Применение авиации для тушения лесных пожаров (Е. Л. Москвилин)

размещено в: Наука и технологии | 0

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.

Внутри кабины ИЛ-76мд
Внутри кабины ИЛ-76мд на тушении лесных пожаров

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].

Применение ИЛ-76мд
Применение ИЛ-76мд на тушении лесных пожаров

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 среднемассовый 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 Уф уменьшается и может быть принята равной 0,5 Уф 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]:

Формула расчетов массовой концентрации сброшенной жидкости
Формула расчетов массовой концентрации сброшенной жидкости

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.

график расчетов площади и плотности наземного распределения сброшенной жидко­сти
график расчетов площади и плотности наземного распределения сброшенной жидко­сти

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 требуетэкспериментального 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.

Библиографические ссылки

  1. Хасанов И. Р., Горшков B. C., Москвилин Е. А. Параметры процесса тушения лесных пожаров при подаче воды авиационной техникой // Лесные и степные пожары: возникновение, распро­странение, тушение и экологические последствия: Материалы междунар. конф. — Иркутск: ВСИ МВД России. 2001, — С. 157-158.
  2. Горшков B. C., Москвилин Е. А., Хасанов И. Р. Оценка параметров тушения лесных пожаров авиационными средствами // Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций и их источников: Сб. тезисов науч.-практ. конф. — М.: ИИЦ ВНИИ ГОЧС, 2001- — С. 34-35.
  3. Хасанов И. Р., Москвилин Е. А. Авиационные методы тушения крупных лесных пожаров // Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков: Материалы XV науч.-практ. конф. — Ч. 1. — М.: ВНИИПО, 1999.-С. 300-301.
  4. Экспериментальные исследования параметров растворного узла для заправки огнетушащими средствами пожарных самолетов / Н.П. Копылов, И.Р. Хасанов, Г.М. Гроздов, СВ. Горшков II Математическое и физическое моделирование лесных пожаров и их экологических последствий: Материалы междунар. конф. -Томск; ТГУ, 1997. -С. 108-109.
  5. Теоретические и экспериментальные исследования характеристик сброса воды с самолета ИЛ-76 для тушения лесных пожаров / Н.П. Копылов, И.Р. Хасанов, Г.М. Гроздов, СВ. Горшков II Химическая физика процессов горения и взрыва: Материалы XI Симпозиума по горению и взрыву, Т. 2. — Черноголовка, 1996. -С. 140-141.
  6. Theoretical and Experimental Research oi Parameters of the Water Discharged for Fire Extinguishment by Means of an IL-76 Aircratt/W.P. Kopylov, G.M. Grozdov, /.ft. Khasanov, S.V. Gorshkov II Fire-and-Explosion Hazard of Substances and Venting of  eflagrations: Second International Seminar. — M., 1998.-P. 559-564.
  7.  Арцибашев Е. С, Гусев В. Г. Авиационные способы борьбы с лесными пожарами в условиях радиационного загрязнения радионуклидами // Предупреждение, ликвидация и последствия пожаров на радиоактивно загрязненных землях: Сб. науч. тр. — Вып. 54. — Гомель, ИЛ НАН Беларуси, 2002.-190 с.

Экспериментально 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 совершенно 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.

Е. Л. Москвилин, ведущий науч. сотр., канд. техн. наук (ФГУ ВНИИПО МЧС России)
0
comments powered by HyperComments