火箭式遠距森林滅火系統的設計與試驗

漆燚 季方 李力 殷豪 張佳

摘要：針對森林火災的特點及現有減災救援裝備的局限性，通過對火箭式遠距森林滅火系統的研究設計，利用火箭彈射程遠、短時間內齊射密度大的特點，研制一款主要用于普通森林消防車無法到達或消防人員不易靠近的大面積火災救援、火勢壓制、隔離、撲滅的滅火系統。該系統的研制與應用可減少消防人員作業過程潛在危險，提高保障森林資源安全的能力。

關鍵詞：火箭式；遠距；森林消防；滅火系統

中圖分類號：X932? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2024）03-0013-04

森林、草原資源是我國自然資源的重要組成部分，是林業生產、經濟建設的物質基礎，是人民生活的物質財富，更是良好生態環境的重要保障。森林火災是一種突發性強、破壞性極大、處置救助較為困難的自然災害，其危害已引起各國的普遍重視。

目前森林草原火災撲救主要有單兵人工滅火、地面消防車輛和航空滅火三種手段。單兵人工滅火需要投入大量的人力前線滅火，危險系數大，滅火效率低，作業安全無保障。普通森林消防車噴灑水系滅火劑，噴水距離較近，最遠不超過50m，在山間林區無路通行的情況下很難發揮作用?，F代消防飛機按其飛行原理可分為固定翼飛機和直升機兩大類。固定翼消防飛機飛行速度快、航程遠、載重量大，能夠有效撲滅過火面積不超過2000m2的小面積火災，但其不僅成本高，還受水源地、天氣等環境因素限制，不能廣泛應用。

近年來，隨著科技的發展，相繼出現了新型滅火裝備，如重慶長安工業集團研制的SLM105型森林滅火發射系統[1]，主要采用單管發射器發射單發裝填4.5kg滅火劑的滅火彈，可有效抑制火勢蔓延，在距離火場300～1000m處發射，一定程度上減小了作業人員的生命危險。但其射程較近，且發射精度較低，作業效果較差，不能完全滿足森林消防所需。

1 火箭式遠距森林滅火系統的研究與應用

1.1? 火箭式遠距森林滅火系統的總體設計

在分析森林火災的特點及現有減災救援裝備的局限性的基礎上，以中國兵器工業集團江山重工研究院有限公司先進的國家火箭炮研發平臺、制造等相關技術和多年的專用車改裝生產經驗，研究與開發火箭式遠距森林消防滅火系統：一種不受地形地勢所限、靈活機動、便于攜帶、遠距密集發射、滅火面積大、安全高效的滅火系統。

火箭式遠距森林滅火系統主要應用于森林、草原等林場、草場的消防滅火。對于各種林木、草坪的滅火，特別是對于人員不易進入的懸崖壁等場合，采用車載火箭多管遠距發射，機動快速、著彈精準，能達到顯著的滅火效果，實現森林草原火災的火勢壓制、隔離與撲滅。

總體設計在調研的基礎上，針對森林火災消防需求進行分析并確定實現方案，初步選擇運行體的類型及具體型號，確定定向器的型式、數量及各部件的結構式樣，在這個基礎上進行總體布局（如各部件的結構尺寸、相互配置、重量、重心分布等）。

火箭式遠距森林滅火系統選用東風民用底盤作為運載體，采用平板式起落架[2]、行星減速箱式方向機[3]等結構。在技術設計中，對總體結構和各主要系統進行了計算與仿真分析，通過計算與分析，不斷優化設計結構。該系統可自動定位滅火系統與火場坐標，自動進行彈道解算[4]，并根據風速風向和定向信息進行修正，通過自動操瞄系統控制定向器俯仰與回轉來調整射向射角，最后實施火箭滅火彈發射，實現高效大面積遠距滅火作業。采用電缸式高低機并通過對其受力點的優化設計，最大限度降低舉升力。底架聯接采用改裝車行業通用聯接形式，并采取厚薄雙螺母防松技術[5]。在自動、電動的基礎上加裝簡易手動機構，實現應急狀態的手操功能?；鸺竭h距森林消防滅火系統總體布置見圖1。

主要設計技術指標：底盤軸數：2軸；底盤軸距：3800mm；最大行駛速度：84km/h；燃油續駛里程：500km；發射管數：24管；發射管口徑：122mm；射程：1～3km （覆蓋）；單發撒布面積：100m2。

火箭式遠距森林消防滅火系統三維模型見圖2，作業場景效果圖見圖3。

1.2? 滅火彈單元

目前，世界上的滅火劑共有六種：水、泡沫滅火劑、干化學滅火劑、干粉滅火劑、二氧化碳滅火劑和清潔滅火劑，火災種類大體分為A類、B類、C類和D類四種，各種滅火劑都有其各自的特點和用途。森林火災應屬于A類：可燃性固體物質火災?；鸺竭h距森林滅火系統滅火彈自身攜帶燃燒劑、氧化劑和滅火劑，以熱氣流高速向后噴出，利用產生的反作用力向前運動將滅火劑拋射至目標火場。為保證拋射精度，滅火彈定向管設有螺旋導槽，滅火彈在定向管內運動過程中，受到發動機推力、閉鎖力、定向管對定心部撞擊力、螺旋導槽對定向鈕的碰撞力及彈重力等作用[6]，滅火彈會以旋轉的姿態進行飛行，液態滅火劑會影響滅火彈著彈精度，故火箭式遠距森林滅火系統滅火彈滅火部采用干粉滅火劑。

火箭式遠距森林滅火系統滅火彈射程1～3km，內裝干粉滅火劑，單發撒布面積100m2，齊射24發滅火面積可達2000m2。滅火彈由引信、滅火部、火箭部組成，見圖4。滅火彈能在不同的山地和平面觸發引爆，可根據火場實際情況分別選擇碰炸、擦地炸、近地炸等不同引信工作方式，開倉藥爆炸[7]。同時具備延時自毀功能，確保滅火彈可靠作用。殼體[8]材料選用非金屬工程塑料材料。122mm火箭滅火彈見圖5。

1.3? 試驗驗證

1.3.1? 滅火彈靜態滅火試驗

2021年6月16日，滅火彈項目組在試驗場進行了3發滅火彈滅火部靜態滅火試驗，試驗品數量3發，試驗品技術狀態見表1。

1.3.1.1? 試驗方法

將自制試驗架放置于平坦空曠地面并將其固定，隨后進行滅火部裝藥，然后按照滅火試驗方案布置好試驗火堆（火堆數量為3個，每個火堆直徑1m厚度10cm，火堆材料為松針，3個火堆布設位置如圖6所示，火堆燃燒時火焰高度不超過2m）。滅火試驗整體方案示意圖見圖7。

1.3.1.2? 試驗結論

綜上得出滅火彈滅火部可對A處、B處火點進行滅火，對C處火點進行有效抑制。

1.3.2? 綜合試驗及山林滅火研究性演練

2021年8月，火箭式遠距森林滅火系統在我國某試驗基地完成外場綜合靶試試驗，見圖12。本次綜合靶試共發射8發滅火彈，經試驗驗證，火箭式遠距森林滅火系統各功能完備，性能達標。

2022年5月，該系統參加湖北省軍分區組織的軍地聯合應急救援研究性演練，演練現場設置目標火源為1.5km外，普通森林消防車和消防人員不易到達的山林火，過火總面積約1000m2?；鸺竭h距森林滅火系統在經過裝填、瞄校后，系統自動調炮，先后采用單射1發、連射2發和齊射13發的方式進行了滅火作業發射。滅火作業發射見圖13，滅火彈命中火場見圖14。

作為最前沿、最先進的遠距滅火系統，本次研究性演練采用連射方式共發射122mm滅火彈16發，全部精準命中遠方1.5km處目標火場內，中心點處山火被撲滅，周邊火勢得到有效壓制與撲滅，只留有零星余火。無人機空中偵察滅火效果見圖15。

2 結束語

本文針對森林、草原火災突發性強、破壞性大、危險性高和處置救助困難的特點，以及現有裝備無法有效滿足救災需求，避免救援人員傷亡的現狀，通過對火箭式遠程森林消防滅火系統的研究與設計，研制一款射程遠、滅火效率高、安全可靠的森林、草原滅火系統。本系統在研制過程中，模塊化設計大大降低了裝配過程的工作時間和難度，整車裝配前先按照總裝要求對汽車底盤進行改裝，主要根據整車氣路、電路需求對底盤氣路和電路進行改裝與線路敷設，并在底盤大梁相應位置安裝定位支耳和止推板，底盤車架尾部進行后尾燈的拆卸與移位，并按照相關規范完成側防護和后下部防護的汽改工作，保證整車側后防護滿足國家相關標準要求。

該系統的研發與應用將提高保障森林資源安全的能力，提高我國森林防火裝備水平，避免消防人員救災傷亡。

參考文獻

[1]張英，楊玉蘭.軍工技術裝備為森林滅火助威[J].中國林業，2010（20）：8-9.

[2]梁熙.火箭炮起落架位置與姿態視覺測量研究[D].南京：南京理工大學，2021.

[3]賈強，王惠方，柯彪.某火箭炮方向機主齒輪嚙合動力學特性分析[J].火炮發射與控制學報，2018（2）：49-54.

[4]劉思宇.火箭飛行軌道目標跟蹤算法研究[D].西安：西安理工大學，2020.

[5]馮韶偉，高學敏，程全士，等.基于振動條件下的雙螺母防松性能研究[J].導彈與航天運載技術，2022（3）：17-21.

[6]張中利，于存貴，馬大為，等.火箭彈在定向管內碰撞運動的仿真研究[J].系統仿真學報，2007（4）：875-878.

[7]尹建平，王志軍.彈藥學（第2版）[M].北京：北京理工大學出版社，2012：43-44．

[8]焦萬均.基于ANSYS/Workbench的散熱器強度分析[J].機械，2019（7）：21-25+80.