消防系统
阅读说明：本技术 消防系统 (Fire fighting system ) 是由 J·坎纳斯 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：本发明的方面涉及一种用于直升机的空中消防系统,所述消防系统包括：用于储存水的外部贮液器,其中,贮液器包括出水口；联接到贮液器的外表面的支撑框架；以及与出水口流体地连接并安装在支撑框架上或附接到软管卷盘上用于在火上分配水的可移动的机器人喷嘴；其中,用户可从直升机内操作可移动的喷嘴以控制水被分布的方向。(An aspect of the invention relates to an aerial fire protection system for a helicopter, the fire protection system comprising: an external reservoir for storing water, wherein the reservoir comprises a water outlet; a support frame coupled to an outer surface of the reservoir; and a movable robotic nozzle fluidly connected with the water outlet and mounted on the support frame or attached to the hose reel for dispensing water over the fire; wherein a user may operate a movable nozzle from within the helicopter to control the direction in which water is distributed.)
技术领域
本公开涉及一种空中消防系统，并且特别地但不排他地涉及直升机或飞机上用于扑灭森林火灾的空中消防系统。本发明的方面涉及一种空中消防系统和一种直升机。
背景技术
在偏远或难以进入的地区扑灭火灾时，空中消防系统特别有效。例如，直升机消防系统在扑灭地面消防人员无法进入其所在的当地的森林火灾上是有效的。此外，空中消防系统还可用于扑灭在使用梯子的地面人员无法到达的摩天大楼中的火灾。
空中消防系统通常安装在直升机上，可能包括机身上安装的水箱或悬挂在直升机下方的薄膜桶。然后直升机可以飞越着火的区域并在火上发放水以将其扑灭。通常，在森林火灾中发放水时直升机通常会采用地毯覆盖方法。直升机将飞越着火的区域并在该燃烧着的区域上方排空水箱的内容物。然而，这是对直升机的水箱内的水的不准确和低效的使用，并且经常导致水被分配到烧尽的区域或尚未燃烧的区域。
因此，为了提高空中消防系统的有效性，需要提高着火的区域上方的水的分布的精确性。影响森林火灾的蔓延的各种参数概述如下。
森林火灾的进展速度广泛地变化，取决于火灾燃烧的地形而异，包括：地形的坡度、植被的含水量、植被类型、植被的密度以及风速和风向。森林火灾的典型的进展速度从每分钟2m到30m不等，因此森林火灾可以迅速地蔓延，使尽快防止火灾的进展变得非常重要。
为了扑灭森林火灾，用水覆盖着火区域是众所周知的。需水量是为了扑灭典型的森林火灾所需的水的量，并且这点取决于影响如上所概述的森林火灾的进展速度的相同因素而广泛地变化。在植被稀疏的地区，需水量可能低至0.4l/m2。然而，在茂密的植被地区，诸如大灌木或高大的树木，这个数字可能高达20l/m2。
水覆盖率是实际应用于地表的消防用水的密度。水覆盖率受风速和直升机速度、水量、排放时段、地形的坡度和直升机的高度的影响。
水量和排放周期是直升机水桶或机身水箱排空的水桶或水箱容积和时间。通常，水桶或机身水箱通过大直径孔口排出，以在一个区域快速地分配大量的水。水箱可能会在大约5秒内被排空。
水箱可以通过悬挂在直升机上的抽吸软管填充。当水箱需要再填充时，直升机可能会悬停在贮液器(例如湖泊或河流)上方，并通过抽吸软管将水吸入水箱。这是有益的，因为可以在远离距火灾当地的水源的偏远位置快速地再填充水箱。薄膜桶通过直接浸入贮液器或海中来被再填充。
直升机可以以多种方式将水再分配到火上。最常见的是，直升机将飞越火灾并排空在火灾的区域中的水箱或水桶中的内容物，以扑灭火。通常，水箱将在5秒内排空。
然而，在火上迅速地分配大量的水并不能特别有效地抑制火势。消防系统的有效性可能会受到诸如风速等因素的影响，这些因素可能会导致水的漂移。强风或多变的风导致效率非常低，因为水在由直升机分配时可能会被吹离火场。此外，诸如低能见度、放电高度、飞行员培训、设备容量和火灾强度等因素可能会进一步降低消防系统的有效性。
消防系统的有效性可以通过提高在火上放置的准确性以及通过提高水在火上的覆盖率来提高。
下面将更详细地讨论与现有技术相关的消防系统。
Simplex Aerospace USA,Fire Attack System是空中消防系统的一个例子，包括安装在直升机底部的玻璃纤维水箱。水箱可能会在火场上方迅速地排空水，或者可能会使用喷枪将水引导到着火的高层建筑中。
Sikorsky-Ericson Air Crane是装配水箱的直升机的另一个例子。水箱集成在直升机的机身中，水可以通过水箱地底部的一个大开口被分配在火上。然而，水可能没被对准或瞄准，因此水的放置不是非常准确，从而降低了系统的效率。
Bambi Bucket System是悬挂在直升机上的薄膜桶的一个例子。薄膜桶是完全可折叠的，用于轻松的运输和通过浸没而快速的填充。水通过位于水桶的底部的大孔口从水桶中排空，然而，从水桶中排出的水可能没有被瞄准，因此容易漂移并因此在火上放置不当。
Helifire New Zealand Buckets和Aerial Fire Control水桶是用于空中消防系统的薄膜桶的进一步示例。
US 2009/0078434是空中消防系统的示例，该系统包括悬挂在直升机上的圆柱形水箱，用于扑灭高层建筑中的火灾。该系统需要由直升机供电，因此不适用于无法为消防系统提供电力的直升机。
US 2002/0079379描述了一种定制的水容器，它只能与US 2002/0079379中所描述的系统一起使用，并且不能改造在现有的Bambi水桶或机身水箱系统上。此外，该系统没有针对在火灾区域内不同的目标的瞄准能力，将产生一种喷雾模式，该模式将覆盖基于洒水器类型和直升机高度的宽度，覆盖可能需要或不需要水的区域。由于直升机在消防操作期间无法快速地改变高度，因此该系统的有效性和准确性会相当低，尤其是在长战线火灾前沿上的零散的火灾的情况下。由于缺乏喷嘴控制，无法根据着火目标实现瞄准、降雨或喷射效果，因此该系统的准确性进一步降低。
水桶下方的自由悬挂管道的较长长度构成了严重的安全隐患，导致直升机机组人员对该系统的使用持有严重的反对。例如，长而松散的柔性液压管线不稳定，将随着阵风和直升机运动而摇摆，很可能会被缠住，导致火灾覆盖不均匀和水的浪费。将两架直升机组合起来携带软管的想法是完全不切实际且危险的。该系统的有效性将相当低，尤其是在长战线火灾前沿上的零散的火灾情况下。系统已被业界认为不切实际，因此从未被实现。此外，该系统没有通过将其与喷嘴互锁来监控和/或促进消防操作的摄像头。
EP 0984816描述了一种空中消防系统。该系统需要一个定制的水容器，底部有一个支撑框架，以将系统降落在地面上，以及一个只能与该系统一起使用的内置软管卷盘。该系统不能被改造在现有的Bambi水桶或机身水箱系统上。单层卷绕式软管卷盘和着陆框架增加了系统的高度，因此需要更深的贮液器来再次填充桶。
该系统没有远程控制喷嘴瞄准在火灾区域内不同的目标的能力，因此该系统将覆盖可能需要或不需要水的区域。此外，该系统没有远程喷嘴控制来根据火灾目标启用降雨或射流效果。该系统效率低下且浪费水，从而降低了系统灭火时的整体效果。
空中消防系统的有效性取决于水在火上的准确的放置。换句话说，在着火的大面积内的所需位置处对水的准确应用。此外，通过用正确的水量覆盖最大可能的着火区域以将需水量与对于最大区域的水覆盖范围相匹配，来时有效性最大化，从而实现可用水量的最有效利用。
空中消防系统的有效性可以通过对火灾行为的抑制下降的结果来测量。100％有效的抑制下降意味着所有可用的水都被准确地应用，如火灾区域的不同的部分的需水量需求所确定的，导致在最大可能的区域内消除火灾。
与现有技术相关联的消防系统具有5秒的典型的放水周期并且以50km/hr的典型的直升机速度和50m的高度飞行。这导致覆盖区域约70m长，约20m宽，假设零风速，这种情况很少。假设均匀分布，这会导致对于3000升水桶的水覆盖率为2.2l/m2或对于5000升水桶为3.6l/m2。在某些情况下，该覆盖是令人满意的，例如，对于在茂密的森林中的连续的前沿、宽度均匀的火灾，或在火灾的非常早期阶段，其中必须攻击火灾区域的整个宽度。
然而，这种情况很少，因为火灾趋于具有狭窄的前沿，并且通常是“多点状的”，伴有强烈的火势或非常少的火势蔓延到更大的区域。在森林不是那么密集或特别零散的情况下尤其如此。因此，与典型的森林火灾的实际平均需水量要求相比，当前的平均水覆盖率数字相当高。此外，由当前系统滴下的大量的水被风吹离目标，并因此落在不需要任何水覆盖的区域。
据估计，目前的消防技术的抑制下降有效性非常低，例如大约15％。
缺乏瞄准、成形和控制水射流的体积的能力严重地限制了所覆盖的区域和操作的有效性，导致在当前的消防技术中浪费了大量水。
本发明的目的是解决与现有技术相关的一个或多个缺点。
发明内容
所提出的发明可以作为一个全新的系统提供，或者它可以被改造到现有的空中消防系统而不影响它们的操作。例如，现有的空中消防系统可以适用于包括本发明的特征。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于直升机的空中消防系统，该消防系统包括：用于储存水的外部贮液器，其中，贮液器包括出水口；与出水口流体地连接的喷嘴；其中喷嘴由与出水口和喷嘴流体连通的流体导管悬挂，使得从喷嘴排出的水处于来自在贮液器内的水的静水压力下，并且其中喷嘴可相对于贮液器移动以引导水流从喷嘴到目标位置。支撑框架可以联接到贮液器的外表面。
有利地，联接到贮液器的外表面的支撑框架允许将系统改造到现有的贮液器而不会突出到其下方，从而不影响贮液器的着陆。可移动的喷嘴允许水流对准目标地点，例如森林火灾。这通过提供有针对性的水分配来提高消防系统的整体效率，使得水可以分配到最需要水的火灾区域。
此外，将喷嘴从流体导管(例如柔性软管)悬挂，有利地允许直升机在森林火灾上方飞得更高，从而使直升机的机组人员更安全。将喷嘴悬挂在贮液器下方允许在贮液器内的水的静水压力对从喷嘴排出的水加压。这在不具有适合为消防系统提供电力的电源的直升机的情况下尤其有利，因为它否定了将泵安设到消防系统以对水加压的需要。
在一个实施例中，喷嘴可以安装在稳定器外壳或空气动力外壳内。这是有益的，因为外壳的空气动力学确保喷嘴在飞行和水分配期间保持基本稳定，从而水可以准确地分布在火上。
在另一实施例中，稳定器外壳可包括至少一个翅片或翼面。翅片或翼面有利地支撑在飞行中的外壳以保持平稳和稳定的飞行。这有利地在飞行期间保持喷嘴稳定。
在一个实施例中，流体导管可以是可缩回的。例如，流体导管可以在导管被降低以将水传送到目标位置的展开位置和导管被缩回和储存的缩回或堆装位置之间移动。
在另一个实施例中，消防系统可以包括用于缠绕和解除缠绕软管的外部安装的软管卷盘。流体导管可以是柔性软管并且软管卷盘可以被配置为在堆装位置和展开位置之间缠绕和解除缠绕软管。这是有利的，因为当直升机在火灾上空时软管可以展开，使得来自贮液器的水可以分布在火上，然后在正常飞行期间堆装或缠绕。
在一个实施例中，贮液器可以包括柔性薄膜或机身水箱，并且软管卷盘可以安装在联接到贮液器的支撑框架上。当软管被缠绕时，软管卷盘的水平旋转轴线可以相对于贮液器移动或倾斜，以便在缠绕期间将软管均匀地分布在卷盘上。支撑框架可以在不突出到贮液器下方的情况下联接到贮液器的下边缘和上边缘。支撑框架可以通过具有弯曲凹槽的凸缘联接到贮液器，当软管被缠绕时，该弯曲凹槽允许软管卷盘的水平旋转轴线的运动。
在一个实施例中，软管和支撑框架可以包括对齐或引导系统。消防系统可以包括用于在卷绕期间控制软管的对齐系统。这是有利的，因为对齐/引导系统允许在缠绕/解除缠绕动作期间软管的自卷绕，并且在消防操作之前和之后卷起软管卷盘时帮助将稳定器壳体与直升机飞行路径对齐。
在一个实施例中，对齐系统可以包括围绕柔性软管安置的导管，并且该导管可以可移动地安装在引导框架上。引导框架可枢转地安装到支撑框架。导管可以包括位置构成，该位置构成被配置为接合在外壳上的对应构成，以在处于储存位置时抑制外壳的旋转运动。位置构成可包括定位在导管内的一对叶片，并且在外壳上的对应构成可包括配置成沿着限定在该对叶片之间的引导路径的一对翼片。
在一个实施例中，支撑框架可以联接到贮液器的下边缘和上边缘而不会在其下方突出，从而不影响贮液器的着陆。这有利地确保了支撑框架牢固地联接到贮液器并且进一步为贮液器提供结构支撑。支撑框架可以是任何形状以配合贮液器。例如，如果贮液器是圆形薄膜桶，则支撑框架可以是圆周形的，或者如果贮液器是外部安装的机身水箱，则支撑框架可以是矩形的。
在另一个实施例中，喷嘴可以是可移动的喷嘴，该喷嘴可相对于软管绕着相交的垂直轴线和水平轴线移动。可移动的喷嘴可以是类似于Unifire Robotic喷嘴的机器人喷嘴或定制的Rainmaker喷嘴。Rainmaker喷嘴是高流量喷嘴的一个示例，其可以在目标位置喷洒水滴。例如，Rainmaker喷嘴每秒可向目标位置传送高达约60升或更多的水滴。可移动的喷嘴可从直升机内操作。
在一个实施例中，一个或多个流体控制阀可操作于控制水的流速。这有利地使直升机的飞行员改变在火上分配的水量，显著减少水的浪费，并且还允许根据正在扑灭的火灾改变排放时段，从而使得对大火灾区域的覆盖最大化。该系统可以包括至少一个，可选地两个，可操作于控制水的流速的流量控制阀。控制阀可以定位在贮液器的出口处并且另一个阀可以定位在喷嘴附近。这是有益的，因为它允许快速地控制水的流速并防止在软管内的水被浪费。
在一个实施例中，至少一个流量控制阀可以定位在软管的远端或软管的近端。在一个实施例中，可以在软管的每一端定位流量控制阀。
在一个实施例中，多孔板可以横跨喷嘴的远端开口延伸。可纵向移动的销或致动器可作用在多孔板上。销可以相对于喷嘴移动以操纵多孔板。销可作用在多孔板上，使得销相对于喷嘴的纵向移动，改变多孔板的至少一部分相对于喷嘴的定向。板的周界部分可以相对于喷嘴固定，并且板的中央部分可以通过销的纵向运动来操纵以改变水流的分布或喷射模式。销可作用在板上以使板的至少一部分变形。
在另一个实施例中，多孔板可包括在销的作用下可相对于彼此移动的两个或更多个段。板可包括在销的作用下可相对于彼此移动的四个段。该板可以是金属板，例如钢板，或者该板可以由由金属(诸如钢)加强的橡胶材料制成。
在另一个实施例中，可移动的喷嘴可操作用于控制水的分布模式。例如，根据应用，喷嘴可以将水作为射流分配到火上或作为降雨效果进行分配。这是有益的，因为它允许飞行员或消防员从直升机内部控制水覆盖范围。
在一个实施例中，消防系统可以包括用于在直升机内的控制面板上的屏幕上显示火灾的图像的摄像机。这是有益的，因为它为在直升机内的乘员提供了直升机下方的火灾的清晰视图，从而提供了水相对于火的分布位置的视图。这还可以允许飞行员或消防员在扑灭火灾时根据需要改变来自喷嘴的水的流速或分布模式。
在另一个实施例中，摄像机和喷嘴可以互锁并且通过在屏幕上的十字准线同时瞄准。这是有利的，因为可以向控制面板的操作员提供关于喷嘴相对于火灾所指向的位置的即时的反馈，从而使他们更容易将水对准最需要水的火灾区域。
在一个实施例中，贮液器可以是悬挂在直升机下方的薄膜桶。在另一个实施例中，支撑框架可以包括用于监控火灾和/或喷嘴指向的方向的摄像机。在一个实施例中，摄像机可以随着喷嘴移动而移动，使得喷嘴和摄像机互锁从而瞄准相同的目标。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于直升机的空中消防系统，该消防系统包括：用于储存水的薄膜桶贮液器，其中，薄膜桶包括出水口；联接到薄膜桶的外表面的支撑框架；以及与出水口流体地连接并安装在支撑框架上用于向火上分配水的可移动的喷嘴；其中，用户可从在直升机内操作可移动的喷嘴以控制水的分布方向。
这是有利的，因为支撑框架允许将空中消防系统安设到现有的薄膜桶上，使得薄膜桶的水分配可以对准在火上。在一个实施例中，支撑框架可以联接到薄膜桶的外表面而不在其下方突出。这是有益的，因为它允许直升机降落而不会潜在地损坏支撑框架。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于直升机的空中消防系统，该消防系统包括：用于储存水的外部贮液器，其中，贮液器包括出水口；与出水口流体地连接的可移动的喷嘴；其中，所述喷嘴包括横跨所述喷嘴的远端开口延伸的多孔板；以及作用在多孔板上的纵向可移动的销，其中销可相对于喷嘴移动以操纵多孔板来改变来自喷嘴的水流的分布模式。
根据本发明的又一方面，提供了一种直升机，其包括如前述方面和实施例中的任一个所述的空中消防系统。
在本申请的范围内，明确意在前面的段落和/或下面的描述和附图中所阐述的各个方面、实施例、示例和替代方案，并且特别是其各个特征，可以独立地或任何组合。即，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这些特征不兼容。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的一个或多个实施例，其中：
图1是适用于本发明的实施例的直升机和消防系统的示意图；
图2是图1的消防系统的示意图；
图3是用于图1的直升机和消防系统的摄像机；
图4是用于控制图2的消防系统的控制器的视图；
图5是消防系统的示意性侧视图，所述消防系统包括适合与本发明的实施例一起使用的处于展开位置的软管；
图6是图5的消防系统处于堆装位置的示意性侧视图；
图7是适合与本发明的实施例一起使用的图5的消防系统的软管卷盘的示意性前视图；
图8是图5至图7的消防系统的对齐/引导系统的示意图；
图9是图8的对齐/引导系统的导管的详细视图；
图10是用于容纳图5至图7的消防系统的喷嘴的外壳的平面图；
图11是图10的外壳的侧视图；
图12是图10的外壳的的主视图；
图13是适合与本发明的实施例一起使用的遥控可调节造雨器(Rainmaker)喷嘴的细节；
图14是与图13的喷嘴一起使用的多孔板的视图；
图15a是图13的喷嘴的侧视图，伴随滑销处于完全缩回位置；
图15b是图13的喷嘴的侧视图，伴随滑销处于部分展开位置；
图15c是图13的喷嘴的侧视图，伴随滑销处于完全展开位置；以及
图16是根据另一个实施例的用于与图13的喷嘴一起使用的多孔板的视图。
具体实施方式
一般而言，本发明的实施例涉及一种空中消防系统。空中消防系统可以在现有的空中消防系统上进行改造，该系统包括诸如机身上安装的水箱或悬挂式薄膜桶之类的贮液器。这是有利的，因为该系统可以很容易地安设到现有的消防直升机上以提高其消防能力的效率，而无需对现有的系统进行重大的修改。
空中消防系统包括用于将水分配系统联接到贮液器的外表面的支撑框架和可移动的喷嘴。可移动的喷嘴通过管道系统流体地联接到贮液器并且可以安装在支撑框架上或悬挂在贮液器下方。可移动的喷嘴有利地允许位于直升机内的飞行员或消防员瞄准由喷嘴分配的水。此外，喷嘴可操作于根据应用控制水的从水射流到降雨效果或喷雾的分布模式。
这是有益的，因为喷嘴可以以有针对性的方式将水分配到火上，从而确保以尽可能有效的方式使用从贮液器分配的水。喷嘴可以是可从直升机内控制的可移动喷嘴或机器人喷嘴。
为了将本发明的实施例置于合适的上下文中，将首先参考图1，其示出了直升机10的示意图。直升机10适合与空中消防系统一起使用。直升机10包括悬挂在直升机10下方的消防系统14。消防系统14包括用于储存水的贮液器，诸如悬挂在直升机下方的薄膜桶或安装在直升机10的外表面上的机身水箱。
图2显示了根据本发明的实施例的消防系统14的示意图。消防系统14包括用于储存水的贮液器15，例如薄膜桶或机身上安装的水箱。支撑框架4通过诸如夹板3的夹持装置连接到贮液器15的外表面。如图2所示，支撑框架4围绕贮液器15的上周界和下周界延伸。这是有益的，因为支撑框架4将消防系统14牢固地附接到贮液器15并且允许消防系统14的部件被安装到支撑框架4。此外，支撑框架4不突出于贮液器15的下周界下方，使得当着陆时贮液器15的底部接触地面，从而不会使贮液器15的重量通过支撑框架4。
本领域技术人员将理解，支撑框架4的尺寸可以设计成适合支撑框架4被固定到其上的贮液器15的类型。例如，图2示出了薄膜桶贮液器15并且因此支撑框架4沿圆周围绕薄膜桶的下边缘和上边缘。然而，在另一个示例中，贮液器15可以是机身上安装的水箱，其可以是不同的形状，在这种情况下，支撑框架的尺寸将相应地确定。
一个可移动的喷嘴6安装在支撑框架4上。喷嘴6流体地连接到贮液器15并且被配置为将来自贮液器15的水分配到火上。可移动的喷嘴6可由飞行员或消防员从直升机10内远程地控制以将水分配到目标区域。这是有益的，因为可以以受控且有针对性的方式将贮液器15内的水分配到火上，以确保将水分配到最需要它的区域内的火上。
泵8位于喷嘴6和贮液器15之间。带凸缘的防漏100至150毫米泵入口连接部9将贮液器15的出口连接到泵8和喷嘴6。泵8可以是潜水泵或直列泵8并且被配置为将水从贮水器15内泵送到喷嘴6，使得来自贮水器15内的水可以被加压并从喷嘴6排出。
消防系统14的贮液器15可通过浸入水体(例如河流、湖泊或大海)中而再次填充。因此，消防系统14的部件防水等级到IP67，使得它们可以浸入水中而不会损坏系统14的任何部件。
消防系统14还包括位于泵8和喷嘴6之间的快速响应可变流量控制阀7。可以操作可变流量控制阀7以调节从喷嘴6排出的水的流速。这是有益的，因为从喷嘴6排出的水的流速可以根据将水喷射到其上的火的类型而变化。例如，根据灭火的需要，水的流速可以在0l/s和大约50l/s之间变化。阀7可靠近喷嘴6定位，使得操作阀7在喷嘴6处提供快速的响应，从而减少水的浪费。
此外，可以控制喷嘴6以改变来自喷嘴6的水的分布模式。例如，喷嘴6可以以射流的形式排出水以对准着火的集中区域，或者替代地，分布模式可以是降雨效果以覆盖更大的火灾的区域。分布模式通过位于可移动的喷嘴6内的滑销等来改变。各种喷嘴出口可以通过螺纹连接安设在喷嘴6上。在当前的工业标准的一种喷嘴类型中，可以致动滑销来阻止离开喷嘴6的水流以改变分布模式。当滑销向外延伸时，模式是射流。当滑销被完全插入喷嘴6时，分布模式更宽。在另一种定制的喷嘴类型中，滑销可以使前穿孔板向内或向外移动，该板可以是10毫米厚的钢质加强橡胶膜，具有大约800个直径为3毫米的孔，以提供降雨效果，流速为30升/秒，角度从零到三十度变化。
如图3所示，消防系统14还可以包括摄像机2。摄像机2被配置为捕捉喷嘴6所对准的火灾区域的图像，从而可以向定位在直升机10内的飞行员或消防员显示该区域的图像。摄像机2可以安装在直升机10框架上，从而它可以提供火灾区域的广角视图。此外，将摄像机2安装在直升机10上提供了不受来自喷嘴6的广角射流阻碍的火灾区域的视图。摄像机2和喷嘴6可以互锁并且可从一个操纵杆控制器操作或分别地控制。在直升机10内的显示器可以显示十字准线以实现喷嘴6的准确的瞄准。
图4示出了位于直升机10的机舱内的控制面板1的示意图。控制面板1包括显示器11，用于向直升机10的用户显示指示消防系统14的信息。此外，控制面板1包括用于操作泵8和可变流量控制阀7的开关12、13，用于喷嘴射流或喷射控制的开关17，以及用于摄像机和喷嘴方向控制的开关15、16。可以远程地操作控制阀7以改变从喷嘴6流出的水的流速。还可以操作泵8以通过操作控制面板1来改变水的压力，从而改变水从喷嘴6喷射出的距离。
消防系统14可由直升机10提供动力。这是有益的，因为直升机10可以向泵8和可移动的喷嘴6提供动力。这允许可移动的喷嘴6远离直升机10铰接，使得水可以对准火。电缆(未示出)从直升机10延伸到消防系统14。电缆可以从直升机的机载电源向消防系统14传送电力。此外，电缆可以连接到在直升机10内的控制面板1，使得飞行员或消防员可以从直升机控制消防系统14。本领域技术人员将理解，消防系统14也可以从直升机10内无线地控制。
图5至图7示出了根据替代实施例的消防系统14，其可以在直升机没有适合向消防系统14提供电力的可用的电源的情况下使用。消防系统14由类似于图4的合适的控制面板(未示出)控制。图5至图7中所示的实施例不是由直升机10的电源系统供电，而是通过在定制防水箱内装载在消防系统14上的24V DC可充电电池组供电。从喷嘴24排出的水压由来自贮液器15内的水的静水压力产生。
消防系统14包括可在如图5所示的展开位置和如图6所示的缠绕位置之间移动的柔性软管31。柔性软管31将喷嘴24流体地连接到贮液器15。柔性软管31将喷嘴24悬挂在贮液器15的高度下方以产生压差，使得流体可以从喷嘴24排出而无需泵来增加流体的压力。这对于在直升机10上使用是有益的，其中直升机10的电力系统不适合向泵提供电力以在排出之前对在贮液器15中的流体加压。在一个示例中，柔性软管31的长度可以在30m到40m之间，从而在喷嘴24处产生3bar到4bar的压力。
此外，将喷嘴24悬挂在贮液器15下方30m和40m之间进一步使喷嘴24与直升机10的旋翼12的下降气流保持距离。这是有益的，因为它提高了喷嘴24的稳定性，从而提高了水分配的准确性，并且还有益地减少了来自旋翼12的下降气流对从喷嘴24排出的水射流的影响。本领域技术人员将理解软管31的长度可根据应用而变化。此外，将喷嘴悬挂在直升机下方允许直升机10在森林火灾上方飞得更高，从而提高在直升机10内的飞行员的能见度和安全性。这也允许直升机10以较低的速度飞行在火灾上方以实现准确地并且在更密集的隐蔽火点的情况下持续地应用水射流以导致有效的灭火。
支撑框架35通过周界夹具3附接到贮液器15的下边缘和上边缘。框架35包括构造成分别围绕贮液器15的下边缘和上边缘延伸的下支撑构件51和上支撑构件52。这有利地实现了支撑框架35到贮液器15的牢固的附接并且还可以为贮液器15提供额外的结构支撑。
支撑框架35还包括用于缠绕或展开软管31的软管卷盘36。电驱动装置，诸如电动机34，被配置为在缠绕或展开软管31时驱动软管卷盘36。软管卷盘36包括齿轮齿部37，该齿轮齿部37周向布置并且被配置为接合电动机34上的对应的驱动齿轮。
图7显示了软管卷盘36的主视图。软管卷盘36具有两个侧架38，其支撑并引导软管31和空气动力外壳23。框架38可以从当软管如图5所示展开时从竖直轴大约150度旋转到当软管如图6所示缠绕时的大约30度。框架38还支撑导向/对齐系统74，如图9中详细所示。
支撑框架35通过四个凸缘板41附接到贮液器框架，该四个凸缘板41结合有弯曲的凹槽，以使框架35和软管卷盘36能够从竖直轴沿任一方向旋转几度。在缠绕软管31时旋转软管卷盘36有益地确保软管31卷绕在软管卷盘36的整个表面上。这将导致软管31在软管卷盘36上自动卷绕，从而它不会在一层上缠绕而是沿着软管卷盘36的整个宽度缠绕。这减小了软管卷盘36直径并因此减小了它的入口连接高度，从而导致在操作结束时在贮液器15中的保留的水减少，并允许水桶和框架均匀地降落在地面上。
消防系统14包括流体控制阀40，用于控制从贮液器15到喷嘴24的水流。可以从直升机10内控制流体控制阀40，从而可以控制来自喷嘴24的水流。
图6示出了消防系统14的另一个实施例，其中第二快速响应流体控制阀40位于空气动力外壳23上方的柔性管31上。将流体控制阀定位于软管31上是有益的，因为它能够在喷嘴24处实现更快的响应，因为没有与从软管31内的水排放相关的滞后。当在需要多次启动/停止操作的长前沿上扑灭火灾时，它还大大减少了来自软管内的水浪费，对于30m长、100mm直径的软管为300升，即标准薄膜桶总容量的10％，从而大大提高了消防效率。本领域技术人员将理解，也可以有一个位于外壳23处的流体控制阀40。
软管卷盘36可以装配有对齐/引导系统以确保在消防操作之前和之后软管31被缠绕时消防车(空气动力外壳23)轴线平行于直升机10飞行路径并且允许软管31自卷绕在软管卷盘36上。对齐/引导系统示意性地显示在图8中。圆形凸缘70安装在空气动力外壳23的顶面上。软管31附接到圆形凸缘70，使得外壳23可以通过软管31悬挂在贮液器15下方。
凸缘70包括两个径向突出的翅片72或约8mm宽、10mm高和8mm厚的翼片。软管31的直径可为约125mm，因此凸缘70和翅片72的总厚度为约141mm。本领域技术人员将理解这是一个示例并且尺寸可以变化。
对齐/引导板或引导框架74通过旋转接头77安装在支撑框架38的端部，该旋转接头77允许该板74的枢转运动或旋转，使得软管31和空气动力外壳23始终处于竖直方向。对齐/引导板74包括中空引导管道或管75，其在软管缠绕/展开动作期间可在两个狭槽76中横向地或侧向地滑动以允许自卷绕。尽管中空引导管道75的直径应大于软管31的直径，但在所述示例中中空引导管道75可具有约150mm的直径。中空引导管道75具有圆角底部孔或略微倾斜的底部入口。
图9显示了中空引导管道75的详细视图。中空引导管75包括两个厚度为10mm的V形叶片，向其中心突出，并且宽度约为5mm。叶片在中空引导管道75的底部接合以形成尖边82、84，并向上延伸和发散直到它们到达中空引导管道75的顶端。
限位开关86位于中空引导管道75的顶部，并配置为在翅片72击中限位开关86时停止软管卷盘电机。当软管卷盘36将柔性软管31缠绕到堆装位置时，叶片80接合并引导翅片72，使得翅片72接触限位开关86并停止软管卷盘36的缠绕。叶片80接合翅片72并引导它们，使得当软管31完全被堆装时翅片72接触限位开关86。有利地，在凸缘70上提供两个翅片72确保即使软管31被扭曲并且空气动力外壳23面向朝后的方向也能接触到限位开关86。
当贮液器15是空的时，软管31在重力作用下自动排空，然后在直升机10开始正常飞行和再次填充的操作之前被软管卷盘36缠绕到如图6所示的堆装状态。当贮液器15被再次填充并且直升机10在火灾附近时，软管卷盘36解除软管31的缠绕，从而可以将水分发到火灾上，如图5所示。
图5至图7的消防系统14可装配直流电源以向软管卷盘36、阀40和喷嘴24提供电力。直流电源可以来自直升机10或来自安装在支撑框架35上的独立的电池模块。
喷嘴24被容纳在空气动力模块23中。空气动力外壳23被配置为向喷嘴24提供稳定的飞行模式。这是有益的，因为它允许喷嘴24在飞行中稳定，使得从喷嘴24排出的水可以更准确地瞄准到火上。
空气动力模块23包括向外延伸的翅片或翼型件25，其构造成在飞行中稳定模块23。在使用中，软管31充满水并且因此是重的，通常约500kg。因此，软管31和消防系统14在飞行中是稳定的，然而，它们可能响应阵风而移动。当软管31因风而移动时，翅片或翼型件25产生反作用力以恢复消防系统14的稳定的飞行。
图10至图12分别示出了空气动力模块23和喷嘴24的平面图、侧视图和主视图。喷嘴24由两个致动器60、62铰接。致动器60、62可以是布置在正交轴线上的旋转接头以促进喷嘴24在三轴线上的运动。这有利地提供了对水在火上分布的方向的全面控制。
现在转向图13，更详细地示出了喷嘴24。喷嘴24可包括致动器以致动滑销90来控制来自可移动的喷嘴24的水的分布模式。滑销90可操作于改变来自可移动的喷嘴24的水分布。可移动的喷嘴24可以是定制的喷嘴24，其适于适应系统的压力和流速并实现理想的可变的射流模式以适应不同的森林火灾状况。
各种喷嘴出口可通过设置在喷嘴24的开口远端处的螺纹连接装配在喷嘴24上。在当前的工业标准的一种喷嘴类型(未示出)中，可以致动滑销90以阻止离开喷嘴24的水流来改变分布模式。当滑销90完全缩回时，使得销90不会中断水流，该模式是射流。当滑销被完全插入喷嘴24时，分布模式更宽。在该实施例中致动滑销90允许改变分布模式。
图13示出了适用于本发明的实施例的喷嘴24。图13中所示的喷嘴24被配置为将高流速的水以液滴形式传送到目标位置，并且被称为Rainmaker喷嘴。如图13所示，滑销90可沿喷嘴24的中心纵向轴线向远处或向近处移动以控制多孔板91。多孔板91定位于喷嘴24的远处开口端中并且包括10mm厚的钢质加强橡胶膜，具有大约800个直径为3mm的孔。来自贮液器15的水可以作为由板91上的孔形成的液滴离开喷嘴24，以在3Bar的压力下以30升/秒的流速提供降雨效果。滑销90可操作用于改变或操纵多孔板91的位置以便将射流的分布的角从零改变到大约二十度。在一个示例中，在30m喷嘴高度处，这允许并覆盖大约20m2到200m2的区域这预计提供理想的森林消防水分布模式。
本领域技术人员将理解，上述喷嘴24是一个示例，并且更大的喷嘴24将提供如某些应用中所需的高达每秒50-60升的更高的流速。在这个示例中，喷嘴入口尺寸可以增加到，例如100毫米，喷嘴出口直径可以增加到大约300毫米，在多孔板91中具有大约1200到1500个直径为4-6毫米的孔来适应带有5000或10000升水桶的直升机10，以扑灭更猛烈的森林火灾。
现在转向图14，更详细地示出了多孔板91。多孔板91可以是具有孔150的阵列的圆盘。根据应用，孔150的直径可以在2mm和6mm之间，并且板91可以具有多达2000个孔。板91可以是由钢加强的橡胶化膜。橡胶化膜有利地允许滑销90操纵多孔板91的形状。销90连接到多孔板91的中心并且板91的外圆周固定到喷嘴24上，使得纵向移动滑销90改变板91的轮廓，从而改变来自喷嘴24的水分布的角度。
图15a-图15c示出了当滑销90从如图15a所示的缩回位置移动到如图15c所示的完全展开位置时的一系列运动。在图15a中，销90缩回，使得板91相对于喷嘴24的远端大致凹入，从而水流的喷射角约为0度。
在图15b中，滑销90处于部分展开位置。在部分展开位置中，板91基本上是平坦的。这提供了来自喷嘴24的大约10度的喷射分布。在图15c中，滑销90处于板91凸出的完全展开位置。在这个位置，来自喷嘴的喷射分布可能约为20度。
在另一个实施例中，多孔板91可以是大约150x450mm尺寸的矩形喷嘴，以便更好地适应纵向火灾前沿。对于这个应用，软管直径可增加至125mm以提供额外的流速，其长度可增加至40m或更长以产生更高的静水压力并使直升机能够在更高、更安全的高度飞行。
图16示出了根据另一个实施例的板92的示例。本领域技术人员将理解，板92可以与圆形或矩形Rainmaker喷嘴24一起使用。图16中所示的板92包括四个5mm厚的不锈钢扇形(quadrant)板95，周界通道96由用螺栓固定在喷嘴外部的径向密封件93和圆周密封件94保持在一起，如图中详述的。密封件93允许通过滑销90使四个扇形板向内或向外移动，以便实现可远程调节的从零到二十度的来自喷嘴24的降雨效果。板92适合与Rainmaker喷嘴24一起使用，该喷嘴可以实现更高的流速，从而对森林火灾具有类似大雨的效果。
上述消防系统将能够为许多森林火灾实现理想的消防技术，如下所示：
喷嘴通常会以与垂直轴约30度的角度瞄准朝向直升机飞行路径的后部(理想情况下将进入盛行风)，以减少行进时间和在水滴或雨射流上的风阻(而这会导致空气中40％的水分流失)。通过摄像头，操作员将识别即将到来的、更强烈的隐蔽火点，并提前将喷嘴移动到竖直轴线的另一侧，并通过显示十字准线保持瞄准目标，从而能够在这样的区域上应用更高的水量。
此外，每秒30升20度的降雨效果和30m的喷嘴高度，将覆盖直径10m的区域，允许覆盖大约6m的实际火灾区域和4m的没有火灾的森林，以阻止火势蔓延。
假设平均流速为每秒20升，对于3000升水桶15的总排放时间将为150秒，在此期间直升机10可以以20公里/小时覆盖825m长的火灾前沿。然后可以根据需要在持续的火灾区域上连续行进。与目前提供约70x20米的非均匀区域覆盖、50公里/小时的直升机速度和30％的最小空中失水率的做法相比，可以看出所提议的消防系统的有效性应该是多重的。
此外，作为上述消防技术的结果，可以根据可用的直升机的数量和类型来规划填充水的贮液器的位置。例如，如果有3架装有5000升水箱的直升机可用于灭火，其中一个在火灾上方，另一个返回贮液器，第三个返回火灾，如果直升机10可以以大约80公里/小时来回飞行，那么理想的贮液器间距应该是16公里左右。这样的贮液器可以是10x20x4m深的膜衬里池塘，在夏末最小可用容量为200m3，在山区内任何容易到达、便利的河床位置经济地建造。在植被的区域内提供普遍间隔的贮液器有益地提供了再次填充直升机消防系统的机会，这样，当三架直升机的团队灭火时，可以至少有一架直升机一直在灭火，从而实现飞行消防车的概念。这种情景将大大提高空中消防操作的整体效率。
应当理解，在不脱离本申请的范围的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改。
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