ВЕРТОЛЕТ С СИСТЕМОЙ ПОЖАРОТУШЕНИЯ И СИСТЕМА ПОЖАРОТУШЕНИЯ
HELICOPTER WITH FIRE EXTINGUISHING SYSTEM AND FIRE EXTINGUISHING SYSTEM

Группа изобретений относится к области авиастроения, более конкретно, к конструкции вертолета, снабженного системой пожаротушения.
Известен противопожарный вертолет, (патент RU 2347596, B64D 1/16, А62С 31/28, публ. 27.07.2006), в фюзеляже которого расположены резервуары для хранения противопожарной жидкости, с устройством выпуска жидкости в передней части нижнего отсека, а в основном резервуаре противопожарной жидкости имеется ограничительная подвижная пластина, в результате чего исключается смещение центра тяжести жидкости в резервуаре.
Известно устройство для сбрасывания жидкости с вертолета (патент US 6578796, МПК B64D 1/16, публ. 04.07.2002 г.), содержащее контейнер для жидкости, закрепленный под фюзеляжем вертолета, снабженный шарнирными створками для сброса жидкости. К контейнеру присоединен шланг подачи воды с насосом. Предусмотрен вращающийся элемент с электроприводом, соединенный с основанием шланга, который в процессе вращения перемещает, подтягивает шланг назад к передней части внешней боковой поверхности правого борта. По команде пилота на режиме висения шланг опускается под действием силы тяжести для забора воды из водоема.
Известна авиационная система пожаротушения (Патент US 2013056230, B64D 1/16, А62С 3/02, публ. 07.03.2013), которая предназначена для установки на фюзеляже вертолета и содержит основной бак, разделенный по меньшей мере на два отсека вертикально вытянутым барьером, при этом основание каждого отсека содержит открывающуюся наружу створку; и выдвижной элемент, прикрепленный к резервуару для перемещения жидкости из источника жидкости в отсеки бака. Гибкий шланг прикреплен к барабану на одном конце и прикреплен к насосу на другом.
Предусмотрен выдвижной шноркельный блок для переноса жидкости из источника жидкости в спиральный резервуар.
Выдвижной элемент содержит: катушку, содержащую впуск и выпуск; гибкий шланг, прикрепленный на одном конце к входному отверстию барабана, а другой конец соединен с насосом; и привод, соединенный с барабаном, для вращения барабана вокруг центральной оси, в результате чего вращение барабана вокруг центральной оси приводит к тому, что гибкий шланг либо наматывается, либо разворачивается с барабана.
Поскольку гибкий шланг наматывается на катушку, когда он не используется, воздействие шноркеля на динамику полета вертолета будет сведено к минимуму. Бак вмещает приблизительно 1400 л воды.
Известна также установка горизонтального, вертикального и бокового пожаротушения на базе вертолета КА-32А11ВС, наиболее близкая к заявляемому решению (патент RU 109095 U1, B64D 1/18, А62С 31/00, публ. 10.10.2011 г.), которая содержит основной бак, вмонтированный в нижнюю часть фюзеляжа вертолета, баки для пенообразователя, которые оборудованы электронасосами, нагнетающими пенообразователь в основной бак, и систему управления, включающую в себя блоки управления, расположенные в грузовой кабине, дисплей и пульты управления, расположенные в кабине экипажа на ручках управления циклическим шагом, на рабочем месте оператора. Основной бак состоит из двух одинаковых отсеков, в каждом из которых установлены две створки слива воды, передняя и задняя, при этом бак соединен с армированным шлангом всасывания с погружным насосом.
Недостатками известных устройств является небольшой запас воды, помещаемый в бак, либо сравнительно короткий шланг для забора воды, что ограничивает их использование в процессе тушения пожара, требует большее количество полетов к месту пожара для доставки воды от источника заполнения баков, либо известные устройства не предназначены для использования в вертолете, которые оборудованы стойками шасси.
Техническая проблема, не решенная в известных устройствах, решение которой обеспечивается заявляемым изобретением, заключается в создании конструкции вертолета с системой пожаротушения, способного доставить к месту пожара увеличенный запас воды до 4000 л, при этом обеспечить безопасность полетов на различных режимах, а также осуществить забор и сброс большого количества воды, в том числе, в условиях отрицательных температур.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей вертолета, выполняющего задачи по пожаротушению в том числе
- повышение эффективности операций пожаротушения в связи с увеличением максимального объема огнегасящей жидкости за счет увеличенного размера бака, обусловленного конструкцией вертолета;
- улучшения эргономических характеристик рабочих мест экипажа вертолета, оборудованного системой пожаротушения за счет предусмотренного контроля за положением насоса в походном и рабочем положении;
- увеличение максимальной скорости вертолета с установленной системой пожаротушения за счет перемещения шланга с насосом в походное положение;
- обеспечение безопасности полета за счет наличия аварийного открытия створок водяного бака для сброса огнегасящей жидкости;
- расширение диапазона температур, в пределах которых осуществляются задачи по тушению пожаров за счет предусмотренного обогрева, препятствующего обледенению элементов системы пожаротушения,
- предложенная система пожаротушения может быть установлена на вертолет с минимальной доработкой,
- обеспечивается эффективность применения вертолета на тушении пожаров за счет снижения стоимости доставки огнегасящей жидкости.
Технический результат достигается за счет того, что в вертолете, содержащем фюзеляж 2, хвостовую балку 3, несущую систему 4, силовую установку 5, шасси 6, в соответствии с заявляемым изобретением, - вертолет 1 оснащен системой пожаротушения, при этом в нижней части фюзеляжа 2 под полом транспортной кабины в спецотсеке 9 размещен водяной бак 8, внутренняя полость водяного бака 8 разделена на четыре отсека 10, 11, 12, 13 посредством килевой продольной балки 14 и поперечной диафрагмы 15, снабженными перепускными клапанами 16, при этом отсеки 10, 11, 12, 13 бака 8 соединены попарно-диагонально, в нижней части бак 8 снабжен створками 20, присоединенными к электрическим приводам 21, кроме того, по контуру створок 20 расположены нагревательные элементы, в переднем левом отсеке 10 бака 8 через поворотное колено 24 присоединен шланг 23 с насосом 22, который оборудован защитной сеткой 25, кроме того, на баке 8 размещена лебедка 26, которая соединена тросом 27 с насосом 22, в кабине вертолета размещен бак 28 для пенообразующего вещества, снабженный датчиком 29, насосом 30 и трубопроводом 31.
Кроме того, крепление бака 8 осуществлено с помощью узлов крепления, при этом верхние узлы закреплены к полу транспортной кабины, а боковые закреплены к наружной части фюзеляжа 2.
При этом отсеки 10, 11, 12, 13 бака 8 образуют две независимые расходные группы, при этом первая расходная группа включает отсеки 10 и 12, связанные переливными трубами 17 между собой, а вторая расходная группа включает отсеки 11 и 13, связанные переливными трубами 18 между собой, кроме того, в каждом из четырех отсеков 10, 11, 12, 13 установлены датчики 19 уровня воды.
Защитная сетка 25 насоса 22 является также нагревательным элементом.
Технический результат также достигается за счет того, что в системе пожаротушения, содержащей систему забора воды, систему пенообразования, систему управления и контроля, в соответствии с заявляемым изобретением, - система снабжена системой уборки насоса 22, противообледенительной системой и системой сброса огнегасящей жидкости.
При этом система забора воды содержит водозаборный электрический насос 22 и шланг 23, соединяющий насос 22 и водяной бак 8 через поворотное колено 24 с обратным клапаном, установленное в переднем левом отсеке 10 водяного бака 8.
Кроме того, система уборки водозаборного насоса 22 в походное и рабочее положение содержит лебедку 26, расположенную на водяном баке 8, концевые выключатели походного и рабочего положений насоса 22, при этом лебедка 26 присоединена к насосу 22 с помощью троса 27.
Также система пенообразования размещена в транспортной кабине и состоит из бака 28 для пенообразующего вещества, датчика 29 уровня пенообразующего вещества, насоса 30 подачи пенообразующего вещества, и системы трубопроводов 31 для подачи пенообразующего вещества в водяной бак 8.
При этом противообледенительная система содержит датчик температуры; нагревательные элементы для обогрева створок 20, воздушных клапанов, поворотного патрубка с обратным клапаном 24, перепускных клапанов 16 из состава водяного бака 8, сетку 25, являющуюся нагревательным элементом насоса 22.
Кроме того, система управления и контроля содержит блок 32 управления системой пожаротушения и блок 33 коммутации силовой, пульт 34 управления и индикации, двух пультов 35 оперативного управления.
Применение вертолета 1, который оснащен системой пожаротушения, при этом в нижней части фюзеляжа 2 под полом транспортной кабины в спецотсеке 9 размещен водяной бак 8, внутренняя полость водяного бака 8 разделена на четыре отсека 10, 11, 12, 13 посредством килевой продольной балки 14 и поперечной диафрагмы 15, снабженными перепускными клапанами 16, при этом отсеки 10, 11, 12, 13 бака 8 соединены попарно-диагонально, в нижней части бак 8 снабжен створками 20, присоединенными к электрическим приводам 21, позволяет доставлять большой объем воды единовременно, что повышает эффективность использования вертолета при тушении пожаров и снижает себестоимость пожаротушения.
Наличие в переднем левом отсеке 10 бака 8 присоединенного шланга 23 с насосом 22, который оборудован защитной сеткой 25, и размещенной на баке 8 лебедки 26, которая соединена тросом 27 с насосом 22, позволяет пилоту размещать шланг 23 с насосом 22 в походное положение вдоль фюзеляжа, что улучшает эргономические и летные характеристики вертолета.
Выполнение крепления бака 8 с помощью узлов крепления 36, 37, причем верхние узлы 36 закреплены к полу транспортной кабины, а боковые 37 закреплены к наружной части фюзеляжа 2, позволяет установить бак 8 в спецотсек вертолета 1 с минимальными доработками.
Установленная на вертолете 1 система пожаротушения, содержащая систему забора воды, систему пенообразования, систему управления и контроля, систему уборки насоса 22, противообледенительную систему, систему сброса огнегасящей жидкости повышает эффективность использования вертолета при тушении пожаров.
Наличие противообледенительной системы, которая содержит датчик температуры, нагревательные элементы для обогрева створок 20, воздушных клапанов, поворотного патрубка с обратным клапаном 24, перепускных клапанов 16, сетку 25, являющуюся нагревательным элементом насоса 22, позволяет расширить диапазон температур применения системы пожаротушения.
Вертолет с системой пожаротушения изображен на чертежах:
фиг. 1 - Вертолет с установленной системой пожаротушения, общий вид;
фиг. 2 - Вертолет, вид спереди, расположения водяного бака в спецотсеке;
фиг. 3 - Водяной бак, общий вид;
фиг. 4 - Водяной бак, деление на отсеки;
фиг. 5 - Водяной бак, внутреннее устройство;
фиг. 6 - Водозаборный электрический насос, общий вид;
фиг. 7 - Бака пенообразователя, общий вид;
фиг. 8 - Бака пенообразователя, вид спереди;
фиг. 9 - Пульт управления и индикации, общий вид;
фиг. 10 - Пульт оперативного управления, общий вид;
фиг. 11 - Блок управления системой и блок коммутации силовой, общий вид.
Вертолет 1 содержит фюзеляж 2 с кабиной экипажа, транспортной кабиной и грузовым отсеком, хвостовую балку 3 с оперением, органы управления вертолетом, несущую систему 4, силовую установку 5, шасси 6 (фиг. 1). При этом вертолет 1 оснащен системой пожаротушения 7, содержащей, водяной бак 8 с системой сброса огнегасящей жидкости, систему забора воды, систему уборки водозаборного электрического насоса, систему пенообразования, систему управления и контроля и противообледенительную систему.
Водяной бак 8 в сборе размещен в нижней части фюзеляжа 2 под полом транспортной кабины в спец отсеке 9, крепление бака 8 осуществлено с помощью узлов крепления, при этом верхние узлы 36 закреплены к полу транспортной кабины, а боковые 37 закреплены к наружной части фюзеляжа 2 (фиг. 2, 3).
Внутренняя полость водяного бака 8 разделена на четыре отсека 10, 11, 12, 13 посредством килевой продольной балки 14 и поперечной диафрагмы 15, снабженными перепускными клапанами 16, при этом отсеки 10, 11, 12, 13 бака 8 соединены попарно-диагонально, и образуют две независимые расходные группы.
Первая расходная группа включает отсеки 10 и 12, связанные переливными трубами 17 между собой (фиг. 4, 5). Вторая расходная группа-отсеки 11 и 13, связанные переливными трубами 18 между собой. Перепускные клапаны 16 установлены таким образом, что обеспечивается перетекание воды только в одном направлении из переднего левого отсека 10 в отсеки 11 и 13, из заднего правого отсека 12 в отсеки 11 и 13 (фиг. 4). Таким образом достигается быстрое и равномерное заполнение бака 8, не смотря на большой объем жидкости (до 4000 литров).
Датчики 19 уровня воды установлены в каждом из четырех отсеков 10, 11, 12, 13 (фиг. 5).
В водяном баке 8 установлена система сброса огнегасящей жидкости, состоящая из четырех многопозиционных створок 20, каждая из которых расположена на самом нижнем уровне водяного бака, и четырех электрических приводов 21, расположенных по два в передней и задней части водяного бака 8. По контуру створок 20 расположены нагревательные элементы (не показано).
Система забора воды состоит из водозаборного электрического насоса 22 и шланга 23, соединяющего насос 22 и водяной бак 8 через поворотное колено 24 с обратным клапаном, установленного в переднем левом отсеке 10 водяного бака (фиг. 6).
Насос 22 оборудован защитной сеткой 25, которая также является нагревательным элементом из состава противообледенительной системы системы пожаротушения. Система уборки водозаборного насоса 22 в походное и рабочее положение включает в себя лебедку 26 (фиг. 3), расположенную на водяном баке 8, концевые выключатели походного и рабочего положений насоса 22, при этом лебедка 26 присоединена к насосу 22 с помощью троса 27 (фиг. 1).
Система пенообразования размещена в транспортной кабине, состоит из бака 28 для пенообразующего вещества, датчика 29 уровня пенообразующего вещества, насоса 30 подачи пенообразующего вещества, и системы трубопроводов 31 для подачи пенообразующего вещества в водяной бак 8 (фиг. 7).
Система управления и контроля состоит из блока 32 управления системой пожаротушения и блока 33 коммутации силового, пульта 34 управления и индикации, двух пультов 35 оперативного управления (фиг. 9, 10, 11).
Пульт 34 управления и индикации представляет собой панель с размещенными на ней органами управления и задания режимов работы, и светодиодными индикаторами отображения режимов работы и параметров системы управления. Пульт 34 предназначен для включения и отключения системы пожаротушения; управления исполнительными механизмами системы пожаротушения; управления подачей пены в бак, управления индикации уровня огнегасящей жидкости и пенообразователя; индикации информации о режимах работы исполнительных механизмов системы пожаротушения.
Пульт 35 оперативного управления предназначен для оперативного управления исполнительными механизмами системы пожаротушения и состоит из кнопок для оперативного управления системы пожаротушения.
Противообледенительная система состоит из датчика температуры; нагревательных элементов для обогрева створок 20, воздушных клапанов, поворотного патрубка с обратным клапаном 24, перепускных клапанов 16 из состава водяного бака 8, нагревательного элемента сетки 25 насоса 22 системы забора воды. Нагревательные элементы выполнены в виде пластин или электрических проводов.
Система пожаротушения (7) работает следующим образом.
Вертолет 1 с установленной системой пожаротушения 7 прилетает к месту забора воды. При помощи лебедки 26 пилот переводит насос 22 из подходного положения в рабочее. Затем пилот снижает вертолет 1 до погружения насоса 22 в воду и включает его.
Насос 22, погруженный в воду, начинает перекачивать ее по гибкому рукаву в водяной бак 8. После забора воды насос отключается и экипаж увеличивает высоту полета для извлечения насоса 22 из воды и, в случае необходимости, переводит насос 22 в походное положение посредством лебедки 26.
После вертолет 1 перелетает к месту очага возгорания для тушения пожара. Экипаж в зависимости от типа пожара выбирает режим сброса огнегасящей жидкости и осуществляет сброс.
Система управления и контроля совместно с конструкцией бака 8 обеспечивает три режима сброса воды и несколько скоростей истечения потока воды из бака 8:
- залпово - при этом створки 20 всех четырех отсеков 10, 11, 12, 13 открываются одновременно;
- поочередно в автоматическом режиме - сначала последовательно открываются створки 20 в отсеках 10 и 12 первой расходной группы, а по мере выработки объема воды из первой расходной группы или через заданный промежуток времени автоматически открываются створки 20 отсеков 11 и 13 второй расходной группы;
- поочередно в ручном режиме - сначала открываются створки 20 в отсеках 10 и 12 первой расходной группы, затем после подачи команды пилотом открываются створки 20 отсеков 11 и 13 второй расходной группы.
В ручном режиме пилот имеет возможность сбросить воду из отсеков 10 и 12, а затем переместить вертолет в другую точку и подать сигнал на раскрытие створок 20 отсеков 11 и 13. Тем самым повышается точность и эффективность выполнения операций пожаротушения.
Производительность сброса воды может регулироваться величиной открытия створок 20.
Заполнение бака 8 огнегасящей жидкостью может осуществляться как в воздухе на режиме висения вертолета с помощью водозаборного насоса 22, так и на земле от подключаемого к штуцерам наземной заправки напорного рукава (не показан).
Система уборки водозаборного электрического насоса 22 предназначена для перемещения шланга с насосом из рабочего положения в походное и обратно. При подлете к месту забора воды, для приведения погружного насоса 22 в рабочее положение, пилот с помощью пульта 34 подает сигнал на включение лебедки 26. Лебедка 26 начинает отматывать трос 27, закрепленный к насосу 22. Под собственным весом насос 22 опускается в рабочее (вертикальное) положение до срабатывания датчика рабочего положения насоса 22. Пилот при этом осуществляет визуальный контроль.
Для приведения насоса 22 в походное положение пилот с помощью пульта 34 подает сигнал на включение лебедки 26. Лебедка 26, вращая барабан с тросом в обратном направлении, наматывает трос и подтаскивает насос 22 к лебедке 26. Лебедка 26 прекращает работу при срабатывании датчика походного положения. В таком положении шланг 23 компактно размещен вдоль бака 8 (фиг. 3). Это повышает эргономические и летные характеристики вертолета 1, т.к. шланг 23 надежно закреплен на всех режимах полета.
До начала использования системы пенообразования в бак 28 для пенообразователя заливают специальный состав, который с помощью электронасос 30 через рукав 31 подается в бак 8 с огнегасящей жидкостью.
Управление подачей пены осуществляется с помощью пульта 34 управления и индикации и пульта оперативного управления 35. Выключение электронасоса 30 выполняется автоматически после подачи в бак 8 заданного количества пенообразователя, количество которого задается на пульте 34 летчиком и вручную с пульта оперативного управления 35.В баке 8 происходит смешивание и образование огнегасящего состава, который затем сбрасывают с вертолета 1 для тушения пожаров.
Противообледенительная система предназначена для защиты от обледенения элементов системы и имеет два режима работы:
Автоматический режим - система управления и контроля анализирует температуру наружного воздуха при помощи датчика температуры, и при температуре воздуха плюс 5t! и ниже подает управляющий сигнал на включение нагревательных элементов. Обогрев нагревательных элементов работает циклически и зависит от температуры наружного воздуха. При достижении температуры наружного воздуха выше плюс 5°С работа нагревательных прекращается.
Ручной режим - противооблединительная система включается принудительно и работает постоянно, по циклограмме с фиксированным значением мощности, независимо от температуры окружающей среды.
Таким образом обеспечивается нормальная эксплуатация системы пожаротушения 7 при отрицательных температурах наружного воздуха.
Система управления и контроля является центральным вычислительным устройством между органами управления (пульт 34 и пультами 35), ее исполнительными механизмами и системами вертолета 1 (к примеру, такими как бортовое устройство регистрации, система электроснабжения).
Система управления, включая блок 33 коммутации силовой, является источником электрического питания для потребителей постоянного тока и коммутирующим устройством для периферийных исполнительных механизмов системы пожаротушения 7.
Система управления обеспечивает индикацию режимов работы и отказных ситуаций других систем, в т.ч. системы забора воды, системы пенообразования, системы уборки насоса 22, противообледенительной системы, системы аварийного сброса огнегасящей жидкости.
Система управления обеспечивает регистрацию, в том числе, таких процессов как работа и отключение насоса 22; открытое и закрытое положение или отказ работы створок 20, количество огнегасящей жидкости в водяном баке 8.
Система управления обеспечивает управление исполнительными механизмами системы, в том числе водозаборным насосом 22, электрическими приводами 21, нагревательными элементами противооблединительной системы, насосом 30 бака пенообразователя, лебедкой 26.
На предлагаемое техническое решение разработана и утверждена документация. Проведена отработка конструкции изобретения, в результате которой данной техническое решение успешно себя зарекомендовало в опытном образце. При производстве указанного устройства и системы пожаротушения предполагается использование современных материалов и технологий.