АВИАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПОЖАРОТУШЕНИЯ
AIRCRAFT FIRE SUPPRESSION SYSTEM

Ссылка на родственные заявки
Согласно настоящей международной заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/591791, поданной 27 января 2012 г., которая включена в настоящий документ ссылкой во всей своей полноте.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Настоящая заявка относится, в общем, к системам распыления жидкостей с летательного аппарата и, в частности, к системам пожаротушения, пригодным к использованию с летательными аппаратами, такими как самолет и винтокрылый летательный аппарат.
Конструкция и реализация систем пожаротушения для использования на летательных аппаратах является сложной областью, по меньшей мере, из-за того, что воздушные летательные аппараты, такие как самолет и винтокрылый летательный аппарат (т.е. вертолеты), имеют ограниченный объем и грузоподъемность, и поскольку такие системы подчиняются строгим сертификационным требованиям уполномоченных органов государственной исполнительной власти для обеспечения безопасности людей, летающих на таких транспортных средствах, а также для защиты людей и имущества на земле. Таким образом, авиационные системы пожаротушения должны быть относительно небольшими и легковесными, простыми и безопасными в работе, с минимумом препятствий для сертификации уполномоченными органами государственной исполнительной власти, в то же время обеспечивая самый длительный возможный рабочий ресурс и наилучшую возможную эффективность в месте пожара.
Системы пенного пожаротушения с подачей сжатым воздухом (CAFS) известны в области пожаротушения для борьбы с пожарами с транспортных средств и платформ на земле. Такие системы включают использование пенообразователя, который при объединении или смешении с водой увеличивает способность к пожаротушению воды самой по себе. Например, при распылении на огонь смесь воды/пены по сравнению с водой самой по себе обладает преимуществом, заключающимся в прилипании к горизонтальным и вертикальным поверхностям сооружения для длительного замедления пожара, действуя в качестве поверхностно-активного вещества, таким образом предотвращая повторное воспламенение, в случае многоэтажного здания ограничивая заливание водой этажей, находящихся ниже пожара, и увеличивая способность к пожаротушению воды вплоть до семи раз.
Известные системы CAFS для наземных транспортных средств и платформ для пожаротушения могут включать впрыск сжатого газа или инертного газа в смесь воды/пены для аэрации смеси воды/пены и для выталкивания смеси воды/пены из наконечника с относительно высокими скоростями в направлении находящейся относительно удаленно цели. Сжатый воздух или инертный газ для данной цели обычно обеспечивают в виде резервуаров или баллонов под давлением или одним или несколькими механическими воздушными компрессорами.
Однако, при использовании резервуаров или баллонов под давлением или воздушных компрессоров в качестве источника сжатого воздуха они могут занимать ценное пространство и потреблять энергоресурсы на летательном аппарате, и они относительно тяжелые, таким образом, снижают грузоподъемность, имеющуюся для расходуемых жидкостей, таких как вода, пена и топливо, и увеличивают риск аварий вследствие опасностей, связанных с находящимися под давлением системами. Кроме того, резервуары под давлением необходимо надежно прикреплять к корпусу летательного аппарата, что может увеличивать время на подготовку летательного аппарата к повторному вылету при замене опорожненных резервуаров для воздуха. Кроме того, конструкционные ограничения и ограничения по массе не допускают создание давления в одном или нескольких резервуарах с водой, переносимых на борту самолета или винтокрылого летательного аппарата, в случае, когда резервуары для воды под давлением можно было бы использовать для выталкивания воды или смеси воды/пены в направлении находящейся на удалении цели.
Необходимостью является система пожаротушения, сконфигурированная для использования на летательных аппаратах, которая преодолевает вышеуказанные ограничения существующих систем CAFS.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Раскрыт аппарат пожаротушения для борьбы с пожарами с транспортного средства, спроектированного для полета, содержащий огнезащитное средство, содержащее пену, смешанную с водой, пеногенератор для смешивания пены с водой с выбираемым соотношением пены к воде, газогенератор для генерирования газа для выталкивания огнезащитного средства из транспортного средства в направлении пожара, причем газ образуется при сгорании топлива с окислителем в камере сгорания, связанной с газогенератором, причем камера сгорания не содержит движущихся частей, и наводимый ствол, содержащий наконечник на наружном конце ствола, из которого огнезащитное средство можно распылять в направлении огня.
Пеногенератор аппарата пожаротушения может быть сконфигурирован для получения сгенерированного газа из газогенератора для впрыска в огнезащитное средство для выталкивания огнезащитного средства из ствола. Соотношение пены к воде аппарата пожаротушения может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 10,0%. Соотношение пены к воде аппарата пожаротушения может находиться в диапазоне от приблизительно 0,4% до приблизительно 1,0%. Топливо и окислитель аппарата пожаротушения можно хранить в соответствующих резервуарах для топлива и окислителя на транспортном средстве. Окислитель может представлять собой кислород, образованный при разложении пероксида водорода, причем разложение пероксида водорода обеспечивают, когда аппарат находится в процессе полета. Топливо выбирают из группы, состоящей из керосина, Джет А, метанола, тетраглима, этанола и метанола, фурфурилового спирта, триглима или диметилсульфоксида (ДМСО).
Согласно другому варианту осуществления раскрыт аппарат пожаротушения для борьбы с пожарами с вертолета, содержащий пену и воду, находящиеся в отдельных контейнерах на борту вертолета, которые при смешении образуют огнезащитное средство, насос, приводимый в действие электродвигателем, причем насос содержит воздухоприемный клапан, при этом воздух втягивается на всасывающем конце насоса и сжимается насосом вместе с огнезащитным средством, и наводимый ствол, соединенный с насосом патрубком, причем ствол содержит наконечник на наружном конце ствола, из которого сжатое огнезащитное средство и воздух распыляют в направлении цели.
Огнезащитное средство может содержать соотношение пены к воде в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 10,0%. От приблизительно 30 куб. футов/минуту до приблизительно 50 куб. футов/минуту воздуха можно сжать с огнезащитным средством до приблизительно 125 фунтов/кв. дюйм насосом. Огнезащитное средство, содержащее воздух, можно выталкивать из наконечника с изменяющимся расходом до приблизительно 150 галлонов/минуту.
Ствол можно закреплять на вращающейся турели, которая может содержать первый привод для вращения турели и второй привод для вертикального изменения точки прицеливания ствола. Турель и ствол являются программируемыми с автоматическим возвратом в исходное положение после возникновения аварии. Авария может быть связана с работой вертолета, такой как отказ системы электроснабжения. Наружный конец ствола может выступать за пределы кончика несущего винта вертолета. Из ствола можно распылять сжатое огнезащитное средство, содержащее воздух, на цель, расположенную в направлении полета по правому борту или левому борту вертолета. Электронная система управления может быть соединена со стволом для изменения точки прицеливания ствола относительно цели.
Согласно другому варианту осуществления аппарат пожаротушения для борьбы с пожарами с вертолета содержит блок резервуаров, присоединяемый к вертолету, причем в блоке резервуаров закреплен резервуар для пены для хранения пены, резервуар для воды для хранения воды и насос для пены для перекачивания пены из резервуара для пены в резервуар для воды с образованием огнезащитного средства, блок питания, закрепленный на одном конце блока резервуаров, содержащий насос, приводимый в действие электродвигателем, причем насос содержит воздухоприемный клапан, при этом воздух втягивается на всасывающем конце насоса и сжимается насосом вместе с огнезащитным средством, и пушечную установку, закрепленную на противоположной стороне блока резервуаров, содержащую ствол с наконечником, расположенным на наружном конце ствола, причем ближний конец, соединенный с патрубком, присоединен к насосу для пропускания аэрированного огнезащитного средства через него, и вращающуюся турель, на которой закреплен ствол, первый привод для вращения турели и второй привод для перемещения наружного конца ствола.
Огнезащитное средство может содержать соотношение пены к воде в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 10,0%. От приблизительно 30 куб. футов/минуту до приблизительно 50 куб. футов/минуту воздуха можно сжать с огнезащитным средством до приблизительно 125 фунтов/кв. дюйм насосом. Огнезащитное средство, содержащее воздух, можно выталкивать из наконечника с изменяемым расходом до приблизительно 150 галлонов/минуту.
Наружный конец ствола может выступать за пределы кончика несущего винта вертолета. Из ствола можно распылять сжатое огнезащитное средство, содержащее воздух, на цель, расположенную в направлении полета по правому борту или левому борту вертолета. Пушечной установкой можно управлять при помощи джойстика для изменения точки прицеливания ствола относительно цели. Аппарат пожаротушения может содержать прибор видения в инфракрасном излучении. Аппарат пожаротушения может также содержать дальномерную систему для определения относительного положения и/или расстояния наконечника относительно цели.
Согласно другому варианту осуществления раскрыт аппарат пожаротушения для борьбы с пожарами с вертолета, содержащий блок резервуаров, присоединяемый к вертолету, с пеной и водой, находящимися в отдельных контейнерах, которые при смешении образуют огнезащитное средство, выдвижную насосную систему, присоединенную к блоку резервуаров или вертолету для повторного заполнения контейнера для воды, когда вертолет находится в полете, блок питания, закрепленный на одном конце блока резервуаров, и наводимый ствол, закрепленный на противоположном конце блока резервуаров и соединенный с насосом патрубком, причем ствол содержит наконечник на наружном конце ствола, из которого огнезащитное средство и воздух под давлением распыляют в направлении цели. Выдвижная насосная система содержит свертываемый рукав, присоединенный на первом конце к имеющему обратный ход барабану с приводом для разворачивания и сворачивания рукава, и насос для воды, расположенный на втором конце рукава для закачивания воды из источника воды в контейнер для воды. Блок питания содержит насос, приводимый в действие электродвигателем, причем насос содержит воздухоприемный клапан, при этом воздух втягивается на всасывающем конце насоса и сжимается насосом вместе с огнезащитным средством.
Ствол может быть программируемым с автоматическим возвратом в положение вдоль фюзеляжа вертолета, причем наружный конец ориентируется в направлении носа вертолета при возникновении аварии. Джойстик можно включать для изменения точки прицеливания ствола. Джойстиком может изменяемо регулировать расход находящейся под давлением комбинации огнезащитного средства и воздуха, распыляемой из ствола.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 представлено схематическое изображение одного варианта осуществления авиационной системы пожаротушения.
На фиг. 2 представлена подробная схема газогенератора варианта осуществления фиг. 1.
На фиг. 3 представлено схематическое изображение альтернативного варианта осуществления авиационной системы пожаротушения.
На фиг. 4 показана типичная инфракрасная камера, установленная на стволе типичной авиационной системы пожаротушения.
На фиг. 5 показан детальный вид в перспективе части типичной авиационной системы пожаротушения.
На фиг. 6 показан типичный блок резервуаров типичной авиационной системы пожаротушения.
На фиг. 7 показан детальный вид в перспективе части типичной авиационной системы пожаротушения.
На фиг. 8 показан детальный вид в перспективе части типичной авиационной системы пожаротушения.
На фиг. 9 показана типичная авиационная система пожаротушения в работе.
На фиг. 10 показан вид в перспективе справа спереди другого варианта осуществления авиационной системы пожаротушения.
На фиг. 11 показан вид в перспективе слева спереди варианта осуществления фиг. 10.
На фиг. 12 показан вид в перспективе слева сзади варианта осуществления фиг. 10.
На фиг. 13 показан вид в перспективе справа сзади варианта осуществления фиг. 10.
На фиг. 14 показан частичный детальный вид в перспективе справа сзади варианта осуществления фиг. 10.
На фиг. 15 показан вид в перспективе типичной выдвижной насосной системы, пригодной для использования с вариантом осуществления авиационной системы пожаротушения.
На фиг. 16 показан частичный вид в перспективе спереди выдвижной насосной системы, показанной на фиг. 15.
На фиг. 17 показан частичный вид в перспективе сзади выдвижной насосной системы, показанной на фиг. 15.
На фиг. 18 показан частичный детальный вид в перспективе пушечной установки, показанной на фиг. 10.
На фиг. 19 показан вид в перспективе рабочего места оператора, показанного на фиг. 10.
На фиг. 20 показана схема одного варианта осуществления авиационной системы пожаротушения фиг. 10.
На фиг. 21 показан частичный детальный вид в перспективе справа спереди блока питания, показанного на фиг. 20.
На фиг. 22 показан частичный детальный вид в перспективе справа спереди блока питания, показанного на фиг. 20.
На фиг. 23 показан частичный детальный вид в перспективе слева спереди блока питания, показанного на фиг. 20.
На фиг. 24 показан частичный детальный вид сверху в перспективе блока питания, показанного на фиг. 20.
На фиг. 25 показана схема другого варианта осуществления авиационной системы пожаротушения фиг. 10.
На фиг. 26 показан частичный детальный вид в перспективе справа спереди блока питания, показанного на фиг. 25.
На фиг. 27 показан частичный детальный вид в перспективе сверху блока питания, показанного на фиг. 25.
На фиг. 28 показан вид сверху вертолета, показанного на фиг. 25, с авиационной системой пожаротушения фиг. 10, установленной на нем.
На фиг. 29 показан вид слева вертолета, показанного на фиг. 25, с авиационной системой пожаротушения фиг. 10, установленной на нем.
На фиг. 30 показан вид спереди вертолета, показанного на фиг. 25, с авиационной системой пожаротушения фиг. 10, установленной на нем.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Хотя фигуры и настоящее раскрытие описывают один или несколько вариантов осуществления системы пожаротушения для летательных аппаратов, специалист в данной области техники оценит то, что идеи настоящего раскрытия не будут ограничены такими системами, а вместо этого будут также иметь пригодность на наземных платформах и на воздушных платформах для применения в других областях или повсюду, где объем воды, водной смеси или жидкости любого типа необходимо доставить к цели, находящейся на расстоянии от исходной платформы. Согласно одному варианту осуществления систему настоящего раскрытия можно использовать для борьбы с пожарами в зданиях и строениях всех форм и размеров, включая высотные здания и буровые вышки. Согласно другому варианту осуществления систему настоящего раскрытия можно использовать для борьбы со случайными лесными пожарами. Согласно другому варианту осуществления систему настоящего раскрытия можно использовать для очистки зданий всех форм и размеров, включая мечети, водонапорные башни и высотные здания. Согласно другому варианту осуществления систему настоящего раскрытия можно использовать для очистки изоляторов проводов высокого напряжения на опорах линий электропередачи и на ветряных мельницах. Согласно другому варианту осуществления систему настоящего раскрытия можно использовать для удаления льда с конструкций, таких как самолеты, ветряные мельницы, линии электропередачи и подобное. Согласно другому варианту осуществления систему настоящего раскрытия можно использовать для обеззараживания территории, осуществления действий по пресечению массовых беспорядков или для ликвидации последствий разливов нефти.
Возвращаясь теперь к фигурам, на которых подобные номера позиций относятся к подобным элементам, увидим, что на фиг.1 показана типичная авиационная система 10 пожаротушения, спроектированная для использования на летательном аппарате, таком как самолет или вертолет, для использования при гашении случайных лесных пожаров или пожаров в высотных зданиях, среди прочего. Система 10 содержит резервуар 20 для воды и резервуар 30 для пены для хранения воды 24 и пены (или пенного концентрата) 34, соответственно, для использования в образовании смеси воды/пены для использования в борьбе с пожарами. Согласно конструкции системы 10 резервуар 30 для пены составляет от приблизительно 5% до приблизительно 10% по объему от количества воды, находящегося в резервуаре 20 для воды. Подходящая пена представляет собой пену Phos-Chek WD881 класса А, которая доступна от ICL Performance Products LP из Сент-Луиса, Миссури.
Воду 24 из резервуара 20 для воды и пену или пенный концентрат 34 из резервуара 30 для пены объединяют в пеногенераторе 90 и перемешивают в нем. Система 10 содержит насос 22 для воды и насос 32 для пены, соединенные с резервуаром 20 для воды и резервуаром 30 для пены, соответственно, для выкачивания воды 24 и пены или пенного концентрата 34 из резервуара 20 для воды и резервуара 30 для пены, соответственно, и для доставки воды 24 и пены или пенного концентрата 34 в пеногенератор 90 с относительно большим объемным расходом. Насос 22 для воды может иметь размер и быть сконфигурирован для выкачивания воды 24 из резервуара 20 для воды и доставки ее в пеногенератор 90 с расходом от приблизительно 20 до приблизительно 150 галлонов в минуту (галлонов/минуту).
Пеногенератор 90 может быть сконфигурирован для выборочного и автоматического обеспечения желаемого соотношения пены к воде в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 10,0% и предпочтительно от 0,4% до приблизительно 1,0%. Контроллер 92 пеногенератора, соединенный с пеногенератором 90, дает оператору возможность выбирать или иным образом вводить желаемое соотношение пены к воде, обеспечиваемое пеногенератором 90 при работе системы 10. Согласно одному варианту осуществления пеногенератор 90 сконфигурирован для обеспечения одного из ряда заданных соотношений пены к воде согласно требованиям покрытия огня водой/пеной. Подходящий пеногенератор 90 для системы 10 представляет собой агрегат серии 2000, доступный от Pentair Water - FoamPro из Нью-Брайтона, Миннесота, 55112.
В системе 10 фиг.1 также показан резервуар 40 для топлива и резервуар 60 для окислителя для хранения топлива и окислителя, соответственно, на борту летательного аппарата. Топливо 44 из резервуара 40 для топлива и окислитель 64 из резервуара 60 для окислителя можно объединять и поджигать в газогенераторе 70 с образованием значительного объема выхлопных газов 80 для впрыска в смесь воды/пены при помощи пеногенератора 90. Согласно одному варианту осуществления выхлопные газы 80 можно подавать в пеногенератор 90 с расходом приблизительно 70 кубических футов в минуту (куб. футов/минуту).
Как лучше всего показано на фиг. 2, газогенератор 70 может содержать инжектор 72 для получения и впрыска топлива 44 и окислителя 64 в камеру 74 сгорания. Для впрыска топлива 44 и окислителя 64 в камеру 74 сгорания инжектор 72 может содержать отдельные форсунки, такие как инжекторные устройства, как для топлива 44, так и для окислителя 64. Инжектор 72 может также содержать один или несколько элементов для облегчения достижения стабильного сгорания топлива 44 и окислителя 64, таких как дефлекторное устройство. Согласно одному варианту осуществления дефлекторное устройство может быть образовано путем расположения в определенном порядке отдельных форсунок для топлива и/или окислителя, таких как инжекторные устройства, с образованием одной или нескольких перегородок внутри зоны смешения топлива/окислителя камеры 74 сгорания для облегчения достижения стабильного сгорания топлива 44 и окислителя 64.
В зависимости от характеристик топлива 44 и окислителя 64 топливо 44 и окислитель 64 могут спонтанно или самопроизвольно воспламеняться при контакте друг с другом в камере 74 сгорания, или их воспламенение можно вызвать при помощи внешнего источника энергии, такого как запальная свеча, свеча зажигания или пиротехническое устройство. Согласно одному варианту осуществления топливо 44 и окислитель 64 находятся в жидкой форме, однако также могут быть использованы в любой комбинации твердых веществ, жидкостей или газов или их смесей без отклонения от объема или принципов настоящего раскрытия.
Контроллер 76 газогенератора соединен с газогенератором 70 для контроля и автоматического регулирования соотношения в смеси топлива 44 к окислителю 64 путем открытия и закрытия одного или нескольких клапанов для топлива и/или окислителя. Контроллер 76 газогенератора может быть сконфигурирован для регулирования и контроля параметров процесса горения, таких как температуры, давления и состав продуктов горения, расход газа и подача выхлопных газов 80 в пеногенератор 90. Контроллер 76 газогенератора может быть сконфигурирован для автоматической и безопасной остановки процесса горения при возникновении аварии, такой как получение сигнала, соответствующего низким уровням топлива или окислителя, или сигнала или команды, такой как вводимая оператором или результат показаний датчиков, путем автоматического закрытия одного или нескольких клапанов для топлива и/или окислителя в заранее определенной последовательности, в заранее определенное время и с заранее определенной скоростью для прекращения подачи топлива 44 и/или окислителя 64 в газогенератор 70. Контроллер 76 газогенератора может быть сконфигурирован для неавтоматического или автоматического контроля этих элементов и функций. Согласно одному варианту осуществления контроллер 76 газогенератора сконфигурирован для автоматической остановки процесса горения при потере электроэнергии транспортным средством, что может произойти в результате отключения в полете одного или нескольких поддерживающих полет двигателей летательного аппарата или отключения одного или нескольких бортовых двигателей или вспомогательных источников энергии (ВИЭ). Система 10 может быть сконфигурирована для автоматического перевода ее конфигурации в «безопасный» режим для прекращения разбрызгивания смеси воды/пены, для прекращения горения в газогенераторе 70 и для складывания ствола 100 (обсуждается ниже) для минимизации рабочей нагрузки устройств, находящихся на транспортном средстве, при аварии, например, аварийной ситуации, касающейся летательного аппарата.
Возвращаясь снова к фиг. 1, увидим, что система 10 может содержать насос 42 для топлива и насос 62 для окислителя, соединенные с резервуаром 40 для топлива и резервуаром 60 для окислителя, соответственно, для выкачивания топлива 44 и окислителя 64 из резервуара 40 для топлива и резервуара 60 для окислителя, соответственно, и подачи топлива 44 и окислителя 64 в газогенератор 70 с относительно большим объемным расходом. Топливо 44 и/или окислитель 64 можно альтернативно подавать под действием силы тяжести или подачей вытеснением в газогенератор 70, если, например, резервуар 40 для топлива и/или резервуар 60 для окислителя либо находятся под давлением, либо спроектированы для подачи жидкостей из них под действием силы тяжести.
В ситуациях, когда пеногенератор не требуется или нежелателен, пену или пенный концентрат 34 можно альтернативно предварительно смешивать с водой 24 в заранее определенном соотношении с образованием загрузки, которую можно перевозить на борту летательного аппарата в резервуаре для воды/пены. В данной ситуации выхлопные газы 80 можно объединять и перемешивать с потоком смеси воды/пены для выталкивания смеси воды/пены/газа из ствола 100 в направлении цели.
При выходе из пеногенератора 90 перемешанную смесь 98 воды/пены/выхлопных газов затем подают в ствол 100 и распыляют из ствола 100 через наконечник 130 в направлении точки прицеливания ствола 100. Выхлопные газы 80 способствуют образованию пузырьков в стволе 100 и увеличивают расстояние, на которое смесь воды/пены выталкивается из наконечника 130. Ствол 100 может содержать легковесные материалы и геометрию, уникально подходящую для обеспечения относительно длинного ствола 100, в то же время обеспечивая расход жидкостей из него, достаточный для гашения пожара, расположенного на значительном расстоянии от транспортного средства. Например, ствол 100 может быть сконфигурирован из одной или нескольких частей и может быть сконструирован из композитного материала для обеспечения достаточной жесткости, чтобы выдерживать повышенное сгибание или провисание по его длине, в частности при наличии, например, нисходящего потока от несущего винта при установке на вертолете.
Ствол 100 можно также сконфигурировать как выступающий за пределы диаметра кончика несущего винта вертолета, например, для того, чтобы избежать нежелательного предварительного рассеивания или атомизации смеси воды/пены. Согласно одному варианту осуществления ствол 100 составляет от приблизительно 6,7 до 7,3 метров в длину и выходит за пределы кончика несущего винта на по меньшей мере приблизительно 1 метр. По меньшей мере, наружный конец ствола 100 может быть сконструирован из одного или нескольких материалов, которые обеспечивают электроизоляционные свойства, для предупреждения проводимости и переноса электроэнергии, когда ствол 100 можно использовать для или вблизи линий электропередач, например, при борьбе с пожарами, находящимися вблизи линий электропередач, или когда чистят изоляторы линий электропередач на опорах линий электропередач. Кроме композитных материалов ствол 100 может быть сконструирован из других материалов, которые обеспечивают вышеуказанные и другие желательные свойства и функции, включая намотанное углеродное волокно и стекловолокно, арматурную полимерную сетку и алюминий, среди прочего. Учитывая его длину больше кончика несущего винта, ствол 100 может быть сформирован в относительно легкую, но прочную и устойчивую к провисанию структуру для предотвращения чрезмерного сдвига центра тяжести летательного аппарата и для предотвращения изгибания наружного конца ствола 100 на траекторию лопастей несущего винта.
Ствол 100 может быть сконструирован с обеспечением его телескопического удлинения и втягивания для, например, обеспечения компактного хранения во время наземной эксплуатации и во время полета, в то же время также обеспечивая возможность помещения наружного конца наконечника 130 за пределы кончика несущего винта при использовании и на позиции на месте пожара. Ствол 100 может альтернативно быть сконструирован с фиксированной длиной.
Ствол 100 может быть сконфигурирован для работы в «мокрой» конфигурации или в «сухой» конфигурации. Для работы в «мокрой» конфигурации рабочая жидкость, такая как смесь воды/пены, передается через ствол 100 в наконечник 130 и «смачивает» внутренние поверхности ствола 100. Напротив, ствол 100 может быть сконфигурирован в «сухой» конфигурации, в соответствии с которой через внутренний рукав передается рабочая жидкость в наконечник 130. «Сухая» конфигурация, содержащая внутренний рукав, также не может легко обеспечивать телескопическую конфигурацию ствола 100, между тем как ствол 100 с «мокрой» конфигурацией в сочетании с телескопической конфигурацией может приводить к прихватыванию или утечке через телескопические элементы ствола 100.
Система 10 может быть сконфигурирована как содержащая два или больше стволов 100 для распыления жидкостей на многочисленные точки прицеливания или для увеличения объема и/или скорости распыляемых жидкостей с одного летательного аппарата. Один или несколько стволов 100 могут быть развернуты в сторону относительно летательного аппарата или вперед относительно летательного аппарата. Разворот ствола 100 в сторону может уменьшать рабочую нагрузку пилота, если специальный оператор системы 10 находится в летательном аппарате или дистанционно управляет системой 10, таким образом позволяя пилоту пилотировать транспортное средство, в то же время также увеличивать возможность для пожарных достигать огня независимо от передвижений транспортного средства. Разворот в сторону помогает пилоту помещать и ориентировать транспортное средство с получением оптимальных летных характеристик и облегчает использование путей аварийного отхода, поскольку транспортное средство находится на расстоянии от огня, потенциально в направлении предполагаемого движения. Напротив, разворот вперед ствола 100 на винтокрылом летательном аппарате может отрицательно влиять на устойчивость винтокрылого летательного аппарата, поскольку попутный поток ветра может создаваться из-за расхода воздуха пожаром.
Система 10 может быть сконфигурирована для подачи смеси воды/пены из наконечника 130 с относительно низким давлением, но с относительно большими объемами для гашения огня в направлении полета. Давление для конфигураций с низким давлением системы 10 может находиться в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 200 фунтов на квадратный дюйм (фунт/кв. дюйм), в зависимости от того, как далеко в направлении полета желательно подать смесь воды/пены или другую жидкость. Согласно одному варианту осуществления система 10 сконфигурирована для подачи смеси воды/пены из наконечника 130 с приблизительно 125 фунтами/кв. дюйм при расходе приблизительно 150 галлонов/минуту на расстояние приблизительно 132 фута от наконечника 130, что соответствует приблизительно 150 футам от ближнего конца ствола 100, если ствол 100 составляет приблизительно 7 метров в длину. Таким образом, систему 10 можно использовать для гашения пожаров на значительном расстоянии от платформы для пожаротушения, включая здания, расположенные в городской зоне, такие как высотные здания и складские здания. Согласно другому варианту осуществления система 10 сконфигурирована для подачи смеси воды/пены из наконечника 130 с приблизительно 125 фунтами/кв. дюйм с расходом приблизительно 20 галлонов/минуту на расстояние приблизительно 65 футов от наконечника 130.
Система 10 может альтернативно быть сконфигурирована для обеспечения относительно низких объемов жидкости с относительно высоким давлением при, например, использовании для точной очистки изоляторов на опорах линий электропередачи высокого напряжения, для очистки ветряных мельниц и подобного, или для удаления льда со строений, транспортных средств и подобного. Согласно одному варианту осуществления система 10 может быть сконфигурирована для очистки изоляторов проводов высокого напряжения с подачей жидкости из наконечника 130 с приблизительно 1500 фунтами/кв. дюйм для обеспечения от приблизительно 5,5 до приблизительно 6,0 галлонов/минуту на расстояние от приблизительно 12 до приблизительно 14 футов от наконечника 130, что превышает расстояние, обеспечиваемое в настоящее время известными системами очистки от приблизительно 3 до приблизительно 6 футов от наконечника.
Согласно одному варианту осуществления система 10 содержит управляемую вручную с помощью лебедки систему для ствола с рукоятками для ручного направления ствола 100 влево, вправо, вверх и вниз. Пружины 111 и/или гидравлические или пневматические цилиндры могут облегчать оператору ствола 100 перемещение ствола 100 вертикально. Согласно другому варианту осуществления вместо управляемой вручную с помощью лебедки системы для ствола система 10 может содержать турель 110 для обеспечения управления стволом 100 как вертикально, так и горизонтально при помощи привода или бустерного усилителя.
Оператор, который является или пилотом, находящимся на борту оператором, или находящимся дистанционно оператором, может управлять точкой прицеливания ствола 100 при помощи, например, джойстика. Согласно другому варианту осуществления оператор может управлять точкой прицеливания ствола 100 при помощи набора рукояток, рулевого колеса или любого другого известного рулевого устройства для управления стволом 100 относительно точки прицеливания. Как показано на фиг. 1, ствол 100 может быть присоединен к турели 110, которая может содержать или может не содержать приводную систему для полного перемещения или, по меньшей мере, облегчения перемещения ствола 100 согласно указаниям оператора. Если турель 110 содержит приводную систему, турель 110 может дополнительно быть сконфигурирована для укладывания ствола 100 в «исходное положение», когда его не используют, для повышения безопасной работы летательного аппарата во время выполнения полетов и для обеспечения, например, легкого и безопасного подхода и отхода к и от места пожара.
Линейные и вращательные приводы могут быть запрограммированы для регулирования направления и скорости перемещения ствола 100 и турели 110, соответственно, посредством джойстика или другого рулевого устройства. Сложное (диагональное) перемещение ствола 100 может быть достигнуто путем включения линейных и вращательных приводов одновременно, возможно с различными скоростями. Согласно одному варианту осуществления вращательное движение ствола 100 может лежать в диапазоне от точки приблизительно около носа летательного аппарата (т.е. вперед) для укладки во время перелета летательного аппарата до приблизительно 110 градусов по направлению к корме во время операций гашения пожара. Согласно варианту осуществления для реализаций на винтокрылых летательных аппаратах вертикальное перемещение ствола 100 может находиться в диапазоне от приблизительно горизонтального уровня (для того, чтобы избежать столкновения с несущим винтом) до приблизительно 40 градусов книзу. Для реализаций на самолетах вертикальное движение ствола 100 может находиться в диапазоне от приблизительно горизонтального до приблизительно 40 градусов книзу. Механическую или электромеханическую блокировку можно обеспечить для укладывания ствола 100 для размещения во время перелета транспортного средства. Один или несколько датчиков положения можно использовать для обеспечения одного или нескольких сигналов, соответствующих положению ствола 100. Один или несколько сигналов можно использовать для отключения или включения одного или нескольких линейных или вращательных приводов и, таким образом, перемещения ствола 100.
Согласно одному или нескольким вариантам осуществления система 10 может содержать прибор 115 видения в инфракрасном излучении, дальномерное устройство 120, содержащее лазер для определения расстояния между летательным аппаратом и любыми препятствиями или зданиями, и антикавитационное устройство в резервуаре для воды 20 для минимизации возможностей втягивания воздуха, а не воды 24, из резервуара 20 для воды насосом 22 для воды. Прибор 115 видения в инфракрасном излучении может содержать инфракрасную камеру 117, такую как инфракрасная камера 9 Гц EVS3, доступная от FLIR Systems, Inc. из Голета, Калифорния, 93117, для облегчения определения очагов возгорания через дым, пыль и туман и в полной темноте. Согласно одному варианту осуществления, как показано на фиг.4, инфракрасная камера 117 может быть установлена на стволе 100. Согласно другому варианту осуществления инфракрасная камера 117 может быть установлена на любом другом компоненте системы 10 или на компоненте летательного аппарата. Согласно одному варианту осуществления изображения с одной или нескольких инфракрасных камер 117 могут подаваться на дисплей 160, установленный на или около турели 110, который может видеть оператор турели 110. Альтернативно, изображения с одной или нескольких инфракрасных камер 117 системы 10 могут подаваться на множество дисплеев в режиме реального времени. Такие дисплеи могут включать дисплей в кабине для пилота, дисплей на нашлемной системе видения, которую одевает пилот или один или несколько членов экипажа или операторов системы 10 на борту летательного аппарата, дисплей, расположенный дистанционно относительно летательного аппарата или на земле, или в другом летательном аппарате, и дисплей, связанный с любым числом карманных устройств, включая мобильные телефоны или компьютерные планшеты.
Возвращаясь к фиг. 3, рассмотрим показанный альтернативный вариант осуществления системы 10. В частности, система 10 фиг. 3 содержит резервуар 50 для реагента для хранения в нем реагента 54. Согласно одному варианту осуществления реагент 54 содержит пероксид водорода, который при обеспечении разложения в присутствии катализатора, такого как серебро, образует пар и газообразный кислород. Кислород можно затем объединять с топливом 44 в газогенераторе 70, после чего топливо 44 загорается в камере 74 сгорания с образованием выхлопных газов 80. Выхлопные газы 80, содержащие относительно большой объем газа порядка приблизительно 70 куб. футов/минуту, можно подавать в пеногенератор 90, после чего смесь 98 воды/пены/газов можно затем подавать в ствол 100 и, наконец, распылять из наконечника 130 в направлении удаленной цели.
Как реагент пероксид водорода может иметь чистоту в диапазоне от приблизительно 90% до приблизительно 50%. Согласно одному варианту осуществления разложение реагента 54 происходит в реакционном резервуаре ниже по потоку относительно резервуара 50 для реагента, но выше по потоку относительно газогенератора 70. Клапаны сброса давления можно поместить на резервуары и на трубопроводы для жидкостей или газов там, где необходим автоматический сброс давления для сохранения надлежащего показателя безопасности системы 10.
Топливо 44 может представлять собой одно из керосина, Джет А, метанола, тетраглима, этанола, метанола, фурфурилового спирта, триглима или диметилсульфоксида (ДМСО). В зависимости от свойств реагента подходящий катализатор для увеличения скорости реакции разложения и, таким образом, получения окислителя может быть выбран из группы, состоящей из тетрагидрата ацетата марганца, борогидрида натрия, хлорида железа, серебра (коллоидного), солей серебра, перманганата калия и перманганата натрия. Согласно одному варианту осуществления система 10 содержит относительно безопасное, нетоксичное или с очень низкой токсичностью топливо, реагент и/или окислитель и выхлопные газы для облегчения относительно безопасной работы и/или обслуживания и требует минимальной защиты обслуживающего персонала.
Возвращаясь к фиг. 5, рассмотрим показанное детальное изображение части типичной системы 10. Например, показана турель 110, которая как описано выше, может содержать управляемую вручную конфигурацию или конфигурацию с бустерным усилителем или с приводом. Также показан ствол 100 с инфракрасной камерой 117 прибора 115 видения в инфракрасном излучении, который может обеспечивать изображение на дисплее, таком как дисплей 160, как описано выше. Также показан стул 150 для оператора, находящегося на борту транспортного средства, обеспечивающего управление точкой прицеливания ствола 100. Также показан блок 140 питания, который может быть сконфигурирован для уравновешивания турели 110 и ствола 100, когда он выступает за пределы бока самолета или винтокрылого летательного аппарата, может обеспечивать поперечную устойчивость и управление летательным аппаратом во время работы. Блок питания 140 может содержать, например, газогенератор 70, пеногенератор 90, один или несколько насосов, описанных выше, или любую другую деталь, переносимую летательным аппаратом, которая может помогать блоку 140 питания в обеспечении функции уравновешивания. На фиг. 5 показана типичная рельсовая система 170 для установки турели 110, стула 150 и блока 140 питания на летательном аппарате.
Электроэнергию для работы системы 10, содержащей турель 110 и ствол 100, можно получать от вспомогательной электрической шины летательного аппарата, от электрического генератора, соединенного с двигателем, или редуктора летательного аппарата, или от вспомогательного источника энергии (ВИЭ). Все насосы для жидкостей, описанные выше, могут иметь электрический привод, использующий электроэнергию от источников, указанных выше, или могут иметь механический привод посредством механической связи с бортовыми двигателями, или могут иметь турбопривод, использующий часть выхлопных газов 80 для приведения в действие одного или нескольких рабочих колес турбины, соединенных с одним или несколькими рабочими колесами или индукторами насосов, или комбинации любых этих способов.
Один или несколько насосов, описанных выше, а именно насос 42 для топлива, насос 62 для окислителя, насос 22 для воды, насос 32 для пены и насос 52 для реагента могут иметь привод или механический, или электрический от систем самолета или винтокрылого летательного аппарата. Например, насос 42 для топлива может быть сконфигурирован как электрический насос, который получает электрический ток от вспомогательной главной электрической шины самолета или винтокрылого летательного аппарата, или от генератора, присоединенного или к системе несущего винта или двигателя, или от отдельного вспомогательного источника энергии (ВИЭ). Пеногенератор 90, турель 110, контроллер 92 пеногенератора и контроллер 76 газогенератора могут все приводиться в действие таким же образом.
Аккумулятор может быть сконфигурирован в виде резервного источника электропитания для ствола 100 и для турели 110, чтобы обеспечивать возможность автоматического складывания системы 10 или ручного складывания пилотом, находящимся на борту оператором, или удаленным оператором ствола 100 в безопасную, выступающую вперед конфигурацию для отхода летательного аппарата с позиции и для приземления летательного аппарата в случае, если летательный аппарат или система 10 теряет электропитание. Как показано на фиг. 7, альтернативный вариант осуществления турели 110 содержит пружины 111 возврата для облегчения оператору ствола вертикального перемещения ствола 100 и для возврата ствола 100 в горизонтальное положение, когда он не управляется вручную оператором ствола. Как показано на фиг.8, вариант осуществления турели 110 содержит пневматические распорки 112, которые могут обеспечивать безопасный возврат при аварии ствола 100 в горизонтальное положение в случае, когда транспортное средство теряет энергию, когда ствол 100 регулируется оператором ствола вручную, при помощи бустерного усилителя или привода.
Возвращаясь к фиг. 6, рассмотрим, что резервуары 20, 30, 40, 50 и 60 могут быть установлены снаружи летательного аппарата как часть блока 180 резервуаров. Резервуары 40, 50 и/или 60 могут альтернативно быть установлены в блоке 140 питания, оставляя только резервуары 20 и 30 установленными в блоке 180 резервуаров или в отдельном узле. Все эти резервуары могут быть установлены внутри летательного аппарата, но при этом могут ограничивать возможность выполнения многоцелевых задач и эксплуатационную гибкость из-за использования ценного внутреннего объема транспортного средства. Резервуар 30 для пены может содержать полость для облегчения сброса огнезащитного средства с летательного аппарата вертикально при необходимости, такой как на случайные лесные пожары или на пожары в складских сооружениях, или когда горизонтальная подача огнезащитного средства не является необходимой. Полость может находиться внутри резервуара 20 для воды.
Хотя не показано на фигурах, система 10 может содержать трубопроводы для передачи жидкостей и газов в и из различных элементов системы 10, клапаны, включая клапаны сброса давления, датчики температуры, давления и положения, расходометры и контроллеры. Система 10 может содержать другие подобные элементы без отклонения от объема и принципов настоящего раскрытия.
Кроме того, летательный аппарат может содержать выдвижные или невыдвижные системы повторного наполнения, сконфигурированные для использования на винтокрылом летательном аппарате или летательном аппарате с неподвижным крылом. Согласно варианту осуществления, включающему винтокрылый летательный аппарат, время цикла повторного наполнения при зависании над источником воды, таким как резервуар или озеро, может находиться в диапазоне от приблизительно 25 секунд до приблизительно 60 секунд для повторной загрузки воды в резервуар 20 для воды. Согласно варианту осуществления повторное наполнение пеной может требоваться после от приблизительно 5 до приблизительно 10 циклов для воды в зависимости от используемого соотношения пены к воде.
Согласно варианту осуществления как резервуар 40 для топлива, так и резервуар 60 для окислителя может содержать от приблизительно 2,0 галлонов до приблизительно 3,0 галлонов жидкости, в то время как резервуар 30 для пены может содержать приблизительно 36 галлонов пены 34, и резервуар 20 для воды может содержать приблизительно 600 галлонов воды 24, причем имеет возможность пополнения при помощи системы повторного наполнения в полете, при этом комбинация обеспечивает приблизительно один час, когда огнезащитное средство из воды/пены обходится без выхлопных газов 80 при нормальном использовании системы 10, что примерно совпадает с приблизительно 60 минутами имеющегося в наличии топлива (плюс 30 минут резервного топлива), которые винтокрылый летательный аппарат может нести за один вылет для питания транспортного средства во время полета.
Согласно одному варианту осуществления резервуар 40 для топлива, резервуар 60 для окислителя (или резервуар 50 для реагента) можно менять или заменять, а резервуар 30 для пены аэродромный технический персонал может повторно наполнять в течение порядка нескольких минут при помощи использования быстро отсоединяемых соединений для всех соединителей трубопроводов с другими элементами системы 10. Система 10 может, таким образом, существенно увеличивать длительность полета и эффективность в районе пожара и минимизировать периоды простоя платформы пожаротушения.
Возвращаясь к фиг. 9, увидим показанную типичную систему 10, присоединенную к вертолету 190, для борьбы с пожаром в высотном здании. На данном изображении ствол 100 показан как ориентированный на приблизительно 90 градусов по часовой стрелке от носа вертолета 190. Если транспортное средство уже ориентировано в возможном направлении полета, быстрое и автоматическое укладывание ствола 100 в положение, соответствующее ходу вперед, обеспечивает легкий отлет вертолета 190 от места тушения пожара, если возникает аварийная обстановка, касающаяся летательного аппарата. На фиг. 9 также показана насосная система 185 для режима зависания для пополнения резервуара 20 для воды водой из источника воды, такого как резервуар, пруд, озеро и подобное, в то время как вертолет 190 зависает над источником воды. Как показано, насосная система 185 для режима зависания содержит насос 187 для воды, расположенный на наружном конце рукава или патрубка 186 для погружения в источник воды, и вращающийся коленчатый патрубок 188 для обеспечения приземления вертолета 190, когда на нем установлена насосная система 185 для режима зависания.
Возвращаясь вновь к фиг. 10-14, рассмотрим показанную систему 200, сконфигурированную для использования на летательном аппарате, таком как самолет или вертолет, для использования при гашении случайных лесных пожаров или пожаров в высотных зданиях, среди прочего. Система 200 содержит многие из таких же или подобных признаков и функций, как описано выше, для системы 10, однако включает другие подходы, как описано более полно ниже, для образования и использования газа на борту летательного аппарата для впрыска в смесь воды/пены для подачи стволом 100 в направлении цели.
Система 200 содержит блок 180 резервуаров, блок 140 питания, пушечную установку 210, рабочее место 240 оператора, а также различные трубопроводы, соединительные провода, соединительные детали и опоры для соединения указанного выше. Пушечная установка 210 и блок 140 питания оба закреплены на блоке 180 резервуаров, который сконфигурирован для установки снаружи корпуса летательного аппарата. Пушечная установка 210 установлена с одной стороны блока 180 резервуаров, в то время как блок 140 питания установлен на противоположной стороне блока 180 резервуаров. Таким образом, массу пушечной установки 210 можно уравновесить массой блока 140 питания, и поскольку и пушечная установка 210, и блок 140 питания установлены на блоке 180 резервуаров, а не на корпусе или фюзеляже летательного аппарата самого по себе, система 200 обеспечивает более легкое соединение с рядом корпусов летательных аппаратов. Согласно другим вариантам осуществления пушечная установка 210 и/или блок 140 питания можно установить вместо этого непосредственно на корпусе летательного аппарата. Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 12-14, рабочее место 240 оператора установлено на платформе 260 или полу летательного аппарата. Согласно другим вариантам осуществления рабочее место 240 оператора можно установить на рельсе, таком как рельсовая система 170, описанная выше.
Блок 180 резервуаров сконфигурирован для размещения или закрепления резервуара 20 для воды, резервуара 30 для пены и насоса 32 для пены, а также системы трубопроводов и патрубка, перегородок, датчиков, сопряжений, соединений и подобного. Например, блок 180 резервуаров содержит сопряжение 262 и связанный трубопровод, присоединенный к нему, для передачи раствора 182 воды/пены из резервуара 20 для воды в насос 290 для воды/пены блока 140 питания и сопряжение 264 и связанный трубопровод, присоединенный к нему, для получения раствора 182 воды/пены, выпускаемого из насоса 290 для воды/пены, и передачи раствора 182 воды/пены в гибкий патрубок 266 и, наконец, в ствол 100 для выпуска в направлении цели.
Блок 180 резервуаров может также содержать антикавитационное устройство, установленное внутри резервуара 20 для воды в самой нижней точке резервуара 20 для обеспечения отвода насосом 290 для воды/пены раствора 182 воды/пены без кавитации насоса 290 для воды/пены. В случае вертолета самая нижняя точка в резервуаре 20 может появляться, когда вертолет находится в зависшем состоянии.
Как показано на фиг. 15-17, блок 180 резервуаров может дополнительно быть сконфигурирован для взаимодействия с выдвижной насосной системой 350 для разворачивания и сворачивания свертываемого гибкого рукава для всасывания воды из источника воды, такого как пруд или озеро, в резервуар 20 для воды, в то время как летательный аппарат зависает над источником воды. Согласно одному варианту осуществления выдвижная насосная система 350 содержит корпус 352 для закрепления барабана 358 с приводом, реверсивного двигателя 360 и контроллера 361 двигателя для развертывания или сворачивания свертываемого рукава 362. Корпус 352 может содержать панели 354, прикрепленные к рамной конструкции 356, с образованием структуры корпуса 352. На наружном конце свертываемого рукава 362 находится насос 364, впускное отверстие которого закрыто сеткой 365, для закачивания воды из источника воды в резервуар 20 для воды. Выдвижная насосная система 350 может быть установлена на летательном аппарате или на стенке блока 180 резервуаров для пропускания воды из свертываемого рукава 362 в резервуар 20 для воды через патрубок 366.
Выдвижная насосная система 350 управляется пилотом летательного аппарата или оператором, находящемся на рабочем месте 240 оператора. При работе реверсивный двигатель 360 выдвижной насосной системы 350 может управляться оператором, причем команду получает контроллер 361 двигателя, который в свою очередь включает реверсивный двигатель 360 для приведения во вращение барабана 358 в желаемом направлении для или наматывания и сворачивания, или разматывания и разворачивания свертываемого рукава 360 в или из барабана 358. Как только насос 364 погрузился в источник воды после разворачивания свертываемого рукава 362 из барабана 358, оператор может включить насос 364 для закачивания воды из источника воды в резервуар для воды 20 при помощи свертываемого рукава 362 внутри через сердцевину барабана 358 и через патрубок 366. Сопряжение 368 патрубка 366 может быть установлено на стенке или сопряжении, связанном с резервуаром 20 для воды, для передачи воды из резервуара 20 для воды. Патрубок 366 может альтернативно быть приспособлен для соединения с дополнительным трубопроводом, который в свою очередь соединен с резервуаром 20 для воды для передачи воды в резервуар 20 для воды. После завершения цикла заполнения оператор может переводить насос 364 в его положение «выключено» для прекращения закачивания воды. Оператор может затем давать команду реверсивному двигателю 360, чтобы обеспечить обратное вращение барабана 358 для сворачивания свертываемого рукава 362 и для наматывания свертываемого рукава 362 на барабан 358. Разворачивание и сворачивание свертываемого рукава 362 можно начинать, пока летательный аппарат находится в зависшем состоянии или при перелете к и от зависшего состояния, соответственно, над источником воды. Один или несколько этапов разворачивания свертываемого рукава 362 на, например, заранее определенную длину, включение и выключение насоса 364 для закачивания воды и сворачивание свертываемого рукава 362 могут выполняться автоматически при помощи датчиков и/или подходящего контроля программными средствами, внедренными в систему 200. Когда свертываемый рукав 362 полностью намотан на барабан 358, выдвижная насосная система 350 не мешает обычным операциям приземления летательного аппарата.
Пушечная установка 210 системы 200 содержит турель 110, ствол 100 с наконечником 130 на наружном конце и необязательно прибор 115 видения в инфракрасном излучении и дальномерное устройство 120. Как показано на фиг. 18, турель 110 системы 200 содержит линейный привод 212 и вращательный привод 214, которые могут быть запрограммированы для регулирования направления и скорости перемещения ствола 100 и турели 110, соответственно, при помощи джойстика 250 (смотри, например, фиг. 19). Турель 110 содержит основание 225, которое в свою очередь поддерживается опорами 227 (смотри, например, фиг. 18) для закрепления и установки пушечной установки 210 на блок 180 резервуаров.
Основание 225 содержит неподвижную шестерню 220 для принятия зубчатого ремня 218, который в свою очередь соединен с вращательным приводом 214 для вращения турели 110 по, как правило, вертикальной оси для обеспечения перемещения ствола горизонтально. Турель 110 содержит опору (не показано), на которой закреплены корпус 222 и остальные элементы турели 110. Следовательно, когда вращательный привод 214 зацепляет зубчатый ремень 218, корпус 222 и остальные элементы турели 110 вращаются в направлении движения вращательного привода 214 относительно основания 225.
Для перемещения ствола 100 вертикально линейный привод 212 соединен с поворотным манипулятором 230, который в свою очередь соединен со стволом 100. Сложное (диагональное) перемещение ствола 100 можно достичь путем вовлечения линейного привода 212 и вращательного привода 214 одновременно, возможно с различными скоростями. Газовые пружины 232 соединены со стволом 100 для облегчения поворота ствола 100 линейным приводом 212 в горизонтальное положение, как в случае отказа системы электроснабжения. Аккумулятор 234 сконфигурирован для подачи резервного питания для турели 110 для облегчения автоматического складывания системы 200, позволяя пилоту, находящемуся на борту оператору или удаленному оператору вручную складывать ствол 100 в безопасную направленную вперед конфигурацию для отхода летательного аппарата с позиции и для приземления летательного аппарата, когда летательный аппарат или система 200 теряет электропитание.
Как описано ранее, прибор 115 видения в инфракрасном излучении, содержащий инфракрасную камеру 117, может быть установлен на стволе 100 или в другом месте на турели 110. Аналогично, дальномерное устройство 120, содержащее лазер для определения расстояния между летательным аппаратом и любыми препятствиями или зданиями, показано установленным на основании 225, но может быть установлено на любом элементе системы 200 или на самом летательном аппарате.
Возвращаясь к фиг. 19, рабочее место 240 оператора показано как содержащее стул 150 для оператора пушечной установки 210 и группу регуляторов и компьютерных дисплеев, установленных на регулируемом рычаге 242. Оператор может управлять точкой прицеливания ствола 100 при помощи, например, джойстика 250. Джойстик 250 электрически соединен с линейным приводом 212 и вращательным приводом 214 для обеспечения горизонтального, вертикального и диагонального перемещения турели 110. Джойстик 250 также содержит ряд регуляторов для активации или дезактивации различных положений пушечной установки 210. Например, джойстик 250, показанный на фиг.19, содержит пусковое устройство 252, которое соединено с одним или несколькими клапанами или соленоидами для включения, выключения или изменения расхода воды 24, раствора 182 воды/пены или смеси 98 воды/пены/газов, подаваемых стволом 100 в направлении цели. Джойстик 250 также содержит кнопку 254, которая соединена через соленоид, для выведения турели 110 из зафиксированного и/или сложенного положения. Джойстик 250 также содержит кулисный переключатель 256 для включения или выключения потока газа из газогенератора 274. Специалист в данной области техники оценит, что другие средства для включения или выключения различных конфигураций системы 200 можно использовать, отличные от кнопок, переключателей и подобного, такие как программно-управляемый интерфейс пользователя, размещенный на сенсорном экране, как описано ниже.
Рабочее место 240 оператора также содержит регуляторы для обеспечения возможности оператору, например, включать, выключать или изменять поток пены из резервуара 30 для пены в резервуар 20 для воды через насос 32 для пены. Рабочее место 240 оператора может также иметь регуляторы для изменения концентрации пены или пенного концентрата для достижения желаемой концентрации пены в резервуаре 20 для воды.
Также установленным на регулируемом рычаге 242 является один или несколько дисплеев 258 для отображения информации и для обеспечения интерфейса для оператора для регулирования одного или нескольких свойств системы 200. Например, дисплеи 258 могут сообщать данные прибора 115 видения в инфракрасном излучении, дальномерного устройства 120, данные о положении и перемещении ствола 100, расход, количества и количество оставшихся расходуемых жидкостей и газов, данные касательно рассчитанного времени пребывания на позиции, сигнальную информацию, включая данные и/или сообщения, показывающие один или несколько рабочих параметров пушечной установки 210, попадающие за пределы заранее определенных границ, данные, относящиеся к атмосферным условиям, таким как направление и скорость ветра, температура, влажность и барометрическое давление, и данные, относящиеся к высоте, положению и другим рабочим параметрам самого летательного аппарата.
Дисплеи 258 могут также обеспечивать или содержать интерфейс пользователя для получения команд оператора относительно работы системы 200. Например, дисплеи 258 могут быть сконфигурированы с сенсорным экраном для ввода исходных данных оператором для регулирования или контроля одного или нескольких свойств системы 200. Дисплеи 258 могут быть соединены с одним или несколькими ЦП, памятью, шинами данных и программным обеспечением, сконфигурированным для ответа на и/или выполнения команд оператора.
Система 200 может дополнительно быть сконфигурирована для удаленного контроля или управления одним или несколькими элементами системы 200, такими как ствол 100. Например, система 200 может быть сконфигурирована для передачи и получения беспроводных сигналов передачи данных в режиме реального времени посредством спутниковой, сотовой связи или Wi-Fi, например, включая любую или всю информацию, отображаемую на дисплеях 258 для удаленного оператора или на монитор, расположенный на земле или в воздухе.
Возвращаясь теперь к фиг. 20, рассмотрим показанную схему одного варианта осуществления системы 200, содержащей блок 180 резервуаров, блок 140 питания и пушечную установку 210. Блок 180 резервуаров содержит корпус 238 (смотри, например, фиг. 10-14) для вмещения и/или закрепления резервуара 20 для воды и резервуара 30 для пены. Резервуар 30 для пены может быть установлен в, на или у корпуса 238, в то время как резервуар 20 для воды размещен в корпусе 238. Согласно другим вариантам осуществления резервуар 30 для пены может быть помещен в любом другом месте на системе 200 или летательном аппарате. Блок 180 резервуаров также содержит насос 32 для пены, который подобно резервуару 30 для пены может быть установлен в, на или у корпуса 238 или может быть установлен в любом другом месте на системе 200 или летательном аппарате. Используя насос 32 для пены, как указано оператором при помощи, например, одного из регуляторов, обсуждаемых выше, на рабочем месте 240 оператора, известное количество пены или пенного концентрата выкачивают из резервуара 30 для пены и добавляют к известному количеству воды в резервуаре 20 для воды для получения смеси загрузки воды/пены с желаемой концентрацией пены к воде в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 10%.
Согласно конфигурации системы 200 резервуар 30 для пены содержит от приблизительно 5% до приблизительно 10% по объему количества воды, находящегося в резервуаре 20 для воды. Как описано выше для системы 10, соотношение пены к воде системы 200 может находиться в диапазоне от влажной пены до сухой пены от приблизительно 0,1% до приблизительно 10,0%, как указано оператором системы 200. Соотношение пены к воде системы 200 может альтернативно находиться в диапазоне от приблизительно 0,4% до приблизительно 1,0%.
Блок 140 питания содержит газогенератор 274, электродвигатель 272, насос 290 для воды/пены и кожух 270 для защиты этих компонентов от повреждения. Блок 140 питания сконфигурирован для обеспечения смеси 98 воды/пены/газов в ствол 100 в количестве от приблизительно 20 до приблизительно 150 галлонов в минуту (галлонов/минуту). Кожух 270 может быть сконфигурирован в виде множества отдельных легких съемных, однако крепких панелей или подблоков панелей для ограждения или частичного ограждения блока 140 питания.
На фиг. 21-24 лучше показаны некоторые компоненты блока 140 питания, включая газогенератор 274. Подобно газогенератору 70, обсуждаемому выше, газогенератор 274 сконфигурирован для получения газа для содействия в образовании устойчивых пузырьков пены оптимального размера с раствором воды/пены 182 перед выбросом смеси из наконечника 130 ствола 100 и для содействия в достижении наибольшего возможного расстояния смеси воды/пены/газов в направлении от наконечника 130. Для получения газа газогенератор 274 отличается от газогенератора 70 тем, что он содержит заряд жидкого азота, который проходит через теплообменник, чтобы обеспечить быстрое достижение жидким азотом его точки кипения для получения газообразного азота в количестве, равном приблизительно 700 объемам жидкого азота.
Более конкретно, газогенератор 274 системы 200 содержит сосуд 276 Дьюара для получения и хранения некоторого количества жидкого азота на борту летательного аппарата. Согласно одному варианту осуществления сосуд 276 Дьюара с номером модели 10С-0012-75, который доступен от Essex Aerospace, представляет собой приблизительно 22-дюймовый сосуд, который способен хранить приблизительно 20 галлонов жидкого азота и пустой весит приблизительно 85 фунтов и приблизительно 275 фунтов, когда заполнен жидким азотом.
Сосуд 276 Дьюара содержит цикл создания давления для непрерывного поддержания давления в свободном пространстве над уровнем жидкого азота для подачи под давлением жидкого азота в теплообменник 278 и содержит предохранительные устройства, такие как один или несколько клапанов сброса давления и предотвращающих разрыв предохранительных клапанов для предотвращения превышения давления в сосуде 276 Дьюара. Для сжатия жидкого азота открывают клапан на или вблизи дна сосуда 276 Дьюара, чтобы обеспечить направление части жидкого азота, хранящегося в сосуде 276 Дьюара, в теплообменник, встроенный в или на сосуде 276 Дьюара с получением газообразного азота, который затем возвращают наверх сосуда 276 Дьюара для поддержания давления в свободном пространстве. Данный процесс вместе с одним или несколькими клапанами сброса давления поддерживает желаемое давление в сосуде 276 Дьюара всякий раз, когда жидкий азот выкачивают из сосуда 276 Дьюара во время работы системы 200.
При открытии клапана 286, как указано оператором при помощи, например, одного из регуляторов, описанных выше, на рабочем месте 240 оператора, патрубок 288 направляет жидкий азот 287 из сосуда 276 Дьюара в змеевик 279 теплообменника 278, который показан без его корпуса, удаленного для ясности. В то же время раствор 182 воды/пены при температуре окружающей среды из резервуара 20 для воды перекачивается насосом 290 воды/пены во впускное отверстие 294 и через теплообменник 278, чтобы вызвать быстрое достижение жидким азотом 287 в змеевике 279 его точки кипения для образования газообразного азота 289. Раствор 182 воды/пены затем втягивается насосом 290 для воды/пены через патрубок 292 и выталкивается насосом 290 для воды/пены из выпускного отверстия 296. Газообразный азот 289, выходящий из теплообменника 278, затем впрыскивают в раствор 182 воды/пены ниже по потоку относительно насоса 290 для воды/пены в точке 284 в количестве приблизительно 75 стандартных кубических футов в минуту и при приблизительно 150 фунтах/кв. дюйм. Впрыск 150 фунтов/кв. дюйм газообразного азота 289 сжимает раствор 182 воды/пены для подачи через патрубок 266 в ствол 100. Кроме того, раствор 182 воды/пены, выходящий из теплообменника 278, может быть незначительно холоднее, чем окружающая среда, как результат теплообмена с жидким азотом 287, что может способствовать гашению огня при выталкивании из ствола 100. Сосуд 276 Дьюара с емкостью 20 галлонов жидкого азота будет обеспечивать приблизительно 75 стандартных кубических футов в минуту при приблизительно 150 фунтов/кв. дюйм газообразного азота 289 для обеспечения приблизительно 1 часа работы система 200 на цели. Сосуд 276 Дьюара может быть масштабирован по физическому размеру и мощности, или больше, или меньше, вместе с другими элементами системы 200, для обеспечения полезной грузоподъемности летательного аппарата, на котором она установлена.
Насос 290 для воды/пены может быть сконфигурирован как центробежный насос с рабочим колесом радиального типа. Для приведения в движение насоса 290 для воды/пены, как лучше всего показано на фиг. 24, причем сосуд 276 Дьюара и другие детали удалены для ясности, блок 140 питания содержит электродвигатель 272, непосредственно связанный с насосом 290 для воды/пены при помощи соединительной муфты 271. Электроэнергию для работы системы 200, содержащей пушечную установку 210, рабочее место 240 оператора и блок 140 питания, содержащий электродвигатель 272, можно получить от электрической шины летательного аппарата, от электрогенератора, соединенного с двигателем или редуктором летательного аппарата, или от вспомогательного источника энергии (ВИЭ). Согласно варианту осуществления фиг. 21-24 электродвигатель 272 сконфигурирован для вращения с приблизительно 8000 оборотами/минуту, в то время как насос 290 для воды/пены сконфигурирован для вращения с расчетной скоростью приблизительно 9400 оборотов/минуту. Следовательно, для работы насоса 290 для воды/пены с максимальной расчетной скоростью без превышения максимально допустимых оборотов электродвигателя 272 электродвигатель 272 может быть соединен с коробкой передач, которая в свою очередь может быть соединена с насосом 290 для воды/пены. Согласно одному варианту осуществления электродвигатель 272 с номером модели 6200-10, доступный от K-Tech, обеспечивает 30 л.с. при 7800 оборотах/минуту, в то же время получая приблизительно 75А с 115/200 В, 3 фазный ток с 400 Гц, и весит приблизительно 70 фунтов и имеет размеры приблизительно 18 дюймов в длину × 12 дюймов в ширину × 11,5 дюймов в высоту.
Для компактной сборки блока 140 питания основание 298 со стойками 299 может быть соединено с основанием 280 для поднятия и поддержания сосуда 276 Дьюара над электродвигателем 272, насосом 290 для воды/пены и теплообменником 278. Подпорка 273 может быть соединена с основанием 280 для закрепления электродвигателя 272. Подпорки 277 могут быть соединены с основанием 280 для закрепления теплообменника 278.
Газогенератор 274 системы 200 сконфигурирован или для быстрого повторного наполнения сосуда 276 Дьюара через впускной клапан 275 или путем замены пустого сосуда 276 Дьюара на полный. Трубопроводы и соединительные провода для сосуда 276 Дьюара с быстро отсоединяемыми элементами могут помогать при замене сосуда 276 Дьюара.
Согласно одному варианту осуществления системы 200, содержащей газогенератор 274 с сосудом 276 Дьюара, где сосуд 276 Дьюара имеет размер для вмещения приблизительно 20 галлонов жидкого азота, резервуар 20 для воды имеет размер для вмещения приблизительно 800 галлонов воды, резервуар 30 для пены имеет размер для вмещения приблизительно 80 галлонов пены или пенного концентрата, масса без заправки системы 200 составляет приблизительно 1080 фунтов, а когда полностью загружена расходными материалами, такими как жидкий азот, вода и пена, масса системы 200 составляет приблизительно 7890 фунтов. При соотношении пены к воде приблизительно 0,5% система 200 с такой конфигурацией допускает 5-минутное использование на позиции.
Возвращаясь теперь к фиг. 25, рассмотрим показанную схему другого варианта осуществления системы 200, содержащей блок 180 резервуаров, блок 140 питания и пушечную установку 210. Согласно этому варианту осуществления блок 140 питания содержит газогенератор 310, который отличается от газогенератора 274, который генерирует газообразный азот 289 для сжатия раствора 182 воды/пены, насос 290 для воды/пены газогенератора 310 всасывает атмосферный воздух и сжимает воздух вместе с раствором 182 воды/пены. Как лучше всего показано на фиг. 26, система 200, содержащая газогенератор 310, предусматривает более компактный блок 140 питания и уменьшает массу и сложность системы относительно системы 200, содержащей газогенератор 274, однако возможно с незначительным ухудшением качества пены вследствие немного меньшего объема воздуха для сжатия смеси 182 воды/пены.
Более конкретно, газогенератор 310 системы 200 содержит регулируемый воздухоприемный клапан 315, соединенный с насосом 290 для воды/пены, который приводится в действие электродвигателем 272. Как указано оператором при использовании, например, одного из регуляторов, обсуждаемых выше, на рабочем месте 240 оператора, насос 290 для воды/пены включается для всасывания раствора 182 воды/пены из резервуара 20 для воды. В то же время воздухоприемный клапан 315 можно автоматически или вручную переводить в положение «открыто», таким образом атмосферный воздух 316 всасывается на стороне всасывания насоса 290 для воды/пены в точке 320 со скоростью от приблизительно 30 куб. футов/минуту до приблизительно 50 куб. футов/минуту. Согласно одному варианту осуществления воздухоприемный клапан 315 содержит электрически регулируемое открытие клапана, контролируемое оператором, для изменения количества воздуха, вводимого на стороне всасывания насоса 290 для воды/пены, когда насос 290 для воды/пены работает с постоянной скоростью.
Насос 290 для воды/пены затем сжимает воздух 316 вместе с раствором 182 воды/пены до приблизительно 125 фунтов/кв. дюйм и выталкивает раствор 325 воды/пены/воздуха под давлением из выпускного отверстия 296 с приблизительно 150 галлонами/минуту. Введение воздуха 316 системой 200 для перемешивания с и сжатия раствора 182 воды/пены для подачи через патрубок 266 в ствол 100 способствует образованию устойчивых пузырьков пены оптимального размера перед выпуском смеси из наконечника 130 ствола 100 и для содействия в достижении наибольшего возможного расстояния смеси в направлении от наконечника 130. Поскольку насос 290 для воды/пены вращается с относительно высокой скоростью приблизительно 9400 оборотов/минуту, он не теряет заметно всасывание, когда всасывает приблизительно 30-50 куб. футов/минуту воздуха 316 вместе с раствором 182 воды/пены. И поскольку воздух 316 является неограниченным ресурсом при всасывании из атмосферы, время на позиции над целью, такой как пожар, будет ограничено количеством других расходных материалов, переносимых на борту летательного аппарата, таких как вода, пена или топливо. Следовательно, система 200, содержащая газогенератор 310, предусматривает упрощенные, высокоэффективные средства для обеспечения сжатого воздуха на борту летательных аппаратов для использования при поражении цели.
Согласно одному варианту осуществления системы 200, содержащей газогенератор 310, где резервуар 20 для воды имеет размер для вмещения приблизительно 800 галлонов воды, резервуар для пены 30 имеет размер для вмещения приблизительно 80 галлонов пены или пенного концентрата, масса без загрузки системы 200 составляет приблизительно 1015 фунтов, а при полной загрузке расходными материалами, такими как вода и пена, масса системы 200 составляет приблизительно 7580 фунтов. При соотношении пены к воде приблизительно 0,5% система 200 с такой конфигурацией допускает 5-минутное использование на позиции.
Возвращаясь к фиг. 28-30, рассмотрим показанную стыковку системы 200 с вертолетом. Блок 180 резервуаров системы 200 показан установленным снаружи вертолета 330 вдоль дна фюзеляжа. Показана пушечная установка 210 с турелью 110 и стволом 100, причем ствол 100 находится в сложенном положении вдоль правого борта вертолета, причем наконечник 130 ствола 100 находится в направлении носа вертолета 330. Блок 140 питания показан установленным на блоке 180 резервуаров на левом борту вертолета 330 напротив пушечной установки 210 для уравновешивания массы пушечной установки 210. Система 200 ориентирована в направлении носа вертолета 330 в или около центра тяжести вертолета. Система 200 сконфигурирована для оптимизации летных качеств вертолета 330 с системой 200, присоединенной к нему, и всей работы системы 200 и вертолета 330.
Хотя конкретные варианты осуществления были подробно описаны, специалистам в данной области будет понятно, что различные модификации и варианты таких элементов можно разработать в свете общих идей настоящего раскрытия. Соответственно, раскрытие настоящего документа предназначено только для иллюстрации, а не ограничения его объема, и следует принимать во внимание весь объем приложенной формулы изобретения и любых ее эквивалентов.