ВЕРТОЛЕТНЫЙ ПОЖАРНЫЙ БАК (ВАРИАНТЫ)
HELICOPTER FIRE TANK /VERSIONS/

Изобретение относится к авиационным средствам пожаротушения и предназначено в основном для тушения лесных пожаров.
Известны подвесные вертолетные пожарные баки, см. пат. России №1384526 или 2073624, однако они предназначены для сбрасывания воды вертикально вниз. При этом даже с учетом поступательной скорости вертолета капли воды быстро тормозятся в атмосфере и падают почти вертикально. А наблюдения с высоты показали, что в проекции сверху лес без листвы (зимний или обгорелый) представляет собой круги стволов с расходящимися ветками. При этом площадь стволов и веток составляет примерно 5% от общей площади. То есть при сбросе сверху на деревья попадает только 5% воды, а на боковую поверхность ствола, являющуюся основным источником горения, вода почти не попадает.
Известен также подвесной бак, снабженный брандспойтом для подачи воды на большое расстояние, см. пат. России №2096268. Однако для тушения лесных пожаров нет необходимости подавать воду на большие расстояния, так как вертолет может пролететь или зависнуть непосредственно над очагом возгорания.
Данный бак в нижней части несколько сопел, направленных по горизонтали - во все стороны, а по вертикали - половина сопел поочередно направлены вверх под углом 1-45 градусов к горизонтали, а другая половина сопел направлены горизонтально или вниз под углом 1-30 градусов к горизонтали, причем сопла соединены с баком одним общим или индивидуальными управляемыми клапанами. При этом на боковую поверхность стволов попадает примерно в пять раз больше воды, чем при сбросе сверху. На ветви попадает примерно столько же воды, а на землю падает воды примерно на 20% меньше, чем при вертикальном сбросе. То есть одним и тем же количеством воды можно потушить примерно в пять раз большую площадь верхового пожара.
За счет кругового расположения сопел поливается полоса леса шириной, равной удвоенной досягаемости верхних сопел, в частности и прямо под баком. Однако для более надежной проливки центральной полосы горения бак имеет одну или несколько форсунок душевого типа или четное число форсунок центробежного типа, направленных вниз.
Бак следует вести как можно ближе к верхушкам деревьев. Можно даже слегка касаться их. Для точного выдерживания высоты полета бак снабжен поворотной телекамерой или несколькими телекамерами, образующими дуговой или круговой обзор. Так как бак может попадать в языки пламени, видеокамеры должны иметь термозащиту, а нижние 15-20 метров подвески должны представлять собой цепь (цепи) из жаростойкой стали.
При этом летчик или второй пилот во время прохождения над полосой пожара управляет вертолетом при помощи этого видеонаблюдения.
Так как бак соединен с вертолетом видеокабелем и кабелем или шлангом управления, то недопустимо, чтобы он крутился в полете. Для предотвращения этого бак снабжен простейшим аэродинамическим стабилизатором, который для удобства хранения и перевозки может быть съемным.
Для лучшего распределения воды в объеме купола струй сопла имеют продолговатые сечения в вертикальном или наклонном направлении, см. фиг.2.
Диаметр купола струй должен быть несколько больше ширины полосы горения.
Для придания струям достаточной скорости вода должна подаваться к соплам под давлением. Для этого бак должен быть герметичным, чтобы в нем можно было создать избыточное давление воздуха, например, отбирая его от ступеней компрессора газотурбинного двигателя вертолета или от расположенного в вертолете отдельного компрессора.
По мере расходования воды давление воздуха в баке будет уменьшаться, поэтому, чтобы сохранить примерно постоянный диаметр купола струй, клапаны сопел следует открывать постепенно.
Это вариант бака позволяет использовать накопленное внутреннее давление воздуха и воды для быстрого и одновременного пневмо-, а лучше - гидропривода клапанов сопел.
Нужное давление воды перед соплами можно создать и гидростатическим способом. Для этого бак имеет в нижней части направленную вниз трубу, на конце которой и расположены сопла и форсунки. Длина трубы определяется величиной требуемого давления. Диаметр трубы определяется пропускной способностью сопел. Этот вариант имеет свои преимущества и недостатки. Преимущества: не требуется полной герметичности бака, не требуются верхняя крышка и соединяющийся с атмосферой клапан. Недостатки: затрудняется хранение и заправка бака, становится почти невозможной заправка бака погружением в естественный или искусственный водоем, требуется мощный пневмо-, гидро- или электропривод для одновременного включения клапанов сопел.
Если пожар сопровождается ветром, то вертолет может пронести бак над полосой пожара, не залетая в задымленную область с повышенной температурой и пониженным содержанием кислорода. Последнее может привести к резкому падению мощности или к отказу двигателей, а также к резкому уменьшению подъемной силы несущего винта из-за меньшей плотности воздуха. В безветренную погоду вертолет не может пролететь над полосой пожара, не залетая в задымленную область.
Чтобы можно было тушить пожары в безветренную погоду, бак имеет сверху, а если он снабжен направленной вниз трубой, то и снизу вертикальное крыло, расположенное под углом к продольной оси аэродинамического стабилизатора, причем центр подъемной силы крыла лежит на одной вертикальной оси с центром тяжести бака. Тогда при полете с достаточной горизонтальной скоростью бак, подвешенный на тросе достаточной длины, будет отклоняться вбок от траектории полета вертолета. В этом случае вертолет может пронести бак над полосой пожара, не залетая в задымленную область.
Крыло должно крепиться к тросу (к тросам) подвески. Ввиду небольшой скорости крыло может быть максимально облегченной конструкции, в частности, с тканевой термостойкой обшивкой. Или подвеска должна крепиться к крылу (при его достаточной прочности).
Так как крыло требуется только в штиль, оно может быть съемным.
На фиг.1 показан бак, состоящий из герметичной емкости 1, представляющей собой комбинацию цилиндра и конусных торцов. В днище бака имеется впускной клапан в виде открывающегося внутрь люка 2 для заправки погружением. В крышке люка имеется душевая форсунка 3, включаемая клапаном 4 с гидроприводом, работающим на воде. В нижней части бака имеется тридцать два сопла 5, снабженных клапанами 4. Половина сопел направлены вниз под углом 5%, половина - вверх под углом 10 градусов. Сопла в сечении имеют вид, показанный на фиг.2. В верхней части бака имеется клапан 6, соединяющий полость бака с атмосферой при заправке погружением. Его пневмопривод может быть объединен с пневмоприводом люка. Бак снабжен аэродинамическим стабилизатором 7 (фиг.3).
На фиг.3 показан бак в работе. Истекающие струи образуют два купола и направленный вниз конус из душевой форсунки 3.
Работает бак так: он проносится вертолетом над полосой пожара, и все деревья, кроме находящихся на самом краю досягаемости сопел, обливаются сбоку с двух направлений, причем в 71% ширины поливаемой полосы смачивается вся боковая поверхность стволов деревьев. А в остальных 29% происходит частичное смачивание, но пламя все равно гасится образующейся паровой подушкой.