 152 are placed in a water bath and subjected to pulsating pressure, the non-return valve 157 opens in the event of overpressure and an amount of water corresponding to the volume reduction of the air bubble 158 flows into the interior of the particle 152. In the negative pressure phase, the non-return valve 157 prevents an outflow and results in the in 15b water-filled, ready-to-use particles 152.

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Claims

Firefighting with missiles directed at the seat of the fire from aircraft and release of particles at a certain distance in front of the seat of the fire, characterized in that the missiles have a flattened shape for aerodynamic control forces, ejected from great heights thanks to minimized air resistance, achieve a high rate of fall, water-carrying particles which are released before hitting the seat of the fire and the adjustable blowing current induced by the braking impulse of the particles throttles the combustion so that the vaporization enthalpy of the particles ensures maximum cooling of the seat of the fire.

fire fighting after claim 1 characterized in that the length and the cross-sectional area of the blast flow induced by the deceleration is adjusted by the different size, size distribution and air resistance of the particles and the horizontal particle distribution by the asymmetric particle shape.

firefighting according to claims 1 and 2 characterized in that the water-carrying particles consist of a substance, e.g. superabsorber, sponge, terry cloth, membrane bubbles, which absorb a multiple of their own weight and volume of water in the storage state and are water-free in order to be mixed with water and activated before use.

firefighting according to claims 1 until 2 characterized in that the particles consist of thin-walled, water-filled bubbles which are filled by means of osmosis or pressure changes via a non-return valve.

firefighting according to claims 1 until 2 characterized in that the particles consist entirely of ice grit or contain liquid water inside and are frozen out by the atmospheric outside temperature, which is below freezing point.

firefighting according to claims 1 until 5 , characterized in that several submunitions connected by connecting lines are steered from a central control unit and positioned against one another via controlled aerodynamic forces in order to form a point, line, surface or volume formation, depending on the application.

Fire fighting after one or more claims 1 until 6 characterized in that the aircraft are supplied with extinguishing water via aerial refueling.

Fire fighting after one or more claims 1 until 7 characterized in that air-nitrogen is also liquefied and/or frozen with systems installed in the aircraft by means of solar power, filled into heat-insulated active bodies and released by an explosive charge immediately before it arrives at the seat of the fire.

Fire fighting after one or more claims 1 until 8th characterized in that in order to extinguish conventionally unreachable high-rise building fires and embers, submunitions are fired in a targeted manner from a guide tube from the ground at high speed, which release water-containing particles again before they hit the seat of the fire.

Fire fighting after one or more claims 1 until 9 characterized in that the deceleration of the particles forms a calorically neutral blast to extinguish fires with a large surface area, in particular bush and tree fires.