УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ НИЗОВОГО ЛЕСНОГО ПОЖАРА И БЫСТРОГО ОТЖИГА ЛГМ

Устройство для локализации низового лесного пожара и
быстрого отжига ЛГМ.
Полезная модель относится к области охраны окружающей среды, а именно, к устройствам для локализации и тушения низовых лесных пожаров.
Известно устройство для локализации и тушения лесных пожаров, представляющее собой штатное стрелковое оружие и обеспечивающее сдувание факела фронта пожара спутным потоком, образующимся за ударной волной III. недостатком указанного устройства является низкая мощность ударной волны и соответственно невысокая скорость спутного потока. Кроме того, при интенсивном пожаре на его локализацию расходуется большое количество холостых патронов. Все это снижает эффективность применения указанного устройства в борьбе с лесными пожарами.
Наиболее близким к предполагаемому техническому решению является устройство локализации пожара и отжига лесных горючих материалов (ЛГМ) 121. Оно представляет собой отработавший свой ресурс ракетный двигатель, в котором высокотемпературная газовая струя истекает со сверхзвуковой скоростью через поворотное сопло.
Недостатком известного устройства является его габариты и вес, а так же наличие поворотного сопла, что усложняет конструкцию двигателя. Кроме того, истечение сверхзвуковой струи из двигателя создает большое тяговое усилие, стремящееся переместить устройство. Компенсация этого усилия осуществляется за счет крепления устройства к массивной опоре, либо к грунту. Все это увеличивает пассивную массу, снижает маневренность устройства и приводит к быстрой усталости операторов.
Задачей данного технического решения является повышение маневренности и производительности аппарата, что позволило бы использовать его при тушении лесных пожаров без авиационной охраны лесов.
Данная задача решается путем использования в качестве генератора высокотемпературной сверхзвуковой струи малогабаритного твердотопливного газогенератора, давление (Pk) в камере сгорания которого меняется в пределах  Мпа, а диаметр (dk) критического сопла в интервале    м.
Сущность данного технического решения поясняется графическим материалом, представленным на фиг.1, цифрами обозначены: 1 газогенератор; 2 - пиропатрон; 3 - камера сгорания; 4 - твердое ракетное топливо; 5 - заглушка; 6 - сопло: 7 - опора.
98120290
МКИ А 62 03/02
Аппарат отжига работает следующим образом: оператор-пожарный приближается к кромке лесного пожара на расстоянии действия газовой струи, снимает с плеча переносной аппарат, представляющий собой по форме автомат АКМ, в котором ствол заменен на газогенератор (1). Затем наводит его на обрабатываемый объект, нажимает на курок, замыкая тем самым электрическую цепь зажигания пиропатрона 2. Эта известная в технике схема зажигания может размещаться в корпусе опоры 7. В пиропатроне 2 воспламеняется твердый газообразный состав, продукты горения которого начинают поступать в камеру сгорания 3, поднимая давление в ней до рабочего уровня с одновременным поджогом твердого ракетного топлива 4. При достижении заданного давления в камере, выбивается заглушка 5 и высокотемпературные продукты сгорания начинают истекать через сопло 6 со сверхзвуковой скоростью в сторону фронта горения, преимущественно в зону горения ЛГМ. Поскольку скорость струи достаточно высока, то и сгоревшая часть ЛГМ (зона) будет сдуваться в сторону, противоположную движению низового лесного пожара, тем самым исключается неконтролируемый отжиг перед фронтом. Кроме того, имея высокую кинетическую энергию, струя будет сбивать также и пламя, повышая тем самым эффективность локализации низового пожара. Для многоразового использования предлагаемого аппарата предусматривается набор переносных газогенераторов, находящихся у оператора и их перезарядка.
Пример конкретного применения заявляемого переносного аппарата отжига ЛГМ.
Поскольку предполагаемое устройство выполняется переносным, то возникает необходимость учета некоторых факторов, налагающих ограничения на конструкцию газогенератора.
Во-первых, должен существовать предел силы тяги, обусловленный физическими возможностями человека по преодолению горизонтально направленной на него силы. Согласно медико-биологическим рекомендациям /3/ эта сила не должна быть больше 100 Н.
Во-вторых, давление в камере сгорания должно обеспечивать устойчивое горение твердого ракетного топлива. Согласно /4/ устойчивое горение обеспечивается при давлении в камере сгорания не менее 3 Мпа. Вместе с тем, с ростом давления ужесточаются требования на прочность конструкции. Это может сказаться на весовом совершенстве переносного аппарата, поскольку во всех существующих двигателях рабочее давление в камере сгорания превышает 7 Мпа /4/.
В-третьих, при горении некоторых типов твердого топлива образуются твердые частицы несгоревшего топлива и тугоплавких окислов металлов, что может привести к закупориванию сопла в его критическом сечении и разрушению газогенератора.
В связи с вышеизложенным принять следующие ограничения на критический диаметр сопла dK. Его нижний предел установлен в 3-103 м, а верхний - в  м.
Если принять давление в камере сгорания равным 7 Мпа, а критическое сечение в  м, то согласно выражению для тяги /3/ Т 1,42 Рк, где Рк - давление в камере сгорания, а 5К - площадь критического сечения сопла, получим силу тяги ,2 Н. При dK -4-10 3 м и том же давлении, тяга равна  Н, что несколько выше допустимого (100 Н). Если же снизить уровень давления до 5 Мпа, то в этом случае  Н. Таким образом, в выбранном диапазоне изменения давлений в камере сгорания и критических сечений сопла, создание газогенератора, удовлетворяющего медико-биологическим нормам возможно.
Известно /5/, что для срыва пламени на кромке пожара, необходимо, чтобы скорость газового потока была порядка 50 м/с.
Определим расстояние х от среза сопла до плоскости, где скорость струи будет иметь приведенное выще значение. Для этого применим соотношение /3/:
где : у  4,25 - показатель адиабаты; Ма  2 - число Маха; , R универсальная газовая постоянная; TO - температура газов на срезе сопла  2300 К; гь   м - радиус выходной части сопла; ,625 - отношение плотности окружающей среды и струи газа; Um- мнимая скорость;-  нерасчетность сопла. Подставим численные значения параметров в приведенное выше соотношение:
v / 1 12.4-1.482-53
,46 м
V 0,62550
Таким образом, на расстоянии 2,46 м от устройства скорость газового потока будет достаточной для того, чтобы сбить факел пламени и локализовать очаг горения. Поскольку физические возможности человека на тепловые нагрузки ограничены 5 кал/см мин /5/, на предельном расстоянии в 1,0- 1,5м, видно, что использование предлагаемого аппарата обеспечит физиологическую безопасность пожарного на расстоянии, почти в 2 раза превышающем допустимое.
Таким образом, использование предлагаемого устройства локализации низового лесного пожара позволит повысить маневренность, оперативность и эффективность тушения данного типа пожаров.
Источники информации.
1.А.с. № 1796204 СССР МКИ А 62 с2/00. Способ локализации и тушения лесных пожаров // A.M. Гришин, В.А. Антонов, Л.Ю. Наймушина и др., заявка № 4883879, заявл. 08.10.1990, опубл. 23.02.93 / Бюлл. №7.
2.А.с. № 1147413 СССР МКИ А 62 С 2/00. Способ локализации лесных пожаров // A.M. Гришин, В.Е. Абалтусов, В.М. Бабаев и др., заявка
№ 3359093, заявл. 01.12.81, опубл. 30.03.85 //Бюлл. №12.
3.Медведев А.В. Численное исследование газодинамики и теплообмена в некоторых энергетических устройствах. Диссертация кандидата физ.мат. наук . Томск- Кемерово, 1995.- 154 с.
4.Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели.М.Машиностроение, 1968.-393 с.
5.Вонский С.М., Сперанский В.М. Оценка эффективности лесных пожаров огнетушителей // Лесные пожары и технические средства борьбы с ними. Сб. трудов.-Л.ЛенНИИЛХ, 1979, вып. 19.-С. 133-137.