Применение авиации для тушения лесных пожаров

Применение авиации для тушения лесных пожаров. Достоинства и недостатки.

 

Выполнил:

Студент группы №673

Егоров Е.Ю.

 

 

Санкт-Петербург 2020

 

ПРИМЕНЕНИЕ АВИАЦИИ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ

Представлены результаты теоретического и экспериментального исследования зависи­мости параметров сброса воды самолетом Ил-76МД. оборудованным выливным авиационным прибором, при тушении лесных пожаров от параметров полета. Для изучения влияния пара­метров полета самолета на удельные характеристики наземного распределении сброшенной с самолета воды и дисперсности водного аэрозоля варьировались: высота полета; скорость самолета при сливе; курс самолета относительно направления ветра (по ветру, против ветра); слив в горизонтальном полете или в полете с набором высоты; залповый и последователь­ный слив. Проведена оценка пространственного и поверхностного распределения вылива­емой жидкости в диапазоне летно-технических характеристик самолета Ил-76, исследован дисперсный состав капель воды, достигаемых поверхности земли.

Применение авиации для обнаружения и тушения лесных пожаров позволяет за счет ран­него выявления резко сократить площадь горения, а также предотвратить распростра­нение пожара на населенные пункты и другие объекты.

Основными направлениями применения авиационной техники являются:

транспортировка личного состава, пожарно-технического и аварийно-спасательного воору­жения, техники и огнетушащих веществ;

организация разведки, управления и связи;

эвакуация и спасание людей:

тушение пожара с воздуха путем сброса на очаг воды, подачи других огнетушащих ве­ществ;

создание заградительных полос растворами огнезадерживающих химикатов и воды при за­щите от пожаров населенных пунктов и объектов.

Авиация МЧС России (создана в 1995 г.) является одним из самых оперативных и эффектив­ных формирований не только в нашей стране, но и во всем мире. Она включает в себя 51 воздуш­ное судно (18 самолетов и 33 вертолета}, в том числе:

многоцелевой самолет Ан-3, способный перевозить до 2 т грузов;

самолет-амфибия Бе-200, предназначенный для тушения пожаров (может перевозить 12 т груза);

транспортный самолет Ил-76, способный доставить на место пожара до 42 т огнетушащих веществ, а также обеспечить доставку различных грузов, в их числе аварийно-спасательные ком­плексы.

Вертолетный парк включает в себя универсальные машины Ми-8 и Ка-32, легкие аварийно-спасательные вертолеты Бо-105 и БК-117, а также тяжелые многоцелевые вертолеты Ми-26Т. В 2007 г. авиация МЧС России совершила более 13 тыс. полетов с общим налетом около 12 тыс. часов, в том числе 955 часов в зоны чрезвычайных ситуаций и 202 часа в рамках гуманитарных операций.

Летом 2007 г. авиация МЧС России привлекалась к тушению лесных пожаров на территории Португалии, Болгарии, Черногории, Сербии и Греции. Противопожарная авиагруппировка выпол­нила в общей сложности 491 полет, сбросив на очаги пожаров более 62 тыс. т воды. Авиация также участвовала в эвакуации российских граждан из Ливана и Иордании, доставляла гумани­тарные грузы в Киргизию, Афганистан и КНДР.

Для тушения лесных пожаров перспективным является применение самолетов-амфибий, способных самостоятельно заправить в емкости и доставить на место пожара запас воды. Так, самолет Бе-200, использующий метод челночных рейсов с наполнением водяных баков в режиме глиссирования, способен доставлять на место тушения 12 т воды и может применяться как для ликвидации мелких очагов пожара, так и для сдерживания распространения горения, а также для патрулирования лесных массивов.

Эффективным является применение для авиапатрулирования и тушения пожаров верто­летных комплексов на базе вертолетов Ми-8Т и Ми-26Т, которые могут расходовать на тушение до 15 т жидкости. Их можно использовать для воздействия на кромку пожара водой в виде про­лива крупнокапельной струи жидкости и прокладки перед кромкой пожара заградительной поло­сы растворами огнезадерживающих химикатов. При крупных пожарах эффективно применение самолетов с большим запасом огнетушащих веществ [1].

В целях исследования параметров сброса воды и отработки методики эффективного туше­ния пожаров при помощи авиационной техники (самолет Ил-76 МД) на территории ЛИИ (г. Жуков­ский) и в лесном массиве Орехово-Зуевского района Московской области было осуществлено 18 экспериментальных полетов (2, 3]. Самолет Ил-76МД, оборудованный выливным авиационным прибором (ВАП), способен перевезти 42 т огнетушащего вещества. ВАП состоит из 2 жестко со­единенных между собой резервуаров цилиндрической формы и агрегатов для заправки и слива огнетушащей жидкости [4].

Экспериментальные исследования носили комплексный характер и включали в себя отра­ботку методики тушения пожаров. В работе принимали участие сотрудники ФГУ ВНИИПО МЧС России.

При проведении экспериментальных исследований ставились следующие задачи:

-выбор экспериментальных площадок и организация очагов пожаров;

-оценка пространственного и поверхностного распределения выливаемой жидкости в диапа­зоне летно-технических характеристик самолета Ил-76;

-исследование дисперсного состава капель воды, достигаемых поверхности земли;

-измерение метеопараметров в районе экспериментальной площадки;

-тепловизионные измерения очага пожара.

В целях изучения влияния различных параметров полета на удельные характеристики на­земного распределения сброшенной с самолета воды и дисперсности водного аэрозоля варьиро­вались следующие параметры:

высота полета;

скорость самолета при сливе;

курс самолета относительно направления ветра (по ветру, против ветра);

слив в горизонтальном полете или в полете с набором высоты;

залповый и последовательный слив.

Для изучения дисперсного состава и концентраций водного аэрозоля использовались сле­дующие методы:

интегрально-оптический, позволяющий определять при помощи фотометров среднемассо-вый размер частиц, прошедших через измерительную трассу;

фотоэлектрический метод, который был реализован в приборе контроля загрязненности воздуха ПКЗВ-905-1, позволяющем измерять счетную концентрацию капель воды, и приборе ОАР-2Д-С с автоматизированной системой сбора данных, принцип действия которого основан на регистрации теневых изображений частиц;

седиментационный метод улавливания выпадающих аэрозольных частиц нелетучей, мало-вязкой, не смешивающейся с водой жидкостью с дальнейшей регистрацией на фотопленку.

Для изучения влияния сбрасываемой с самолета воды на метеорологические параметры и влажность почвы в районе проведения экспериментов осуществлялась непрерывная регистра­ция температуры и относительной влажности воздуха, направления и скорости ветра, влажности почвы до глубины 50 см до начала сброса, в момент сброса и после сброса.

Проведенные исследования показали следующее.

Крупные капли выпадают только в первые секунды после сброса. Масса воды, выпадающей на землю, заключена в основном в крупных каплях. Капли с размерами более 0,5 мм содержат более 70 % от общей массы воды. В начальный момент выпадения капель на землю заметную долю составляют крупные капли диаметром 1-2 мм. Затем начинают преобладать капли средних размеров (с диаметром 0,5-1 мм), далее - капли диаметром 0,2-0,3 мм [5].

Температура воздуха в месте выпадения воды понижалась на 3-6 градусов на период до 15 мин. Глубина промачивания почвы составила 5-7 см в зависимости от первоначальной влажности и состава почвы.

Тепловизионные измерения температурных полей очагов горения во время и после сбро­са жидкости показали, что воздействие водного аэрозоля приводит к значительному снижению интенсивности горения лесных горючих материалов. По окончании воздействия интенсивность горения постепенно восстанавливается.

Можно допустить, что после воздействия водного аэрозоля на кромку пожара линейная ско­рость распространения пламени по лесным горючим материалам У_ф уменьшается и может быть принята равной 0,5 У_ф в течение периода до восстановления интенсивности горения, т. е. в тече­ние не менее 15 мин после сброса воды.

При сбросе с летящего самолета жидкости под воздействием аэродинамических сил струя жидкости деформируется, теряет устойчивость и, в конечном счете, распадается на капли и круп­ные фрагменты, которые, в свою очередь, подвергаются дальнейшему дроблению.

Для описания распределения капель жидкости по размерам используется логарифмически-нормальная зависимость распределения капель, основанная на предположениях о случайном процессе дробления.

Для расчетов массовой концентрации С, кг-м"³, сброшенной жидкости используется матема­тическая модель с учетом турбулентных составляющих [5]:

Для расчета пространственного и наземного распределения сбрасываемой жидкости ис­пользовался программный комплекс, в результате получены поля пространственного и наземно­го распределения жидкости в зависимости от метеоусловий (скорости и направления ветра) и ус­ловий сброса (высота сброса, скорость полета, количество сбрасываемой жидкости и т. п.) [6].

На рисунке представлены результаты расчетов полей плотности наземного распределения сброшенной с высоты 100 м воды при полетной скорости самолета 280 км х ч^-1 и скорости встреч­ного и попутного ветра, равной 2 м с¹.

Результаты расчетов площади и плотности наземного распределения сброшенной жидко­сти соответствуют полученным экспериментальным данным: площадь 700 х 100 м и плотность выпадения жидкости 0,2-2,7л х м³. На рисунке видно, что направление ветра (встречный или попутный) влияет в основном на распределение сброшенной воды относительно точки сброса. Общая длина и ширина площади, покрываемой водой, а также характер распределения воды изменяются незначительно.

 

 

 

 

Установлено, что в результате аэродинамического распыления воды образуется дисперсная (аэрозольная) система, содержащая грубо дисперсные водные капли со средним диаметром 0,8-1,5 мм. Максимальный диаметр капель, зафиксированный в экспериментах, составил 4,5 мм [4].

Количество воды, выпадающей на землю, в основном сосредоточено в каплях крупных раз­меров. Так, в каплях с диаметром больше 1 мм может содержаться более 50 % всего количества воды.

Дисперсность водного аэрозоля зависит от высоты сбрасывании воды. Чем больше эта вы­сота, тем интенсивнее процесс дробления воды, но ниже точность попадании на очаг пожара [2].

В измеряемых точках при скорости самолета 280 км х ч^-1:

при сбросе 21 т воды с высоты 40-50 м максимальные и средние значения плотности выпа­дения воды составили соответственно 1,4-2,6 и 0,2-1,1 л х м^-2;

при сбросе 21 т воды с высоты 75 м - 1,4-1,7 и 0,3-0,7 л х м^-2;

при сбросе 21 т воды с высоты 100 м-0,7-1,6 и 0,5-1,2 л х м^-2;

при сбросе 42 т воды с высоты 60 м - 2,7 и 0,4-1,2 л х м^-2.

Аналогичные данные получены при скоростях полета 330 и 370 км х ч^-1 [4, 6].

Следует заметить, что часто одного пролета самолета Ил-76МД для тушения даже низовых лесных пожаров недостаточно, поскольку требуется обеспечить удельный расход воды не менее 4 л/м². Второй сброс воды должен быть произведен с интервалом времени не более 10-15 мин. К тому же заправка самолета производится в течение нескольких часов. Поэтому для тушения лесных пожаров более перспективным является использование самолета-амфибии Бе-200, кото­рый можно быстро заправить жидкостью с ближайшего водоема. Кроме того, самолет-амфибия, скорее всего, обеспечивает более высокую плотность выпадения жидкости, однако это требует экспериментального подтверждения. Для труднодоступных районов эффективно применение вертолета К-32, который может служить и средством доставки огнетушащей жидкости.

В результате экспериментальных и теоретических исследований получены следующие выводы.

Наиболее эффективным является использование самолета Ил-76МД для прокладки защит­ных полос вблизи объектов и населенных пунктов, поскольку это позволяет быстро создать за­градительную полосу длиной до 800 и шириной до 60 м.

На основе опыта ликвидации крупных пожаров и других чрезвычайных ситуаций можно выделить пожары, при которых целесообразно использовать авиационную технику: пожары в населенных пунктах и на объектах; лесные пожары; пожары на транспорте; пожары в районах стихийных бедствий и районах радиоактивного заражения [7]. Основные направления примене­ния авиационной техники; транспортировка личного состава, пожарно-технического и аварийно-спасательного вооружения, техники и огнетушащих веществ; организация разведки, управления и связи; эвакуация и спасание людей; тушение пожара с воздуха путем сброса огнетушащих ве­ществ.

 

 

Эксперементально доказано, что интенсивности сброса воды даже с такого мощного самолета как ИЛ-76 не достаточно для ликвидации низового лесного пожара. Верховые пожары судя по моему предыдущему посту вероятно тушить совершеноо бесполезно. А для низовых пожаров как минимум необходим повторный сброс в течении 10-15 минут, в противном случае интенсивность горения восстанавливается. Т.е. установлено, что для тушения с воздуха необходимо организовывать карусель из самолетов с точным наведением одного за другим для сброса в туже точку. Осталось найти или подготовить только людей готовых воплотить все это в жизнь.