СПОСОБ ВЫБРОСА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ С БОРТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2008 года по МПК B64D1/16 

Изобретение относится к сбрасыванию или катапультированию жидких, сыпучих и т.п. грузов в полете и предназначено преимущественно для выброса текучей среды с транспортных или специализированных самолетов главным образом при тушении крупных лесных и подобных им пожаров водой или огнегасящими составами.

Известны способы выброса текучей среды с борта летательных аппаратов (ЛА), в частности, для борьбы с огнем. При этом обычно используют либо вертолеты, либо достаточно низколетящие самолеты с емкостями для воды или иной огнегасящей жидкости (смеси, раствора и др.).

Однако вертолет ограничен в грузоподъемности и за один вылет может тушить пожар лишь на малой площади. При сливе воды с летящего самолета большая ее часть распыляется встречным потоком воздуха и не создает необходимой для тушения огня концентрации.

С тем чтобы улучшить ситуацию, в воду добавляют химические пенообразователи, но это заметно увеличивает стоимость тушения пожара.

Кроме того, при крупных пожарах, когда площадь очага может составлять сотни и тысячи га, для тушения пожара сверху потребуется выполнить сотни и тысячи вылетов ЛА, что практически невозможно.

Единственный, эффективный способ тушения крупномасштабного очага пожара - это его локализация защитной полосой шириной в несколько метров большой протяженности и затем создание встречного пала.

Для этого необходимо уменьшить распыление текучей среды набегающим на нее воздушным потоком, что возможно путем снижения скорости этого потока (в пределе до нуля), т.е. путем сообщения этой среде соответствующей скорости относительно ЛА в направлении, по существу, обратном направлению полета ЛА.

В патенте US 6622966 А; 23.09.2003 описано использование насосных средств и расходно-распределительной трубы для придания струям выбрасываемой жидкости определенной скорости относительно самолета.

В патенте US 5549259 А; 27.08.1996, который выбран в качестве ближайшего аналога, описано применение выталкивающей трубы, протянутой от емкости с огнегасящей жидкостью к хвостовой части специализированного самолета; вдоль трубы установлены турбины для придания жидкости скорости в противоположном движению самолета направлении.

Недостатком упомянутых технических решений является достаточно большая потребная мощность для питания подобных насосов или турбин, что ведет к увеличению веса ЛА и снижению относительной массы огнегасящих средств на его борту, ввиду чего экономичность данных способов невысока.

Из уровня техники известно также, что эффективность выброса жидкости с летящих самолетов может быть несколько повышена путем придания удлиненной емкости с жидкостью наклона в сторону хвостовой части ЛА.

Вследствие такого наклона жидкость приобретает повышенную встречную скорость, сливаясь самотеком через выходное отверстие, размещенное на нижнем уровне, в районе хвостовой части ЛА. Данные технические решения описаны в патентах US 4195693 А; 01.04.1980 и RU 2033828 C1, 30.04.1995.

Однако в данном случае не удается получить достаточно большой скорости выброса жидкости (например, равной скорости полета самолета), и эта скорость не будет постоянной от начала до конца слива, способствуя разлету и распылению частей жидкости.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение эффективности целенаправленного выброса текучей среды, преимущественно воды или огнегасящего состава для локализации и тушения пожаров большой площади, с таких ЛА, как транспортные или специализированные самолеты.

Технический результат в предлагаемом изобретение достигают путем создания способа выброса текучей среды с борта летательного аппарата, включающего выталкивание этой среды из емкости, размещенной на борту ЛА, с помощью вытеснительного средства, к которому прикладывают аэродинамическую силу воздушного потока, набегающего на ЛА при его движении, в котором согласно изобретению выталкивают текучую среду со скоростью, равной абсолютной величине скорости движения ЛА, причем скорость текучей среды создают путем ввода одной из ступеней вытеснительного средства, например поршня, выполненного комбинированным, в набегающий на ЛА воздушный поток и размещением связанной с ней второй части в емкости с возможностью осевого перемещения.

Изобретение также характеризуется тем, что вторая ступень комбинированного поршня выполнена в виде полусферы, форма и размер которой соответствует форме и размеру торцевой крышки емкости и цилиндрического основания, имеющего возможность изменения диаметра, при этом вторая часть соединена с первой частью гибкой тягой и выполнена в виде вытяжного парашюта, который вводят в набегающий на ЛА воздушный поток для получения указанной аэродинамической силы.

В предлагаемом способе вторая ступень комбинированного поршня может быть также выполнена в виде парашюта, непроницаемого для текучей среды.

При этом площадь вытяжного парашюта предпочтительно выбрана такой, чтобы сообщаемая текучей среде скорость была равна по абсолютной величине скорости движения ЛА.

Для исключения попадания струи текучей среды в вытяжной парашют указанную емкость устанавливают с наклоном в сторону хвостовой части ЛА с размещением указанного выходного патрубка емкости в районе этой части ЛА.

Согласно одному из основных применений изобретения в качестве текучей среды используют воду или огнегасящий состав на основе воды или иной негорючей жидкости.

Таким образом, в предлагаемом способе придание текучей среде необходимой скорости относительно ЛА производят за счет энергии набегающего воздушного потока. При этом жидкость из емкости самолета стекает не самотеком, а ее вытесняют преимущественно с помощью первой части комбинированного поршня, соединенного с вытяжным парашютом, выбором площади которого весьма просто регулируют расход и скорость выброса жидкости.

Падая с малой высоты (˜ 50 м), с малой горизонтальной скоростью (˜ 0 м/с) относительно земли, струя жидкости начинает разрушаться непосредственно у поверхности земли, создавая на пути пожара защитную полосу (шириной 3-4 м) с необходимой концентрацией жидкости (5-7 л/м²), от которой создается встречный нал.

Существо предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим детальным описанием примера его выполнения с прилагаемыми чертежами, на которых изображены:

На фиг.1 - схема устройства, реализующего предпочтительный вариант предлагаемого способа (вид сбоку, в разрезе);

На фиг.2 - то же, вид сверху.

Изобретение может быть реализовано для широкого класса ЛА, однако предпочтительным является его использование в составе достаточно мощных и грузоподъемных самолетов, способных совершать устойчивый полет на относительно низких высотах (-50 м) при умеренных скоростях (˜ 260-280 км/ч) с буксировкой вытяжного парашюта требуемой площади (˜ 50 м²).

Устройство для реализации предпочтительного варианта предлагаемого способа включает в себя установленную в грузовом отсеке 1 емкость для текучей среды, состоящей из цилиндрической части 2, связанной через конусную часть 3 (насадку) выходной части 4 в виде патрубка, и заправочного патрубка 5, и вытеснительного средства.

Вытеснительное средство может быть выполнено в виде комбинированного поршня, первую ступень 6 которого вводят в набегающий на ЛА воздушный поток, и вторая ступень 7 установлена в емкости с возможностью осевого перемещения.

В зависимости от технологических требований и возможностей вторая ступень 6 комбинированного поршня может быть выполнена в виде полусферы, форма и размер которой соответствует форме и размеру торцевой крышки 8 емкости и цилиндрического основания, имеющего возможность изменения диаметра.

Изменение цилиндрического основания необходимо для полного вытеснения жидкости из конусной насадки 3, т.е. это дает возможность дополнительного регулирования скорости вытеснения жидкости.

Первая ступень 7 соединена со второй ступенью 6 гибкой тягой 9 и выполнена в виде вытяжного парашюта, который вводят в набегающий на ЛА воздушный поток для получения указанной аэродинамической силы.

В предлагаемом способе вторая ступень 6 комбинированного поршня может быть также выполнена в виде парашюта, непроницаемого для текучей среды.

В исходном положении вторая ступень 6 может быть зафиксирована на внутренней емкости каким-либо известным способом, например, путем крепления обрывным фалом вершины купола парашюта к торцевой крышке 8.

Конусная форма насадки 3 обеспечивает передачу усилия с поверхности парашюта 6 на площадь сечения патрубка 4, выбор которой вместе с длиной патрубка позволяет дополнительно регулировать скорость струи, ширину полосы пролива и концентрацию выталкиваемой из емкости жидкости на единицу поверхности.

Парашют 6 соединен с вытяжным парашютом 7 основной, гибкой тягой (звеном) 9, собственной тягой (звеном) 10 и купольными стропами 11.

В исходном положении вытяжной парашют 7 и гибкая тяга 9 могут быть уложены и зафиксированы в упаковке у хвостового люка самолета и снабжены каким-либо известным средством ввода в поток по команде штурмана (не показаны).

Емкость может представлять собой два спаренных цилиндрических бака или кессона (фиг.2) с общей конической насадкой 3, причем каждый из них имеет вышеописанный парашют 6, соединенный собственной тягой 10 с гибкой тягой 9 вытяжного парашюта 7.

Емкость предпочтительно установлена с наклоном в сторону хвостовой части самолета, чтобы исключить попадание струи жидкости на вытяжной парашют 7.

Открытие и закрытие выходного патрубка емкости обеспечивают краном 12 (ручным или дистанционно управляемым) одновременно с открытием замка 13 передачи тяги от вытяжного парашюта7 с корпуса самолета на парашют 6.

Для сохранения и повторного использования парашюта 6 может быть применен расцепной замок 14 (фиг.1), одна часть которого соединена со стропами 11, а другая - с собственной тягой 10. При использовании спаренных емкостей (фиг.2) такие замки 14, вместе с прочими элементами, применяют в каждой из этих емкостей.

Разделение частей замка 14 предусмотрено при вхождении парашюта 6 в конусную насадку 3 под действием натяжения дополнительного звена (не показано), которое прикрепляют одним концом к подходящему механизму расцепки частей замка 14, а другим - к торцевой крышке 8.

При этом данное звено может быть продето сквозь плотно прилегающее к нему своими краями отверстие купола парашюта 6.

Для сохранения и повторного использования также и вытяжного парашюта 7 обе части замка 14 могут быть соединены между собой дополнительной стропой длиной ˜ 5 м (не показана), которую свободно укладывают зигзагом и прикрепляют к корпусу замка 14 при монтаже парашюта 6 перед заправкой емкости жидкостью.

Кроме того, используют второй замок 15, соединяющий стропы вытяжного парашюта 7 с тягой 9, которая (ее продолжение) прикреплена к вершине купола этого парашюта.

Реализация способа согласно изобретению в его предпочтительном варианте с помощью описанного устройства осуществляют следующим образом.

Перед очередным вылетом в емкость самолета заправляют воду или огнегасящий состав, предварительно зафиксировав, как описано выше, парашют 6 на торцевой крышке 8 и соединив его с тягой 9 вытяжного парашюта 7.

Жидкость закачивают через патрубок 5 при закрытом кране 12 с обеспечением необходимого дренажа и контроля уровня заправки. В данной компоновке типично использование наземных заправщиков.

Однако возможен забор воды при полете ЛА на малой высоте над водной поверхностью с помощью специального выпускаемого заборника (как, например, в патенте US 4172499 A; 30.10.1979).

При подлете к месту назначения открывают хвостовой люк 16 и производят предварительный ввод в набегающий воздушный поток вытяжного парашюта 7, сохраняя связь его тяги 9 с корпусом самолета при помощи замка 13 (фиг.1). При этом достигают требуемое наполнение вытяжного парашюта 7 и его стабилизацию в потоке.

В данной фазе может быть предусмотрено, при необходимости, регулирование площади проходного сечения и/или длины патрубка 4 с тем, чтобы получить в конкретной полетной ситуации оптимальную конфигурацию жидкости на поверхности земли, обеспечивающую максимальный эффект постановки защитной полосы большой протяженности.

Непосредственно над местом постановки защитной полосы (очагом пожара) открываются кран 12 и замок 13, происходит перецепка вытяжного парашюта 7 с корпуса самолета на собственные стропы (звено) 10 парашюта 6 так, что тяга 9 вводит в действие парашют 6, который вытесняет жидкость из емкости, плотно прилегая к стенкам емкости (кессонов) и адаптируясь в конечной фазе вытеснения к конусной насадке 3.

Площадь вытяжного парашюта 7, сечение и длина выходного патрубка 4 обеспечивают при заданных скорости и высоте полета самолета требуемые расход и скорость жидкости так, чтобы ее струя при выбросе оказалась практически неподвижной относительно земли и при последующем падении дала бы необходимую полосу покрытия и концентрацию в защитной полосе, от которой поджигается растительный покров, создавая встречный пал.

При грузоподъемности ЛА 40 т длина защитной полосы может достигать 2 км (за один вылет).

В варианте с сохранением для повторного использования парашюта 6 и вытяжного парашюта 7 осуществляют следующие заключительные операции.

При вхождении парашюта 6 в конусную насадку 3 дополнительное звено (не показ.) между замком 14 и крышкой 15 натягивается и срабатывает механизм расцепки частей замка 14. При разделении этих частей снимается тяговое усилие с вытяжного парашюта 7.

С данного момента и до момента натяжения указанного дополнительного звена между частями замка 14 срабатывает замок 15 (например, от резкого падения указанного тягового усилия или дистанционно по команде), отсоединяя стропы вытяжного парашюта 7 от тяги 9. Вследствие этого данный парашют вывертывается по потоку, будучи связан с тягой 9 только вершиной своего купола. Площадь сопротивления вытяжного парашюта 7 набегающему потоку значительно уменьшается, позволяя втянуть этот парашют за тяги 10 и 9 обратно в грузовую кабину самолета.

Во время полета ЛА обратно к месту заправки гасящей жидкостью вся система может быть подготовлена к повторному применению.

Простота и оперативность осуществления выброса жидкости способствуют быстрой «оборачиваемости» процесса (самолет успевает сделать достаточное число вылетов за ограниченное время), что в сочетании с высокой эффективностью выброса жидкости обеспечивает значительный экономический эффект при локализации пожаров любых масштабов.

Для осуществления предлагаемого способа используют достаточно простые и доступные технические средства и приемы.

Способ апробирован на борту серийных самолетов типа Ил-76.

Испытания показали, что предлагаемое изобретение обеспечивает экономичный, без рассеивания до малой концентрации и с повышенной точностью локализации, выброс текучей среды преимущественно с наветренной стороны перед фронтом пожара с борта ЛА (самолета), летящего со значительной скоростью, для создания защитной полосы на пути распространения фронта пожара.

Изобретение относится к сбрасыванию жидких грузов в полете. Для выброса текучей среды из емкости, размещенной на борту летательного аппарата (ЛА), используют вытеснительное средство из двух связанных между собой ступеней, к которому прикладывают аэродинамическую силу воздушного потока, набегающего на ЛА. Текучую среду выталкивают со скоростью, равной скорости движения ЛА. Движение текучей среды создают путем ввода в воздушный поток одной ступени вытеснительного средства - поршня - и размещением второй ступени в емкости с возможностью осевого перемещения. Изобретение направлено на повышение эффективности целенаправленного выброса текучей среды - огнегасящего состава для локализации и тушения пожаров большой площади. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ выброса текучей среды с борта летательного аппарата (ЛА), включающий выталкивание этой среды из емкости, размещенной на борту ЛА с помощью вытеснительного средства, к которому прикладывают аэродинамическую силу воздушного потока, набегающего на ЛА при его движении, отличающийся тем, что выталкивают текучую среду со скоростью, равной абсолютной величине скорости движения ЛА, причем скорость текучей среды создают путем ввода одной из ступеней вытеснительного средства, например поршня, выполненного комбинированным, в набегающий на ЛА воздушный поток и размещением связанной с ней второй ступени в емкости с возможностью осевого перемещения.2. Способ выброса текучей среды по п.1, отличающийся тем, что вторая ступень комбинированного поршня выполнена в виде полусферы, форма и размер которой соответствуют форме и размеру торцевой крышки емкости и цилиндрического основания, имеющего возможность изменения диаметра, при этом первая ступень соединена со второй ступенью гибкой тягой и выполнена в виде вытяжного парашюта.3. Способ выброса текучей среды по п.1, отличающийся тем, что вторая ступень комбинированного поршня выполнена в виде парашюта, непроницаемого для текучей среды.4. Способ выброса текучей среды по п.1, отличающийся тем, что емкость для текучей среды имеет цилиндрическую часть, связанную через конусную часть (насадку) с выходной частью в виде патрубка.5. Способ выброса текучей среды по п.1, отличающийся тем, что емкость устанавливают с наклоном в сторону хвостовой части ЛА.6. Способ выброса текучей среды по п.1, отличающийся тем, что в качестве текучей среды используют воду или огнегасящий состав на основе воды или иной негорючей жидкости.