УСТРОЙСТВО ЗАБОРА ВОДЫ САМОЛЕТОМ, НЕ ЯВЛЯЮЩИМСЯ АМФИБИЕЙ, ДЛЯ ТУШЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
WATER SCOOPING APPARATUS FOR FORESTFIRE SUPPRESSANT IN NON-AMPHIBIOUS AIRTANKERS

Изобретение относится к устройству забора воды обычным самолетом для тушения лесных пожаров, к летательному аппарату, снабженному таким устройством, и к способу заполнения водой бортовых резервуаров такого самолета.
Известны летательные аппараты для тушения пожаров. Примерами таких летательных аппаратов являются самолеты-амфибии «Canadair» для борьбы с лесными пожарами. Такие летательные аппараты как «Canadair» предназначены для борьбы с лесными пожарами или природными пожарами, а также для осуществления поисково-спасательных операций в случае бедствия на море из-за способности приземляться на поверхность воды. Такие летательные аппараты способны наполнять водой установленные в них резервуары, пролетая над поверхностью воды, когда корпус самолета скользит по поверхности воды. Они, например, могут наполнить резервуары 6100 литрами воды за 12 секунд. В набранную воду можно внести добавки, такие как пенообразующие составы или гель, для получения жидкого огнегасящего вещества. Добавки улучшают огнегасящие свойства. После забора воды самолет может взлететь, чтобы направиться к месту лесного пожара и, пролетая на низкой высоте, сбросить содержимое резервуаров на горящую зону или возле нее.
Повторяя такие маневры, можно потушить лесной или природный пожар. Тактическим способом пожаротушения является распространение широкой полосы или облака жидкого огнегасящего вещества, т.е. воды, перед лесным пожаром посредством многократного сброса, что препятствует распространению лесного пожара в направлении ветра.
Недостаток таких самолетов заключается в том, что они предназначены только для такого использования, и их можно применять только для ликвидации пожаров и проведения спасательных операций на большой воде. Кроме того, им необходимо контактировать с водой, и обычно они имеют ограниченную емкость, составляющую около 6000 литров воды, которую можно сбросить на место пожара.
Обычные летательные аппараты, не являющиеся амфибиями, содержащие резервуары для воды, так называемые воздушные танкеры, могут иметь большую емкость (около 10000 - 30000 литров), но они не имеют оборудования для забора воды с поверхности, например, морей, рек или озер. Им необходимо приземлиться в аэропорту, заполнить резервуары водой и взлететь снова. Это занимает больше количество времени, и за один час можно выполнить только один цикл сброса жидкого огнегасящего вещества. Кроме того, топливо является дорогим, так что нет возможности получить эффективный способ ликвидации лесных пожаров (общие затраты/литры в час).
Известен самолет по патенту GB 2163710, который оснащен устройством для забора воды. Этот самолет имеет стрелу, шарнирно установленную на нижней части фюзеляжа самолета и имеющую на конце лоток, соединенный через канал в стреле с резервуаром для воды, установленным в фюзеляже. Когда летательный аппарат низко пролетает над поверхностью водоема, стрела может быть опущена так, чтобы погрузить лоток в воду для наполнения резервуара. Лоток может быть оборудован гидрокрылом для его направления по поверхности воды. Однако такой лоток и гидрокрыло имеют неопределенное положение относительно поверхности воды и могут совершать неконтролируемое перемещение вниз, при прохождении через поверхность воды, создавая угрозу падения летательного аппарата.
Задачей изобретения является создание усовершенствованного способа забора воды в самолет, оборудованный резервуарами для воды.
Поставленная задача решается в устройстве забора воды самолетом, содержащем выдвижную трубу, один конец которой шарнирно соединен с самолетом; питательную трубу, гидравлически соединяющую указанный конец выдвижной трубы с резервуаром для воды; и поплавок, соединенный с другим концом выдвижной трубы. Поплавок имеет впускное отверстие для забора воды, которое гидравлически соединено с нижним концом выдвижной трубы элемента, при этом устройство забора воды выполнено с возможностью перехода из убранного положения, в котором выдвижная труба по существу втянута, в рабочее положение, в котором выдвижная труба отходит вниз от самолета под некоторым углом.
Шарнирное соединение трубы с самолетом и выполнение ее выдвижной позволяют устройству забора воды переходить из убранного положения в рабочее. Шарнирное соединение выдвижной трубы также позволяет изменять высоту полета самолета относительно поверхности воды во время работы. Возможность поворота выдвижной трубы позволяет задать между этой трубой и самолетом оптимальный угол для протаскивания поплавка при заданной высоте полета самолета. Например, при высокой волне может потребоваться лететь на большей высоте, чем при низкой волне.
При погружении поплавка в воду он обеспечивает направленное вверх усилие, т.е. обладает плавучестью, удерживая нижний конец выдвижной трубы, т.е. впускного отверстия, в определенном положении в воде на рабочей глубине. Это не позволяет поплавку опускаться глубже и тянуть самолет вниз.
Выражение «под некоторым углом» следует понимать как наклон выдвижной трубы относительно продольной оси фюзеляжа. Угол между выдвижной трубой и продольной осью фюзеляжа самолета составляет примерно от 20 до 70°, предпочтительно от 40 до 45°.
Устройство забора воды установлено снизу самолета, который может быть обычным самолетом, а не амфибией, для забора воды из моря, озера или реки или любого другого водоема, чтобы использовать ее для тушения лесного или природного пожара. Устройство забора воды также может быть установлено внутри обычного летательного аппарата, если у него в фюзеляже имеется дверца или люк, откуда можно выпустить наружу это устройство забора воды, чтобы скользить им по поверхности воды и набрать ее.
Устройство забора воды может быть установлено постоянно, или его можно снять после окончания сезона высокой вероятности возникновения лесных пожаров. Оно позволяет обычному самолету, не являющемуся амфибией, забирать воду из водоема, пролетая на высоте от 1 до 18 метров над поверхностью воды, предпочтительно от 5 до 15 метров над поверхностью воды.
Устройство забора воды может быть установлено на летательных аппаратах различных типов. Например, на небольших летательных аппаратах SEAT (однодвигательный воздушный танкер или самолёт сельскохозяйственной авиации AT-802), которые обычно применяют для опыления сельскохозяйственных культур, на среднеразмерных воздушных танкерах, таких, например, как Neptune P-2H, или на больших воздушных танкерах (LAT), таких, например, как Hercules C-130, и, наконец, на очень больших воздушных танкерах (VLAT), таких как DC 10.
Поплавок может иметь корпус V-образной формы в вертикальном сечении, например, как у высокоскоростного быстроходного катера, с острым носом и кормой, чтобы плавно опускать устройство на воду и поддерживать высокую скорость, необходимую для того, чтобы самолет оставался в воздухе и имел устойчивый курс относительно поверхности воды. Острый нос, например, может иметь форму топора.
В другом варианте выполнения впускное отверстие расположено снизу поплавка в направлении к его носу. Впускное отверстие должно быть расположено так, чтобы забирать воду с поверхности воды. Это позволяет устройству забора воды забирать воду, используя направленную вперед тягу летательного аппарата, к которому прикреплено такое устройство.
Впускное отверстие может иметь впускной клапан, который не позволяет набранной воде вытекать при подъеме поплавка с поверхности воды.
Поплавок может быть снабжен гидрокрылом, установленным снизу поплавка около кормы так, чтобы угол его взаимодействия с водой создавал усилие, направленное вниз. Направленное вниз усилие гидрокрыла заставляет поплавок оставаться в воде. Расположение гидрокрыла около кормы не дает поплавку погружать нос в воду. При этом плавучесть опущенного в воду поплавка создает усилие, направленное вверх.
Во время работы, когда самолет тянет поплавок по воде, оказываемое гидрокрылом направленное вниз усилие тянет этот поплавок вниз в воду до тех пор, пока это усилие не будет уравновешено направленным вверх усилием, вызванным плавучестью поплавка. Так как гидрокрыло установлено около кормы, то направленное вниз усилие также может компенсировать крутящий момент, вызванный сопротивлением впускного отверстия в воде, который толкает нос поплавка вниз. Это дает нейтральное, стабильное и безопасное положение поплавка при заборе воды, предотвращая его более глубокое погружение. Устройство может набрать наибольший объем воды в течение очень короткого промежутка времени с минимальными усилиями, действующими на самолет.
Поплавок может быть снабжен и воздушным крылом, расположенным у верхнего конца поплавка около его носа и установленным так, чтобы угол взаимодействия этого крыла с воздухом при опускании поплавка из самолета создавал усилие, направленное вниз.
Воздушное крыло заставляет поплавок опускаться и стабилизирует его, пока он находится в воздухе.
Воздушное крыло может быть выполнено складным, так что пока поплавок находится над водой, воздушное крыло разложено, а когда поплавок находится в воде, воздушное крыло складывают для предотвращения его повреждения волнами.
Выдвижная труба может включать в себя по меньшей мере одну удлинительную трубу и содержать средство раздвижения для приведения в действие этой по меньшей мере одной удлинительной трубы. Выдвижная труба может быть установлена на самолете шарнирно, что необходимо для раздвижения трубы вниз под углом относительно самолета. Труба может быть оснащена средством раздвижения, таким как тяги для механического раздвижения. Труба также может раздвигаться гидравлически. Раздвигать трубу можно механическим приводом или гидравлическим насосом.
Выдвижная труба может быть выполнена телескопической и состоять из нескольких секций. Это позволяет выдвижной трубе размещаться внутри фюзеляжа самолета.
Выдвижная труба может также представлять собой по меньшей мере один шланг, при этом устройство забора воды должно содержать средство для выпуска и втягивания этого по меньшей мере одного шланга. Гибкость шланга обеспечивает его шарнирное соединение с самолетом, что позволяет шлангу отходить от этого самолета и располагаться под углом к нему.
Средство выпуска и втягивания шланга может быть выполнено в виде катушки для наматывания и сматывания шланга. Наматывание и разматывание по меньшей мере одного шланга на катушку или с нее обеспечивает шарнирное соединение, позволяющее шлангу отходить от самолета и располагаться относительно него под углом. Кроме того, катушка может свободно вращаться, что позволяет самолету лететь на различной высоте, предпочтительно от 5 до 15 метров.
Намотанный на катушку шланг позволяет сэкономить место для размещения устройства забора воды. Катушка со шлангом может быть расположена внутри фюзеляжа самолета, например, в отсеке под погрузочным перекрытием. Отсек может быть закрыт дверцей или люком. Таким образом, когда устройство забора воды не используется, самолет может летать без дополнительного сопротивления от выступающих за пределы фюзеляжа частей.
Выдвижная труба в виде шланга дополнительно может содержать подъемное средство для перемещения поплавка в рабочее положение и из него и удержания поплавка в рабочем положении.
Это позволяет изготавливать по меньшей мере один шланг из сравнительно легкого материала, при этом механическое усилие для подъема выдвижной трубы и поплавка уменьшено за счет указанного подъемного средства.
Изобретение также относится к самолету, в фюзеляже которого расположен резервуар для воды, который содержит описанное выше устройство забора воды. Устройство забора воды может крепиться к усиленному каркасу фюзеляжа самолета, например, снизу, посредством шарнира. Устройство забора воды через питательную трубу гидравлически соединено с резервуаром для воды.
Устройство забора воды может быть установлено снизу любого летательного аппарата, включая обычные летательные аппараты, не являющиеся амфибиями, обеспечивая возможность забора воды из моря, озера, или реки, или любого другого водоема для тушения лесного или природного пожара.
Шарнир может быть установлен снизу самолета и может быть непосредственно присоединен к его усиленному для этого каркасу.
Изобретение также относится к способу заполнения резервуаров для воды такого самолета. Способ согласно изобретению включает в себя этапы, на которых: пролетают над поверхностью воды на высоте от 1 до 18 метров, предпочтительно от 5 до 15 метров, выдвигают выдвижную трубу до тех пор, пока поплавок не коснется поверхности воды, и набирают воду.
После заполнения резервуаров водой выдвижная труба может быть втянута и перемещен в убранное положение. В этом положении устройство забора воды, расположенное снизу самолета, может быть закрыто люком.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показано устройство забора воды согласно одному из вариантов его выполнения, содержащее телескопические трубы и установленное снизу самолета;
на фиг. 2 - устройства забора воды согласно другому варианту его выполнения, содержащее шланг на катушке и поплавок, которые в убранном положении расположены внутри самолета;
на фиг. 3 - устройство забора воды по фиг. 2 в рабочем положении;
на фиг. 4 - поплавок устройства забора воды согласно одному из вариантов его выполнения, вид сбоку;
на фиг. 5 - то же, вид спереди;
на фиг. 6 - то же, вид сзади.
Как показано на фиг. 1, устройство забора воды в убранном положении 8 может быть установлено снизу самолета 1 или воздушного танкера, например, обычного летательного аппарата 1, не являющегося амфибией.
В самолете 1 могут быть установлены резервуары 10 для воды, которые могут вмещать, например, от 10000 до 30000 литров или более жидкого огнегасящего вещества, т.е. воды. Эти резервуары соединены между собой широкими трубами 12 для сохранения центровки самолета 1 при быстром заполнении. Такой самолет способен сбрасывать содержимое этих резервуаров на место лесного пожара за очень короткое время, порядка 4 - 8 секунд.
Эти резервуары 10 для воды соединены с питательной трубой 4, которая соединена с выдвижной трубой 5. Выдвижная труба 5 соединена с шарниром 3. Шарнир 3 может быть установлен на раме, которая закреплена на самолете 1. Шарнир 3 также может быть установлен непосредственно внутри самолета 1 и соединен с усиленным для этого основным каркасом или фюзеляжем 14 самолета 1.
Когда устройство 2 забора воды находится в рабочем положении, поплавок 7, тянущийся самолетом 1 и плавающий на поверхности 9 воды, будет оставаться в устойчивом, нейтральном, стабильном и безопасном положении на поверхности 9 воды, в то время как самолет 1 может менять высоту полета над поверхностью воды.
Основная часть трубы 5, соединенная с шарниром 3, выполнена выдвижной посредством по меньшей мере одной удлинительной трубы 6. Удлинительная труба 6 может иметь такой наружный диаметр, чтобы размещаться внутри основной части трубы 5. Удлинительная труба 6 прикреплена к поплавку 7. Удлинительная труба 6 имеет впускное отверстие 20 (фиг. 4), на котором может иметься впускной клапан. Как только поплавок 7 с впускным отверстием попадет на поверхность 9 воды, вода будет проходить через впускное отверстие и поступать в резервуары для воды под высоким давлением, как показано на фиг. 1. Открытие впускного клапана может осуществляться постепенно, чтобы обеспечить контролируемый поток поступающей воды, когда поплавок 7 касается поверхности 9 воды.
В качестве альтернативы выдвижной трубе может использоваться шланг 18, как показано на фиг. 2. Такой шланг 18 может быть выполнен из армированного материала, содержащего, например, волокно Dyneema™ или аналогичный материал. Шланг 18 в убранном положении, показанном на фиг. 2, может быть намотан на катушку 13, установленную внутри самолета 1. Поплавок 7 может быть размещен на салазках 17. Катушка 13 и поплавок 7, размещенные на салазках 17, могут располагаться в фюзеляже 14 самолета 1.
Один или несколько шлангов 18 могут сопровождаться одним или несколькими тросами (не показаны на фиг. 2) для подъема или вытягивания поплавка 7 из убранного положения в рабочее, и наоборот. Один или несколько тросов также позволяют освобождать шланг 18 от силы натяжения, оказываемой летательным аппаратом на поплавок в рабочем положении.
На фиг. 3 шланг 18 показан в размотанном положении. Катушка 13 позволяет вытягивать шланг 18, а также действует как шарнир, так как шланг может раскачиваться вокруг центральной оси катушки в вертикальной плоскости, проходящей от передней части самолета 1 к задней. Гибкость шланга 18 также обеспечивает его подвижность. Конец шланга 18 на катушке 13 соединен с питательной трубой 4 через герметичный подшипник, соединяющий тем самым шланг 18 с резервуарами 10 для воды. На противоположном конце шланга 18 к нему прикреплен поплавок 7.
Чтобы начать забор воды, поплавок 7 выпускают из самолета 1, открывая люк 16 и опуская салазки 17. В опущенном положении шланг 18 можно размотать с катушки 13. Воздушный поток придаст поплавку 7 положение относительно самолета 1, показанное на фиг. 3. Перемещение салазок 17 может быть выполнено, например, посредством лебедки с тросом, прикрепленным к свободной стороне салазок 17. Салазки 17 можно опустить путем выпуска троса с лебедки 15.
Шланг 18 шарнирно прикреплен к поплавку 7, а на другом конце ось/труба катушки может свободно поворачиваться, что позволяет самолету 1 лететь на высоте от 6 до 20 метров, в то время как поплавок 7 остается в идеальном положении для забора воды. Диаметры шланга 18 и питательной трубы 4 от катушки 13 до резервуаров выбирают такими, чтобы можно было осуществить высокоскоростное заполнение, а широкие трубы между резервуарами 10 обеспечивают одинаковое наполнение, а, следовательно, сохранять центровку и стабильность самолета 1 во время этого процесса.
На фиг. 4 показан поплавок 7. Поплавок 7 предпочтительно имеет корпус V-образной формы, если смотреть в вертикальном разрезе, и высокий и остроконечный нос 22, разделяющий поверхность 9 воды и толщу воды под ним, позволяя поплавку 7 входить в воду на высокой скорости и сохранять стабильное положение, когда самолет тянет его через воду, как описано ранее, не оказывая слишком большого давления или усилия на самолет 1. Это, например, получают с использованием носа в форме топора, как показано на фиг. 4.
С обеих сторон поплавка 7 могут быть установлены брызгоотбойники 21, чтобы отклонять носовые волны и отводить их в стороны для снижения давления.
Корма 23 также выполнена так, чтобы плавно отводить воду от поплавка для уменьшения нагрузки на самолет 1. Например, корма 23 может иметь V-образную форму как в горизонтальном разрезе, так и в вертикальном разрезе поплавка 7. Впускное отверстие 20 соединено с указанной трубой и резервуарами для воды.
Поплавок 7 около носа 22 имеет воздушное крыло 24. Воздушное крыло 24 установлено для того, чтобы создавать направленное вниз усилие, например, путем его наклона вниз в переднем направлении поплавка 7, заставляя его стабильно снижаться к поверхности 9 воды. После касания поверхности воды воздушное крыло 24 может быть свернуто и сложено внутрь поплавка 7 или по его бокам. Воздушное крыло 24 может складываться в выемку на поплавке 7. Воздушное крыло 24 разворачивают при опускании поплавка 7 от самолета 1. Когда поплавок 7 касается поверхности 9 воды, воздушное крыло 24 предпочтительно складывают, чтобы волны не могли повредить его.
Поплавок 7 может быть оснащен снизу около кормы 23 гидрокрылом 19. Гидрокрыло 19 создает направленное вниз усилие, в то время как плавучесть поплавка создает направленное вверх усилие, когда самолет 1 посредством шланга 18 тянет поплавок по поверхности 9 воды. Гидрокрыло 19, например, наклонено вниз в переднем направлении поплавка 7. Таким образом, поплавок 7 оказывается в пассивном, стабильном и безопасном положении под углом около 40° относительно самолета 1.
Выдвижная труба 5, 6 или шланг 18 могут проходить через поплавок 7, соединяясь с впускным отверстием 20. В качестве альтернативы, через корпус поплавка может проходить канал, верхний конец которого соединен с возможностью поворота с выдвижной трубой 5, 6 или шлангом 18, а нижний конец - с впускным отверстием 20. Соединение выдвижной трубы 5, 6 или шланга 18 с поплавком может также быть гибким. Поворотное или гибкое соединение допускает свободное перемещение поплавка 7.
На фиг. 5 показан поплавок 7 на виде спереди, при этом на носу 22 поплавка имеется две трубы 6 или два шланга 18, если самолет представляет собой воздушный танкер большого объема. На фиг. 5 также видно впускное отверстие 20 и два брызгоотбойника 21.
На фиг. 6 поплавок 7 показан сзади, при этом корма 13 видна спереди.
Объем забираемой устройством 2 воды определяется диаметром шланга 18, полезной мощностью двигателей и грузоподъёмностью самолета 1. В резервуарах 10 может быть установлен перепускной клапан для предотвращения переполнения. После заполнения резервуаров 10 водой клапан перекрывается, шланг 18 наматывается на катушку 13, поплавок 7 возвращается в убранное положение, и закрывается люк. При больших объемах устройство 2 забора воды может содержать вместо одного два или несколько шлангов 18.
Описанные выше варианты выполнения показаны в качестве примеров. Кроме того, возможны изменения без отклонения от объема охраны, определяемого формулой изобретения.
Перечень номеров позиций
1 самолет
2 устройство забора воды
3 шарнир
4 питательная труба
5 выдвижная труба
6 удлинительная труба
7 поплавок
8 убранное положение устройства забора воды
9 поверхность воды
10 резервуары для воды
11 привод
12 широкие трубы для соединения резервуаров
13 катушка
14 фюзеляж
16 люк
15 лебедка
17 салазки
18 шланг
19 гидрокрыло
20 впускное отверстие
21 брызгоотбойник
22 нос в форме топора
23 корма
24 воздушное крыло