ПРОТИВОПОЖАРНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
FIREFIGHTING AIRCRAFT

1. Данное изобретение относится к проекту летательного аппарата, предназначенному для тушения пожаров в лесах, населенных пунктах, городах с плотной застройкой высотными зданиями, узкими дворами, заполненными автотранспортом, мешающим подходу пожарной техники к месту пожара.
В настоящее время для тушения лесных пожаров МЧС используются самолеты-амфибии Бе-200, самолет Ил-76, вертолеты Ка-32, Ми-26 и другие. Самолет-амфибия Бе-200 для забора воды требует больших водных акваторий. Забор воды он производит в полете над водой на режиме глиссирования, забор воды ограничивается высотой волны до 2-х баллов и погодными условиями. Это снижает его эффективность.
Самолет Ил-76 является тяжелым грузовым четырехмоторным самолетом, не предназначенным для тушения пожаров. Вертолеты Ка-32, Ми-26 не специализированы для тушения пожаров, они берут небольшое количество воды, не более 3-х т, на внешние подвески и сбрасывают воду в место пожара залпом.
Источники информации: 1) Энциклопедия " Авиация ", издательство ЦАГИ 6, Москва, 1994 г.
2) "Гидросамолеты и экранопланы", издательство "Русавиация", Москва. 2000 г., авт. Г.Ф.Петров.
Можно сказать, что эффективных специализированных, высокопроизводительных ВС для тушения пожаров с воздуха у нас практически нет.
К примеру, в газете АиФ за 12 августа 2010 года написано, что при тушении пожаров в четырех районах Московской области за июль-август месяцы авиацией было совершено 63 слива воды общей массой 709 т, что в целом за одни сутки на горящие леса сбрасывалось до 20000 куб. м воды. Совершенно очевидно, что для тушения такого большого количества пожаров, в течение двух месяцев, воды авиацией было сброшено очень мало.
Предлагаемый летательный аппарат является новым типом воздушного противопожарного судна, в конструкции которого реализованы такие приоритетные качества, как прием на борт большого количества воды, быстрый безопасный забор воды.
Летательный аппарат имеет высокие технико-эксплуатационные качества, может взять на борт 10000-12000 л воды или другой жидкости до 14000 куб. м пенообразующих реперентов и за 6-9 мин доставить их к месту пожара, где бы он ни возник.
Летательный аппарат имеет вертикальный взлет и вертикальную посадку, он не нуждается в аэродромах, может садиться на любую свободную площадку в пределах городской черты.
Забор воды он производит из любых мелких водоемов: рек, озер, прудов, карьеров, гаваней, заливов, бассейнов глубиной от 1,5 м при стоянке на воде на собственном шасси или на плаву.
Забор воды выполняется автоматически бортовыми водозаборными устройствами /ВЗУ/, работающими от источников постоянного тока, находящихся на борту ЛА. При этом двигатели и несущие винты выключаются.
Слив воды из баков производится стандартными водосливными устройствами /ВСУ/ с воздуха на режиме висения ЛА или движения с небольшой скоростью.
Летательный аппарат имеет скорость полета 170-240 км/ч, высоту полета до 4000 м и продолжительность полета до 3-х часов.
Отличительной особенностью ЛА является его высокая производительность. При растоянии от места пожара до ближайшего водоема (например, 5 км) он может сделать за один час три рейса к месту пожара и слить в очаг пожара до 30000 л воды.
2. Конструкция
В основу проекта летательного аппарата положена аэродинамическая схема вертолета с двумя продольно расположенными двигательными установками, с несущими винтами.
Он имеет взлетную массу 24000-25000 кг, длину 18 м, скорость полета 180-240 км/ч, высоту полета до 4000 м и продолжительность полета до 4-х часов.
Конструкция летательного аппарата состоит из фюзеляжа I, двух двигательных установок, передней (2) и задней (3), расположенных на концах фюзеляжа /фиг.1, 2/. Каждая двигательная установка состоит из двух спаренных между собой газотурбинных двигателей 4 / ГТД В2-117 с взлетной мощностью 2000 л.с., крейсерской мощностью 1500 л.с. каждый, соединенных редуктором 5 (фиг.3).
Каждая двигательная установка приводит в действие два соосных несущих винта (6) диаметром 14 м, расположенных на одной оси, вращающихся в разные стороны (фиг.3), винты пятилопастные.
Кроме винтовой тяги, на ЛА используется реактивная тяга газовых струй, выходящих из сопел (7) двигателей, составляющих общую тягу около 800 кг.
Фюзеляж ЛА технологически состоит из трех скомплектованных частей: передней I, средней II, задней части III (фиг.1, 2).
В передней части I фюзеляжа, длиной около 4-х м, находятся кабина экипажа (8), передняя силовая установка (2), передний топливный бак (9) емкостью 2200 кг топлива и две стойки передних шасси (10).
Средняя часть фюзеляжа является грузовым отсеком, в ней находятся два бака (II) для жидкостей емкостью 7,000 л каждый (фиг.4). Баки жесткие, герметичные, из алюминиевых сплавов или из термостойкого композиционного материала. Баки снабжены заливными горловинами 12 с крышками и трубопроводами 17.
Каждый бак имеет водозаборное устройство ВЗУ (13) и водосливное устройство ВСУ (14). Верхняя часть среднего отсека (15) является силовой, герметичной конструкцией, в ней размещаются: система управления задними двигателями, хвостовым оперением, кабельная сеть, радиоприемная аппаратура и антенны.
Средняя часть фюзеляжа (II) с двух сторон имеет стыковые узлы (16), при помощи которых она соединяется с передней и задней частями фюзеляжа, образуя единую конструкцию ЛА.
Такая схема ЛА дает возможность путем замены средней части фюзеляжа создавать ЛА различного назначения без изготовления ЛА целиком.
В задней части фюзеляжа III находятся: задняя силовая установка (3), задний топливный бак на 2200 кг топлива, стабилизатор (18), кили (19) с рулями управления (20), аккумуляторная батарея, две стойки задних шасси (10) и входная дверь (21).
В нижней части фюзеляж имеет желоб (22), в который убираются водозаборные и водосливные патрубки во время полета.
3. Кабина
Летательный аппарат имеет просторную светлую кабину (8) для четырех - пяти членов экипажа, длиной 3 м шириной 2 м, высотой 1,8 м. Кабина имеет передний иллюминатор широкого обзора передней полусферы (23), бортовое остекление (24) с каждой стороны, широкую входную дверь (25) и верхний аварийный люк (26).
Кабина оборудована пилотажно-навигационным комплексом, радиотехническим комплексом, сотовой связью с Управлением пожарной охраны (УПО), системой термостатирования, термодатчиками, контролирующими температуру в кабине, конструкцию самого ЛА, при нахождении ЛА в зоне горячих газов.
Кабина оборудована двумя спальными местами и системой жизнеобеспечения, обеспечивающей комфортное длительное пребывание экипажа без покидания летательного аппарата.
4. Балансировка и управление
Летательный аппарат статически и динамически устойчив, в полете хорошо сцентрован.
Передняя (I) и задняя (III) части фюзеляжа сбалансированы по массам, поэтому центр тяжести конструкции ЛА находится на одном расстоянии с центром массы полезного груза. Расход топлива в полете происходит из топливных баков одновременно, чем обеспечивается его центровка на всех режимах полета, с водой и без воды.
Управление ЛА обеспечивается автоматом перекоса лопастей несущих винтов, создающих вертикальную и горизонтальную - пропульсивную тяги, и изменением шага винтов.
Автомат перекоса лопастей несущих винтов изменяет направление вектора аэродинамической силы, обеспечивая управление летательным аппаратом по углам тангажа и крена.
В полете в продольном канале используются также хвостовое оперение: рули направления, руль высоты и стабилизатор, который создает небольшую подъемную силу и управляющий момент относительно центра массы летательного аппарата.
Конструкция летательного аппарата показана на следующих чертежах:
фиг.1. Компоновка летательного аппарата, вид сбоку;
фиг.2. То же при виде в плане;
фиг.3. Вид ЛА спереди;
фиг.4. Вид бака сбоку;
фиг.5. Вид бака спереди;
фиг.6. Водозаборные устройства;
Фиг.7. Водосливные устройства;
фиг.8. Забор воды из бассейнов;
фиг.9. Забор воды из прудов, озер, рек, водохранилищ;
фиг.10. Забор воды из гидродромов;
фиг.11. Тушение пожара в высотных зданиях;
фиг 12. Тушение пожаров в лесах, населенных пунктах;
фиг.13. Вид летательного аппарата в полете;
фиг.14. Общий вид летательного аппарата сбоку;
фиг 15. То же при виде в плане.
5. Летные характеристики летательного аппарата
Летательный аппарат производит взлет вертикально при взлетной мощности двигателей 2000 л.с. Общая мощность двигательной установки 4×2000=8000 лс.
Горизонтальный полет ЛА выполняется на крейсерском режиме 1500 л.с. при общей мощности четырех двигателей 4×1500=6000 л.с.
Горизонтальный полет ЛА обеспечивается горизонтальной пропульсивной тягой несущих винтов при затрате мощности двигательной установкой 0,35% от крейсерской мощности.
Исходя из расчетов горизонтальная скорость ЛА на начальном этапе может составлять 170-180 км/ч.
<mrow><msub><mtext>V</mtext><mtext>к</mtext></msub><mo>=</mo><mroot><mrow><mfrac><mrow><msub><mrow><mtext>4И</mtext></mrow><mtext>к</mtext></msub><msup><mrow><mtext>75η</mtext></mrow><mtext>в</mtext></msup></mrow><mrow><msubsup><mi>ρ</mi><mtext>х</mtext><mrow /></msubsup><msub><mtext>С</mtext><mtext>х</mtext></msub><mtext>S</mtext></mrow></mfrac></mrow><mtext>3</mtext></mroot><mo>=</mo><mroot><mrow><mfrac><mrow><mtext>4</mtext><mo>⋅</mo><mn>1</mn><mtext>500</mtext><mo>⋅</mo><mtext>75</mtext><mo>⋅</mo><mtext>0</mtext><mtext>,35</mtext></mrow><mrow><mtext>0</mtext><mtext>,1</mtext><mo>⋅</mo><mtext>0</mtext><mtext>,285</mtext><mo>⋅</mo><mtext>40</mtext></mrow></mfrac></mrow><mtext>3</mtext></mroot><mo>=</mo><mtext>54</mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext>м/сек</mtext><mtext> </mtext><mtext>или</mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext>190</mtext><mtext> </mtext><mtext>км</mtext><mo>/</mo><mtext> </mtext><mtext>ч</mtext></mrow>
где: И - крейсерская мощность двигателя;
в
η - коэффициент пропульсивной тяги несущих винтов;
х
ρ - плотность воздуха на высоте Н=1000 м;
х
С - коэффициент аэродинамического сопротивления;
S - площадь подфюзеляжной части.
В связи с тем что в процессе полета топливо выгорает и масса ЛА уменьшается, горизонтальная скорость полета ЛА увеличивается до 240 км/ч.
6. Эксплуатация
Летательный аппарат "Гроза-10" имеет вертикальный взлет и вертикальную посадку и не требует аэродромов.
Он может взлететь и сесть на свободную площадку с любым видом внешнего покрытия.
Он может эксплуатироваться во всех регионах РФ, во всех странах мира, при стандартных метеоусловиях, температуре окружающей среды +50°С ÷ -50°С, при скорости ветра до 15 м/сек.
Летательный аппарат “Гроза-10” может тушить пожары, возникшие во всех местах: в населенных пунктах, городах, высотных зданиях до последнего этажа (фиг.12), на кораблях, танкерах, в лесах.
Летательный аппарат "Гроза-10" может взять на борт 10000-12000 л воды или другой жидкости, до 20 куб. м пенообразующих реперентов.
Он имеет скорость полета от 180 до 240 км/ч, дальность полета до 600 км, высоту полета до 4000 м.
Отличительной особенностью ЛА является то, что он может производить забор воды с любых мелких естественных и искусственных водоемов: с рек, озер, прудов, заливов, карьеров и бассейнов глубиной 0,5-1,5 м, стоя в воде на собственных шасси.
В глубоких местах в карьерах для забора воды могут быть сделаны гидродромы (см. фиг 11).
При заборе воды двигатели и несущие винты не работают.
Забор воды в бак производится автоматически при помощи бортовых водозаборных устройств (ВЗУ) за 7-8 мин.
Слив воды из бака в место пожара производится бортовыми водосливными устройствами (ВСУ) одной или двумя струями при небольшом движении ЛА либо висении в воздухе на одном месте с растояния 15-30 м.
Это дает возможность слить воду точно в нужное место.
Положение ЛА по отношению к очагу пожара выбирается самим экипажем.
При повышении температуры в кабине выше 25°С ЛА отходит от зоны горячих газов или набирает высоту, он имеет большой запас высоты до 4000 м.
Все водоемы и бассейны, пригодные для забора воды, нумеруются, берутся на учет, вносятся в список, помечаются и передаются пожарным частям.
При возникновении где-либо пожара диспетчер управления пожарной службы сообщает экипажу ЛА номер и адрес водоема, из которого следует производить забор воды. Это организует работу пожарной службы.
При удалении водоема от места пожара, например, на 5 км ЛА "Гроза-10" может прибыть к месту пожара за 2-3 мин, слить воду в огонь и через 15 мин вернуться к месту пожара с новым забором воды.
Передняя и задняя части фюзеляжа летательного аппарата загерметизированы, поэтому он обладает высокой плавучестью.
Его бак имеет объем 14 куб. м и заполнен водой только на 80% что дает возможность увеличить количество воды.
Общее водоизмещение ЛА составляет 56 куб. м, что почти в два раза превышает его взлетную массу. При полной взлетной массе 24000-25000 кг его ватерлиния проходит по фюзеляжу на высоте 0,9 м от днища фюзеляжа.
Это позволяет ЛА при тушении пожаров на суднах производить забор воды находясь на плаву из глубоких водоемов, недалеко от судна.
Технико-экономические показатели
По данным МЧС стоимость одного летного часа воздушного судна, принимавшего участие в тушении пожаров в Московской области в июле-августе сего года, составляла 30000 руб (см. АиФ за 12 авг. 2010 г.).
Исходя из того что в тушении пожаров участвовали и тяжелые самолеты, имеющие мощные двигатели с большим расходом топлива, вполне правомерно принять стоимость одного летного часа ЛА в размере 24000 руб.
Посколько он за один час может сделать три рейса к месту пожара, то каждый его рейс будет стоить примерно 8000 руб.
За один летный час ЛА может слить в огонь до 30000 л воды