森林灭火飞机
森林灭火飞机(英文名:Aerial firefighting)是指担任森林大火等火灾扑救职能的飞机。相对于传统的地面灭火而言,飞机灭火具有三大优势:可快速到达火场、更易于接近火场,以及更便于对火情的发展进行空中侦察和监测。
1915年8月,美国华盛顿州林务局首次使用固定翼飞机巡查森林火灾。1924年,加拿大也开始使用固定翼飞机监视林火。20世纪50年代,第二次世界大战结束后,为了给大批闲置的军用飞机寻找出路,一些森林资源丰富的国家开始将这些退役的军用飞机改装成森林消防灭火飞机。此后,这项技术被世界许多国家推广。然而,传统的有人驾驶灭火飞机(如固定翼灭火飞机和直升机)在扑灭森林火灾时效率有限。随着专业消防无人机技术的飞速发展,人们开始探索利用无人机卓越的机动性、灵活性和安全性,采用无人机集群灭火的方式,以期迅速扑灭野火。1996年,以色列率先将无人机用于火情监测。2007年,美国航空航天局使用“伊哈纳”(Ikhana)无人机来评估美国森林大火的严重程度及灾害损失。
森林灭火飞机主要分为固定翼飞机、直升机和无人机三大类。固定翼灭火飞机常见的类型包括单引擎空中加油机(SEAT)、大型空中加油机(LAT)和超大型空中加油机(VLAT)。用于消防的直升机则通常分为1型、2型和3型。森林灭火飞机主要使用两种灭火剂:一种是普通水,另一种是添加了阻燃剂的专用化学灭火剂。前者通常从火场附近的江河湖泊中汲取,储存在飞机内置的消防水箱或外挂吊桶中,然后从空中直接喷洒到火场上,具有成本低、易于获取和使用方便的优点;后者则采用预先调配好的专用化学药剂,其喷洒方式与水相似,但由于其特殊的化学成分,灭火效果更佳,且飞机后续清理更方便,但成本相对较高。
历史沿革
第一阶段为有人机时代
森林灭火飞机的第一阶段是有人机时代,即没有使用无人机。这一阶段始于1915年,至今已经历100多年,其主要特征是,由于消防无人机尚未问世,因此采用的航空器是清一色的有人机,包括固定翼飞灭火机和直升机灭火两大类。1915年8月美国华盛顿州林务局第一次使用固定翼飞机巡查森林火灾(野火)。1924年加拿大开始使用固定翼飞灭火机监视林火。
1931年苏联组建了森林航空队进行护林防火,并于1932~1935年间开展航空护林防火的试点工作。这个阶段是航空护林的初期,森林航空消防工作主要是使用固定翼灭火飞机进行森林巡护、监视火情和及时报警。
20世纪50年代,第二次世界大战结束后,为了给大批闲置的军用飞机寻找出路,一些森林资源较丰富的国家开始将这些退役的军用飞机改装成森林消防灭火飞机。此后,这项技术被世界许多国家推广,成为一股潮流。其中,伞降灭火是最先采取的航空灭火方法,随后又发展出空中巡护、化学灭火、吊桶灭火、机降灭火、索降灭火、绳索滑降灭火、人工增雨等航空护林和灭火技术。
第二阶段为无人机+有人机时代
因采用有人机如固定翼灭火飞机、直升机灭火飞机进行森林火灾灭火效率不高。林火成灾后,森林着火空间范围极大,一般高度达到10~20m,火线沿前进方向长度可达50m,温度达900℃以上。为保证飞机驾驶员安全,灭火时飞机只能在距火场上空较高的高度作业,这就导致洒水或液体灭火剂的喷撒高度较高,水或液体灭火剂在降落过程中受火场上空强热上升气流的影响,一部分水或液体灭火剂在降落至火场的过程中受热蒸发或被吹散到火场以外的区域,致使真正作用于林火燃烧现场的水或液体灭火剂的量较少,浪费很大,所以灭火效率不高。
随着专业消防无人机技术的高速发展,利用无人机优异的机动性、灵活性和安全性,采用消防无人机集群灭火方式,将野火消灭在萌芽状态。1996年,以色列就将无人机用于火情监测。2007年美国森林大火肆虐时,美国航空航天局使用“伊哈纳”(Ikhana)的无人机来评估大火的严重程度,以及灾害的损失估算工作,这种无人机比全球鹰稍小一些,其翼展为20米,巡航高度可达1.2万米。
主要类型
用于空中消防的灭火飞机有几种类型,包括固定翼飞机、直升机和无人机。一些最常用的固定翼飞机包括单引擎空中加油机(SEAT)、大型空中加油机(LAT)和超大型空中加油机(VLAT)。用于消防目的的直升机包括1型、2型和3型直升机。
固定翼飞机
应用特点
固定翼灭火机多由战略运输机、战略轰炸机、反潜机等改装后配备装载灭火剂或水的箱体等装置,在火场上空抛撒水或灭火剂灭火,固定翼机飞行速度快、航程远、载量大,可用于扑救森林火灾和草原火灾。
代表机型
灭火飞机747
灭火飞机747是一种以波音747宽体货机改造而成的超大型灭火机,由美国长青国际航空(EvergreenInternationalAviation)改装并运营。长青国际曾经将两架不同的波音747改装成超级灭火机,其中第一架改装的是一架1971年出厂、原本由达美航空运营的波音747-273C货机,于2009年启用。747超级灭火机拥有高达20,000美制加仑(约76,000升)的消防水或阻燃剂容量。
JRM“火星”
JRM“火星”由马丁公司于20世纪40年代研发,于1943年11月投入服役。“火星”全机长35.7米,翼展61米,机高15米,最大起飞重量74.8吨,最大航程7964千米。最多可搭载133名士兵或15吨货物(包括7辆威利斯JEEP)。JRM“火星”有3架“火星”在服役期间因事故被毁,其余4架本计划在退役后解体拆毁。但这些“火星”的命运在1959年迎来了转机,一家名为福瑞斯特的加拿大公司收购,并转为民用,主要用于执行航空消防任务。由于尺寸巨大,每架“火星”一次可搭载2.7万升水用于消防任务,一次洒水可覆盖1.6万平米的区域。
鲲龙AG600
鲲龙AG600采用了单船身、悬臂上单翼和前三点可收放式起落架的布局形式。其机身长37米,翼展38.8米,机高12.1米,最大起飞重量可达53.5吨。飞机配备了4台国产涡桨-6发动机,最大巡航速度为500公里/小时,最大航程为4500公里。
鲲龙AG600的设计充分考虑了其多用途性。其机身下半部分为船体,上部为常规飞机气动布局,两侧机翼下还装有浮筒,使其既能水上起飞,也能陆地起降。此外,该机型还具备20秒内汲水12吨的能力,单次投水救火面积可达4000余平方米。在水上救援方面,鲲龙AG600可在2米高海浪的复杂气象条件下实施救援,一次可救护50名遇险人员。
直升机
应用特点
直升机是扑救森林火灾时运送扑火队员的重要交通工具,其速度快,机动灵活,抗风力强,具有垂直起降、空中悬停等特点,功能齐全、作业准确,比固定翼飞机更经济。当飞机接到扑火命令后能在最短时间内将扑火队员运送到火场附近,选择火场附近安全的着陆点着陆,可减少扑火队员的体力消耗,使其快速准确地投入扑火战斗。随着航空护林事业的发展,直升机在森林防火中的作用越来越明显,空运扑火队员、执行巡护、索降灭火、洒水灭火、急救等任务被视作快速扑灭火灾的重要因素。灭火直升机一般在飞机下悬挂吊桶/吊囊装水或化学灭火剂灭火。
代表机型
俄罗斯卡一32A11BC
俄罗斯卡一32A11BC消防直升机螺旋桨同轴布置,尾部无螺旋桨,机动性较强,自重6t,有效载重5t,载水挂篮可折叠,悬停取水时可将挂篮放入水中从篮底取水,水源体积较小时可采用PowerFill抽水系统经导管取水。
法国松鼠直升机
法国松鼠直升机机身下方安装了一只扁平的长方形贮水器,左下方有一根吸水导管,可飞临任何天然水面呈滞空状态并将吸水管伸入水中,吸水量为0.7t/次。
美国s一64
美国s一64“空中吊车”直升机驾驶舱后部采用了能充分发挥装载能力的可卸吊舱,机身中下部安装9.5m,的水箱及内部安装0.29m的辅助灭火剂箱,比例混合器能自动调整灭火液浓度,机体下部设置的吸管用45~60S时间即可吸满水箱。
无人机
应用特点
无人机盘旋于空中,可以对受灾区域进行实时监控追踪,为应急管理局提供较为准确、实时的高清受灾现场视频。此外,将消防无人机进行系统化处理,在多次数据的分析下,对重点区域进行划分,在日常生活中利用消防无人机对重点区域进行查看,这样做可以有效节省时间和人力成本。同时,无人机可以突破环境限制,能及时发现飞行区域内发生的火灾情况,因此可以针对火灾高发区域增大无人机的飞行次数,以避免灾难的发生。消防无人机在进行巡视的时候,可以上传高清视频到应急管理局,相关工作人员可以根据无人机反馈的视频提取关键信息并查看现场情况,然后进行回录、分析、记录数据。因此,可以组织应急管理局人员参加会议,共同商讨近期高频率发生的火灾区域内所存在的问题以及应对措施,通过分析每次救援活动中的数据,发现救援过程中的不足以及救援过程中的优点,从而改善救援质量,为后续的救援工作提供强有效的解决方案。利用消防无人机可以实时追踪的特点,在发生火灾的时候,应急管理局可以通过消防无人机掌握现场情况,并做出相应的决策以控制灾情的恶化,进一步保障人员安全,防止火灾蔓延。
代表机型
御2行业进阶版
参考资料:
作业方式
灭火飞机主要采用两种灭火剂,一种是普通水,另外一种是专用、含阻燃剂的化学灭火剂。前者是从火场附近的江河湖泊中取水,装入航空器内置消防水箱或外挂吊桶,从空中向火场直接喷撒实施救火,该方法价格低廉,取用随意,使用方便;后者则是利用事先调配好的专用化学药剂,具体喷洒方法和洒水不过因为是专用化学药剂,灭火效果更佳,飞机后续清理方便,但成本较高。
空中指挥
观察人员可在空中参照火场附近明显地标或利用GPS判读火场位置全面侦查火场情况,掌握火场动态和发展趋势,判断火场风向和风速以及勾绘道路、水源、居民区等,确定林火类别、扑火人员和装备情况以及机降位置和数量,制定机降方案、灭火计划和布兵次序及实施布兵,调整兵力指挥灭火,及时向上级汇报情况,检查验收火场和组织撤离火场。
机降灭火
机降灭火是直升机在空中悬停将灭火人员、机具和装备及时送到火场,调整和调动兵力、组织指挥灭火的一种方法,其特点是出动迅速快捷、机动灵活、安全可靠,能以最快的速度向火场运送兵力、减少扑救人员的体力消耗和保持战斗力,是最理想的兵力调整和部署实施灭火的方法,对机降人员技术要求较低。机降灭火受气温、风速、火场能见度、地形、植被的影响较大,适用于交通不便、人烟稀少的偏远林区,以及林火初发阶段和小面积火场。机降场地面积至少20m~20m,地势要平坦开阔,静空条件好,顺风时距火线至少700m,侧风时距火线至少400m,逆风时距火线至少300m,各降落点间5h内能相互汇合为宜,1km为最佳距离,扑打高强度火和火头时应缩短距离,配合吊桶灭火,遵循先火头后火尾、先重点后一般的布兵顺序,采取一点突破或多点突破以及分兵合围的灭火战术。
索降灭火
索降灭火是直升机空中悬停时利用索降器材将灭火人员和装备送到地面的灭火方法,在交通条件差和无机化合物降场地的情况下采用这种方法可迅速接近火线灭火,不但机动性强,而且可以解决山高林密、地面障碍物使飞机无法着陆等问题,受地形影响小,对机降场地条件要求低,能够加快扑火速度,提高扑火战斗力;还可以用于扑救偏远、无路、林密、无机降场地的火灾,以及特殊地形和其他特殊条件下的突击任务。索降安全平稳,但下降速度慢,每降下一个人,钢索须收回后才能再次索降,每次耗时1min,灭火人员到达地面后需开设机降场地,为机降创造条件,再用机降方法快速运送更多的扑火队员或调整火场兵力部署,对索降人员的要求高,必须经过严格的训练。要求林窗面积至少10m~10m,以免索降人员摆动碰撞树干、树枝造成伤亡或损坏索降设备,坡度不能大于40。,严禁在悬崖峭壁上作业,选择火场风向的上方或侧方作业,最大风速不能超过8m/s,能见度不小于10km,气温不超过30℃,顺风时距火线至少800m,侧风时距火线至少500m,逆风时距火线至少400m。
航空化学灭火
航空化学灭火是利用直升机将化学灭火药剂喷洒到火场,直接减弱或扑灭猛烈燃烧的火头、火线,阻滞林火蔓延,与地面灭火相结合灭火效果非常理想,多用于扑救地势平坦、快速蔓延且难扑灭火头的草原火灾或深山区的森林火灾。灭火剂采用水以及含添加剂的水系灭火剂和干粉、气溶胶固体灭火剂。水系灭火剂利用水的吸热能力降低燃烧物质温度,以及汽化时产生的大量水蒸气降低氧含量,同时还可以浸湿木材,灭火效果良好。灭火剂可改变水的物理化学性质,提高灭火效果,俄罗斯研制的ACFI一500型空中灭火装置、美国s一64“空中吊车”灭火直升机等使用的灭火弹就采用这种灭火剂。国内航空化学灭火的主要机型为Y一5和M一18,这两种机型载量较小,速度慢,但低空性能好,机动灵活,载量分别为1t和1.5t,航速分别为160km/h和180km/h,便于山区喷洒灭火作业,飞行成本低。Y一5离火场50km距离时喷洒作业耗时40~50min/次,20km耗时20min/次,100km则耗时90mira/次,50km范围内灭火效果比较突出。
吊桶灭火
吊桶灭火是利用直升机外挂特制的吊桶载水或化学药剂直接喷洒火头、火线,迅速扑灭火头和切断火线,或向地面设置的水箱注水,可扑灭飞火、火点、单株树冠火以及各种强度的林火。吊桶灭火是最直接高效的灭火方式,不受交通、地形限制,喷洒准确,效率高,灭火彻底,能提高水和化学药剂的利用率,经济安全,机动性强,亦能单独灭火或配合地面进行直接和间接灭火,且可为扑火人员提供生活用水,主要以洒水为主,比化学灭火成本低很多。吊桶灭火对水源条件要求低,深1m宽2m的河流、胡泊或池塘均可作为水源,要求取水深度范围内没有暗挂物、上空无高压线且净空条件良好。取水距离远近直接影响取水桶数及洒水量,距离远则取水桶数和洒水量少,难以形成连续洒水,长时间间断洒水会使减弱的火势复燃并扩大形成新的火线。吊水量1.6t、50m高度洒水会形成长度为100m、宽为10m的水带。取水距离为5km、往返时间7min时灭火效果最佳,取水距离超过10km则基本失去作用。吊桶洒水高度影响单位面积的洒水量,洒水高度升高,洒水面积增加,单位面积洒水量则减小。对森林火灾有显著灭火效果的洒水量为2mrrdcm以上,吊水量5t、50m高度的平均洒水量为1.6mm/cmz。吊桶洒水的准确性直接关系到灭火效果,洒得准,灭火效率高,扑救速度快。沿火线洒水时水带宽度在已燃与相邻未燃部分为1:2是最理想的水带分配比。
航空人工增雨
航空人工增雨是利用飞机在云层中播撒干冰、碘化银、硫化铜等催化剂以凝结冰核和吸湿加速雨滴形成,促使降水灭火的方法,主要用于扑救持续时间较长且不易扑打的森林火灾。也可通过人工降雨降低林区的火险等级,达到预防森林火灾的目的。但人工增雨受天气条件限制,对积雨云的覆盖面积和含水程度要求极严格,而且受气团运动方向和速度的影响很大,不能随时随地应用,只能作为森林消防的辅助手段。美国、澳大利亚曾研究利用人工增雨来防止雷击火。
绳索滑降灭火
绳索滑降灭火是扑火队员使用随身背带的绳索装置从悬停的直升机上白行滑降到火场进行灭火的方法,速度比索降快约l0倍,缩短了悬停时间,可有效地第42卷引爆使产生的细水雾达到预期的分布效果,探索灭火把扑火队员、器材向火场输送,赢得扑火时间,要求滑降装备质量轻、体积小、维护方便、安全可靠。俄罗斯、加拿大的这项技术已取得显著成果,并广泛应用。该灭火方法不需增设绞盘车、外挂钢索等设备,装备投资小,加工制作容易,能一机多用,但滑降人员要熟练掌握滑降技术。我国对该项技术的研究和应用还属空白,研究开发适合我国绳索滑降技术势在必行。
作业特点
飞机灭火具有三大优势:可快速达到火场、更易于接近火场,以及更便于对火情的发展进行空中侦察和监测。
参考资料
消防使用哪些飞机?综合指南 .pilotpassion.2025-04-17
森林航空消防的作用与发展历程.腾讯网.2025-04-17
我国无人机在应急救援中的应用与发展 .oher.2025-04-17
美国改造军用大型无人机监测飓风活动.中国气象局.2025-04-17
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS .archive.2025-04-17
JRM“火星”:世界最大的水上飞机.科技世界网.2025-04-17
鲲龙AG600:中国航空工业的水中蛟龙与空中鲲鹏.科普中国网.2025-04-17
御 2 行业进阶版 技术支持 .enterprise.2025-04-17