Устройство для локализации и тушения лесных пожаров

 

Использование: в противопожарной обороне, в частности для локализации и тушения лесных пожаров. Сущность изобретения: отражающий экран, выполненный в виде двугранного угла с размещенным внутри него шнуровым зарядом взрывчатого вещества, отражает ударную волну. 3 ил.

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к локализации и тушению лесных пожаров.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство [1] Данное устройство содержит шнуровой заряд взрывчатого вещества (ВВ), инициирующее средство и гибкий отражающий экран. Заряд ВВ и отражающий экран подвешивают в пологе леса и подрывают перед фронтом лесного пожара. Дальнейшее распространение пожара прекращается.

К недостаткам его следует отнести неполное использование энергии взрыва из-за того, что гибкий экран рвется под действием падающей ударной волны и энергия частично рассеивается в пространстве за экраном. Кроме того, из-за формы экрана (он имеет вид стенки) часть энергии бесполезно рассеивается в полупространстве перед экраном, т.е. для тушения пожара используется лишь малая часть выделенной энергии взрыва.

Целью изобретения является повышение эффективности тушения пожара.

На фиг. 1 показан отражающий экран; на фиг. 2 угол падения; на фиг. 3 схема испытаний.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для локализации и тушения лесных пожаров содержится отражающий экран 1 (фиг. 1), выполненный в виде двугранного угла величиной 2 α110-120^о, а шнуровой заряд 2 расположен на биссектрисе угла параллельно ребру на расстоянии х_*=0,4-0,6lcos α от вершины этого угла, где l длина стороны экрана, 2 α100-120^о. Экран может быть выполнен из полиэтилена, дюралюминия, картона, т.е. как гибким, так и жесткой конструкции.

Выбор угла 2 α и места размещения заряда х_* осуществляют с использованием геометрической теории регулярного отражения ударных волн, возникающих при взрыве шнурового заряда (Физика взрыва./Под ред. К. П. Станюковича. М. Наука, 1975, 704 с.). Эта теория при известном угле падения ударной волны на твердую стенку позволяет получить угол отражения, т.е. направление движения отраженной ударной волны.

В нашем случае (фиг. 2) угол падения ϕ α α _о, где α полуугол пересечения плоскостей экрана 1 является известной величиной, а α _о определяется как угол наклона касательной 2 к фронту падающей ударной волны 3 в точке отражения А ударной волны от поверхности экрана. Уравнение фронта падающей ударной волны в системе координат, связанной с точкой пересечения образующих полуплоскостей экрана, имеет вид: (х-х_*)²+y²=R², (1) где х_* координата расположения шнурового заряда; R радиус ударной волны, который определяется по формуле R=, (х_о, y_o) координаты точки отражения.

Из уравнения (1) следует (рассматривается верхняя полуплоскость) tgα_o= = . (2) Угол отражения ударной волны ω в точке (х_о, y_о) определяется из уравнения (Физика взрыва./Под ред. К. П. Станюковича, М. Наука, 1975, с. 284-285) μ²(1- μ²)²(t_o-t₂)+ μ [(1 μ²)²-(t_o-t₂)² (μ²+t_ot₂)²]-(t_o-t₂)=0 (3) Здесь μ , μ²= t_o= tgΨ t₂= tgω = , P_o давление газа перед фронтом падающей ударной волны; Р₁ за фронтом падающей ударной волны, для сильных ударных волн, как в нашем случае, =0, γ 1,4 показатель адиабаты воздуха. По физическим соображениям из двух корней уравнения (3) выбирается минимальный.

В результате проведенного численного эксперимента (решения уравнений 1-3) было получено, что оптимальный с точки зрения наиболее эффективного использования данного устройства двугранный угол 2 α должен быть равен 110-120^о, шнуровой заряд расположен на биссектрисе параллельно ребру (это обеспечит максимальное отражение ударных волн) и координата места расположения заряда связана с длиной экрана l следующим отношением х_*=0,4-0,6lcos α При х_*<0,4lcos α и 2 α <110 отраженные взрывные волны фокусируются вблизи экрана, при этом зона дальнобойности устройства, а следовательно, и эффективность уменьшаются. Кроме того, может наступить разрушение корпуса отражающего экрана. При х_*>0,6lcos α и 2 α >120^о происходит неполное использование заряда ВВ за счет рассеивания отраженных взрывных волн в окружающее пространство.

Следовательно, выбор угла и места размещения заряда обеспечит максимальное давление взрывных волн в фокальной области и, как следствие этого, максимальную эффективность при тушении лесного пожара.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа геометрической формой отражающего экрана, а именно экран выполнен в форме двугранного угла величиной 110-120^о.

Другое отличие заключается в выборе места размещения шнурового заряда. Шнуровой заряд расположен на биссектрисе двугранного угла параллельно ребру на расстоянии х_*=0,4-0,6lcos α Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Данное устройство можно применять для тушения верхового и низового пожара, отличия будут только в размещении экрана: для верхового экрана подвешивают в пологе леса на высоте z=h/2, где h высота верхней границы полога леса, а для низового размещают на земле.

В качестве примера конкретной реализации предложенного технического решения приводим результаты полунатурных испытаний в модельных полосах, состоящих из деревьев сосны высотой 3 м. На фиг. 3 показана схема испытаний. Сосны 4 вкопаны в грунт 5. С наветренной стороны (стрелками на фиг. 3 обозначено направление ветра) инициируют фронт верхового пожара 6. Гибкий отражающий экран 1, изготовленный из полиэтилена с длиной стороны l=2 м и полууглом пересечения плоскостей экрана α 60^о, размещают в кронах деревьев на высоте 1,5 м. Эта высота является оптимальной для сбивания фронта верхового пожара в сосновых молодняках, в которых высота деревьев составляет 3 м. Внутри него на биссектрисе угла параллельно ребру на расстоянии x_*=0,5 м помещают шнуровой заряд 2 типа ЭШ-1П (ПЖВ-20). Оценка эффективности отражающего экрана проводилась по результатам измерения давления с помощью датчиков типа ГПС-6.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Анализ результатов сравнительных испытаний показал, что отражающий экран позволяет фокусировать взрывные волны, в результате чего давление во фронте волны повышается от 11 до 43% Распространение верхового пожара во всех опытах прекратилось.

Таким образом, использование заявленного устройства позволит за счет повышенного сфокусированного давления эффективно и надежно сбивать фронт пожара и локализованный процесс горения, эффективно и надежно тушить низовые лесные пожары в местах завалов, повысить оперативность тушения лесных пожаров.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ТУШЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ, содержащее шнуровой заряд взрывчатого вещества и экран для отражения взрывной волны, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса тушения пожара, отражающий экран выполнен в виде двугранного угла величиной 2α=110-120°C с размещенным внутри него на биссектрисе угла параллельно ребру на расстоянии X=(0,4-0,6)l·cosα шнуровым зарядом, где l длина стороны экрана, a-1/2 угла пересечения плоскостей экрана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4