杨全辉 上海胜洁科技股份有限公司

近年来，我国森林火灾频发，给社会经济造成了严重损失，直接威胁到林业可持续发展和国家生态安全。仅四川省凉山州已经连续多年发生森林火灾，2019 年牺牲30 人、2020 年牺牲19 人，火场过火面积近千公顷；传统消防救援装备在超高层建筑显现出“进不去”“够不着”“展不开”等不足。直升机依靠自身的机动灵活、垂直起降、空中悬停等关键性能，在森林灭火、城市建筑灭火等消防救灾行动中起着重要的作用。

一、直升机在森林灭火救援应用

直升机森林灭火主要有三种方式：机降（直升机搭载灭火队员快速投送到火场开展灭火作业）、机降、索滑降（索滑降队员开辟直升机临时着陆场、投送救援物资和人员）和采用吊桶等专业灭火器材。直升机广泛用于森林灭火，国内外都非常重视。美国西科斯基公司利用S-64 型直升机平台载重能力强、续航时间长的特点，采用可卸吊舱设计技术，在该平台上挂装了1 个9500L 的水箱和1 个290L 的灭火剂储箱，使其具备了优良的灭火能力，在森林消防领域得到广泛应用；国内在直升机载灭火设备工程化研究有一定先进性。应用较广的灭火剂喷洒设备主要有悬挂式吊桶、自动吸水式水箱等。悬挂式吊桶具有操作简单、拆卸方便、快速装载等特点。如直-8 型机消防吊桶可载水3 吨，可在水深2.5 米以上的水源点进行取水，以160 千米/时的速度飞往火场上空进行灭火作业，具备火线精准洒水灭火能力。机腹式水箱系统可以根据火情调节放水速度，并可将其舱内的水放2 次，放水时间持续1 分钟，取水后能以200 千米/时以上飞行速度在火源上空洒水，机动灵活性好，洒水面积较大。（见图1、图2）

二、直升机在超高层建筑灭火救援应用

由于超高层建筑固有的高度属性，一旦发生火灾，人员逃生非常困难，给消防救援工作带来了严峻的挑战，依靠传统的消防救援装备显现出诸多的不足。奥地利、美国和日本等国家在直升机超高层建筑灭火方面开展的比较早。日本在直升机在灭建筑物火灾试验中发现，直升机洒下的水被房屋屋面阻挡，不能到达火源部位，认为空中灭火不适用于建筑物火灾，其研究方向转为以扑救森林火灾为主。阪神大地震后，建筑物火灾的空中灭火再度引起有关方面注意。东京都消防厅于1997 年重新开始了建筑物空中灭火的研究工作。从试验情况来看，依靠直升机空中洒水达到完全灭火是困难的；每洒一次水都能控制火势1～5 分钟，连续洒水就有一定的阻止火势扩大的效果，但是对于因飞溅火源引起的建筑物表面火灾是有效的。

近些年，Simplex 直升机消防水炮或IFEX3000 直升机载脉冲炮的出现是解决高层建筑直升机灭火的一种新途径，通过上述设备，直升机在空中悬停后，从水平方向往建筑物内火源上喷水或灭火剂。（见图3、图4）

其他国家对于直升机灭火技术的研发和生产都非常重视。能用于灭火的直升机型号也比较多。如“农场主”(FieldMaster)型飞机、AS350B1“松鼠”（水炸弹）型灭火型直升机、米-26 型重型消防直升机等，在消防领域都为各自国家的消防事业做出了不可磨灭的贡献。

三、直升机布撒森林灭火弹系统设计

图1 S-64 直升机森林灭火

图2 直升机自动吸水箱

图3 直升机空中洒水

图4 直升机搭载脉冲炮进行高层建筑灭火

二战中，为了提高布雷效率，德国与意大利军队在北非已经开始使用飞机撒布防步兵地雷。与固定翼飞机相比，直升机更加灵活，战场反应更为迅速，各国均有装备。如美国“火山”抛撒布雷系统采用模块化设计，既可安装在直升机两侧，也可以倾斜安装在地面车辆上。系统由4 个发射箱、布雷弹、撒布控制器组成，每个发射箱内装40 枚布雷弹，一次齐射布雷总数可达960 枚，最快只要17 秒就能布设一个长1150 米、宽125 米的混合雷场。

笔者借鉴直升机布雷技术，设计了直升机布撒森林灭火弹系统。该系统为内载式。就是在直升机机舱内设计专用的自动输弹设备和布撒设备，将装有降落伞的灭火弹以一定节奏抛出机舱。自动输弹系统可以采用现役23mm 或30mm 航空炮弹成熟的输弹技术，灭火弹也按照23mm 或30mm 航空炮弹的外形尺寸进行设计，弹体内装有高效灭火剂，从森林火场上空布撒灭火弹（弹重约2kg）。由于直升机载重量大（以AC312 为例，2000kg），可以装载近千发的灭火弹，通过配套的布撒控制系统控制灭火弹布撒位置，可以快速形成较大范围的隔离带，再通过直升机投送灭火队员，实行分片切割、定点围歼，为直升机森林灭火提供新的技术和手段，提高灭火效率和效果。（见图5）

四、直升机超高层建筑灭火系统设计

直升机武器系统主要由直升机及航电系统、航空弹药、发射装置等组成。直升机及航电系统主要用于飞行员进行目标搜索、跟踪和发射弹药提供信息；发射装置用于挂载航空弹药。笔者借鉴直升机武器系统设计原理和工作流程，结合超高层建筑灭火救援特点，设计了直升机超高层建筑灭火系统。该系统主要包括直升机平台、光瞄装置、发射装置、控制计算机、多功能弹等。（见图6）

该系统以直升机作为灭火救援平台，通过搭载发射装置，以发射灭火弹、救援弹及侦察弹的方式对高层建筑火灾进行救

援。可根据救援任务选择搭载不同的筒弹（侦察弹、救援弹和灭火弹）。火灾发生后，直升机迅速起飞，飞向着火点，在距离着火点50m-100m 左右距离悬停，飞行员通过瞄测装置瞄准火源，并进行激光测距，达到发射条件后直升机发射灭火弹、侦察弹或救援弹。建筑内火灾现场的人员可以利用救援物资进行快速逃生。

五、发展趋势

总体来说，国内外直升机在森林和高层建筑灭火救援方面应用比较广泛，随着直升机平台和灭火技术的快速发展，直升机灭火应用范围和效果将更加突出。综合以上分析和灭火系统设计需求，今后的直升机灭火技术重点在三个方面。一是直升机平台专业化。不同的使用场景对直升机平台的要求不同，森林灭火对直升机的载重、续航需求更突出，城市建筑对直升机的快速机动、飞行安全等性能需求更迫切，因此，直升机平台专业化发展至关重要；二是灭火装备高效化。无论是森林灭火还是建筑灭火，最终灭火效果取决于灭火装备的灭火效能。灭火效能的影响因素较多，灭火剂必须针对火灾原因、火场环境、火灾危害等进行针对性设计。同时，受直升机载重限制，灭火装备的轻型化、小型化是发展方向；三是系统多功能集成化。直升机平台除了具备灭火功能外，还应具备侦察指挥、运输投送、应急救援等功能。在进行直升机灭火系统设计过程中，进行相关各功能模块设计，采用模块化组合方式实现一机多能，最大限度发挥直升机平台的效能。