CC BY
14ПОЖАРНАЯ ТАКТИКА, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ И ТУШЕНИЯ
УДК 614.842.6
СТАЦИОНАРНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ТУШЕНИЯ РАЗЛИВОВ АВИАЦИОННОГО ТОПЛИВА ВОКРУГ АВАРИЙНО ПРИЗЕМЛИВШЕГОСЯ САМОЛЁТА
Владимир Дмитриевич Захматов; Мария Валентиновна Панкратова^1.
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, Санкт-Петербург, Россия ^г. masha-oskol@mail. ги
Аннотация. Ежегодно происходит множество аварийных посадок самолёта с деформацией корпуса, сопровождающихся разливами топлива и их возгоранием. Пожары разлитого авиатоплива характеризуются большими размерами, быстрым распространением горения по всей площади воздушного судна, высокой скоротечностью и большой температурой в зоне горения (более 1 000 °С), приводящей к быстрому прогоранию обшивки фюзеляжа, неизбежно заканчивающейся гибелью пассажиров и экипажа. Нередко аварийный самолёт разрушается и взрывается при движении по взлетно-посадочной полосе. Современные пожарные аэродромные автомобили не могут гарантировать тушение остановившегося самолёта и горящего разлива авиатоплива вокруг него. Современная пожарная техника не может обеспечить тушение горящих самолётов в движении. В статье описывается новая технология тушения разливов авиационного топлива вокруг аварийно приземлившегося самолёта импульсными газокапельными шквалами и газопорошковыми вихрями с широким фронтом. Эти вихри создаются только многоствольными залпово-распылительными модулями. Они способны создать эффективно работающие линии вдоль всей взлетно-посадочной полосы. Другой вариант - использование залпово-распылительных модулей на шасси аэродромных автомобилей на взлетно-посадочной полосе, вездеходов для тушения самолёта, выкатившегося за пределы полосы, и стай беспилотных летательных аппаратов для тушения самолётов, приземлившихся вне территории аэропорта.
Ключевые слова: аварийный самолёт, аварийное приземление, взлётно-посадочная полоса, разлив авиатоплива, лимит времени тушения, многоствольные модули, импульсное распыление, огнетушащие составы, огнетушащие шквалы, широкий фронт
Для цитирования: Захматов В.Д., Панкратова М.В. Стационарные системы для тушения разливов авиационного топлива вокруг аварийно приземлившегося самолёта // Науч.-аналит. журн. «Вестник С.-Петерб. ун-та ГПС МЧС России». 2022. № 1. С. 22-29.
© Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2022
22
STATIONARY SYSTEMS FOR EXTINGUISHING AVIATION FUEL SPILLS AROUND A CRASH-LANDED AIRCRAFT
Vladimir D. Zakhmatov; Maria V. Pankratova.
Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia, Saint-Petersburg, Russia masha-oskol@mail. ru
Abstract. Every year there are many emergency landings of the aircraft with deformation of the hull, accompanied by fuel spills and their ignition. Fires of spilled jet fuel are characterized by large size, rapid spread of combustion over the entire area of the aircraft, high transience and high temperature in the burning zone (more than 1000 ° C), leading to rapid burnout of the fuselage skin, inevitably ending with the death of passengers and crew. Often, an emergency aircraft is destroyed and explodes while moving along the runway. Modern airfield fire trucks cannot guarantee the extinguishing of a stopped aircraft and a burning jet fuel spill around it. Modern firefighting equipment cannot provide extinguishing of burning aircraft in motion. The article describes a new technology for extinguishing aviation fuel spills around a crash-landed aircraft with pulsed gas-drop squalls and gas-powder vortices with a wide front. These vortices are created only by multi-barrel volley-spray modules. They are able to create efficient working lines along the entire runway. Another option is to use salvo-spray modules on the chassis of airfield vehicles to extinguish on the runway, all-terrain vehicles to extinguish an aircraft that rolled out of the runway, and flocks of unmanned aerial vehicles to extinguish aircraft that landed outside the airport.
Keywords: emergency aircraft, emergency landing, runway, jet fuel spill, extinguishing time limit, multi-barrel modules, pulse spraying, fire extinguishing compounds, fire extinguishing squalls, wide front
For citation: Zakhmatov V.D., Pankratova M.V. Stationary systems for extinguishing aviation fuel spills around a crash-landed aircraft // Nauch.-analit. jour. «Vestnik Saint-Petersburg university of State fire Service of EMERCOM of Russia». 2022. № 1. P. 22-29.
Введение
Одной их актуальных проблем настоящего времени является проблема гибели людей при аварийном приземлении самолетов в аэропортах. Несмотря на то, что аэродромные пожарные автомобили укомплектованы дорогостоящим оборудованием и стоят порядка 2,5 млн евро, их характеристик не хватает для оперативного предотвращения возгорания при авариной посадке воздушного судна (ВС). Сложность и высокая стоимость гидравлических, пневматических и пневмо-импульсных систем не позволяет оборудовать взлетно-посадочную полосу (ВПП) дистанционно управляемыми автоматическими системами пожаротушения. Данная проблема все еще не решена по следующим причинам:
1) большой площади горения разлива авиабензина от 400 до 2 500 м вокруг остановившегося после аварийного приземления самолёта;
2) быстрого движения самолёта по ВПП, сопровождающегося утечкой авиабензина, его быстроразвивающимся горением, раздуваемым встречным потоком воздуха. При этом высока вероятность перехода пожара во взрыв с гибелью пассажиров и экипажа при движении самолёта на ВПП. В настоящее время тушить самолёт в движении не способны даже самые мощные аэродромные пожарные машины;
3) высока опасность взрыва при тушении остановившегося самолёта, окружённого «озером» горящего авиабензина, и проникновения горения внутрь самолёта, например через гондолы выпущенных шасси;
4) время тушения от момента остановки аварийного самолёта ограничено одной-двумя минутами, на протяжении которых борт самолёта может защитить пассажиров [1, 2].
23
Наибольшие опасности, разрушающие корпус самолёта и убивающие пассажиров:
1 ) быстрое прогорание обшивки фюзеляжа и проникновение пожара во внутренние полости - означает быструю гибель всех пассажиров;
2) угроза взрыва неразрушенных топливных баков - означает взрывное разрушение самолёта и гибель пассажиров;
3) воспламенение шин шасси и барабанов колёс, выполненных из магниевых сплавов - обрушение самолёта - взрыв и гибель пассажиров;
4) взрыв амортизационных стоек шасси, так как они находятся под высоким давлением - обрушение самолёта - взрыв и гибель пассажиров [3, 4].
Методы исследования
При аварии самолёта топливо может растекаться на значительную площадь, например, у Боинга-747 площадь может достигать Sро3л=2000 м2, у самого малого рейсового пассажирского самолёта, например, типа АН-26 Sро3л=400 м2. Площадь разлива топлива зависит от массы, длины самолета, диаметра фюзеляжа, массы и распределения топлива, имеющегося в топливных баках самолёта [5].
Разлитое авиатопливо является одной из основных причин быстрого возгорания ВС, оно способно молниеносно распространиться на большие площади, что представляет угрозу спасения людей. Такие пожары характеризуются высокой скоростью, большой температурой (более 1 000 °С) и распространением пламени по всей площади ВС [6]. В ходе испытаний было установлено, что возгорание разлитого топлива за считанные минуты (2-3 мин) способно привести к прогоранию фюзеляжа и распространению пламени во всех частях самолета. В результате такого пожара происходит разложение и горение конструкционных, синтетических, отделочных материалов с выделением большого количества отравляющих веществ [7]. Также при воздействии на топливные баки пожар может привести к их разрушению, что способствует усилению горения и возможному взрыву. Наибольшую опасность для пассажиров и членов экипажа представляют взрывы фюзеляжных топливных баков, которые могут сопровождаться выбросом топлива внутрь пассажирских салонов.
Аэродромные пожарные машины даже при параллельной подаче воды или пены из спаренных стволов нескольких машин недостаточно эффективны для тушения горящих самолётов и вертолётов из-за малой площади фронта огнетушащих струй. Из-за высокого радиуса поражающего теплоизлучения от горящего разлива топлива машины не могут подъехать достаточно близко, чтобы подавать воду и пену тонкораспыленными струями с площадью фронта тушения до 10 раз больше, чем у компактных струй. Подача компактными струями с малой площадью фронта приводит к удельным расходам огнетушащих средств (ОС) до 100-1 000 л/м2, долгому тушению, повторным воспламенениям потушенной площади [8].
Результаты исследования и их обсуждение
Авторы предлагают новую технологию пожаротушения воздушных судов путем применения импульсных газокапельных шквалов и газопорошковых вихрей с широким фронтом тушения (600-1 500 м2/с). Эти вихри и шквалы создаются только многоствольными залпово-распылительными модулями (ММ). Такие модули способны создать линии тушения вдоль всей ВПП, при этом они не имеют систем наведения, мощных насосов и трубопроводов. Второй вариант - это использование мобильных ММ, распложенных на ходовой части аэродромных автомобилей, вездеходов, на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), предназначенных для тушения самолётов, приземлившихся вне ВПП.
В табл. 1 показан диапазон вариантов многоствольных модулей. На рис. 1, 2 можно увидеть тушение авиатоплива при помощи ММ, а на рис. 3, 4 представлены дистанционно
24
управляемые компьютером ММ, смонтированные на стационарных основаниях и создающие залп из девяти стволов.
Рис. 1. 400 м2 горящего авиатоплива потушено вихрем за одну секунду с дистанции 60 м
и за 1,5 сек. с дистанции 100 м
Рис. 2. Шквал на дистанцию 120-150 м
Рис. 3. Стационарные автономные 9-ствольные дистанционно управляемые модули
25
Рис. 4. Начальная стадия залпа из девяти стволов, распыляющих 180 кг порошка на дальность
до 150 м с площадью тушения до 850 м2
Таблица. Характеристики ММ на различных шасси
Площадь
Вес ОС в канале Дальность тушения/сек.
Наименование Число Общий вес ствола/залп тушения ствола/залп
шасси стволов ММ, кг макс/всех стволов, кг ствол/залп 10 стволов, м 10 стволов/серия залпов всех стволов, м2
На прицепе 9 620 15/135 23/75 25/250
9 1450 20/180 28/90 35/540
16 1660 20/160/320 28/100 35/500/1100
На лафете 20 1200 18/180/360 32/230 40/900/1800
25 2250 20/240/500 20/100 35/500/1600
30 1850 18/180/540 33/240 40/900/2700
Танк Т-62 50 - 25/250/1250 31/120 50/800/4000
КРАЗ 29 - 15/60/435 25/50-55 30/150/1050
БТР-152 24 - 10/20/240 120/200 30/50/600
Шасси
колесный танк 80-100 - 30/300/2400 35/210 50/1000/10000
«Дана»-Татра
Стационарный мощный 9-ствольный ММ-9 полным залпом из девяти стволов
распыляет до 180 кг огнетушащего вещества (ОВ), создавая вихрь дальностью тушения
до 150 м с площадью тушения до 500-1000 м , 25-ствольный ММ-25 распыляет залпами
из восьми-девяти стволов по 120-135 кг ОВ на дальность до 60-70 м и тушит 2 2 2 350-400 м /залп (в сумме от 1200 м до 2500 м при серии залпов зависимо
от их взаимодействия) [9, 10]. Новые ММ-9, ММ-20 (2 залпа по 10 стволов без перезарядки),
ММ-30 (3 залпа по 10 стволов без перезарядки) способны тушить мощный модельный очаг
пожара с дистанции 100 м за 1 с и распространять вихрь на 200 м при площади воздействия
до 1 000-1 200 м2 при залпе из 10 стволов, распыляющих суммарно 200 кг ОВ.
Данная техника успешно применялась в зоне Чернобыльской АЭС, на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), арсеналах боеприпасов (БП), химических заводах, тушении газовых высокодебитных скважин и разливов дизтоплива, бензина, в том числе на модельных стартовых пусковых ракетных стартах для тушения песком химических веществ. Можно создать эффективные стационарные модули для автоматизированных систем вдоль ВПП и аэродромные пожарные машины, оснащённые многоствольными распылительными модулями, гарантирующими своевременное тушение аварийных самолётов на ВПП и вертолётов на посадочных площадках.
26
По договору с заказчиком создается комплекс новой и уникальной техники, реально способной гарантировать:
1) тушение возгораний и предотвращение взрыва самолёта при его аварийном приземлении и движении по ВПП (возможно с частичным разрушением корпуса и разливом авиатоплива по пути движения самолёта на ВПП);
2) тушение разлива авиатоплива вокруг остановившегося самолёта и предотвращения взрыва паров авиатоплива на ВПП или за её пределами до сохранения корпусом самолёта защиты пассажиров и экипажа;
3) обеспечение спасения экипажа и пассажиров.
Комплекс состоит из:
1) автоматической системы, управляемой компьютером и исполнительных подсистем из стационарных ММ, расставленных вдоль ВПП с обеих сторон в шахматном порядке через определённую дистанцию друг от друга;
2) аэродромные пожарные машины с ММ для усиления тушения разлива авиатоплива и самолёта после его остановки на ВПП;
3) вездеходы с ММ для тушения самолёта, выкатившегося с ВПП, и разлива вокруг
него;
4) БПЛА с ММ горизонтального распыления для тушения самолёта, приземлившегося за территорией аэропортов.
Ориентировочная стоимость оснащения одной ВПП длиной 2 500 м: автоматическая система из 50 автономных модулей ММ-20 с дистанционным пультом автоматического управления - стоимость одного модуля 70.000 евро с электронным управлением и монтажом 120.000 евро, стоимость системы автоматического управления 1.900.000 евро + пусконаладка 500.000 евро = всего система модулей 120.000 х 50=6.000.000 евро, три пожарные машины на шасси «Дана-ММ-72»=3.600.000 евро; три вездехода на гусеничном шасси с самоходной артиллерийской установкой с ММ-50=1.500.000-2.000.000 евро; кластер из 10 беспилотников с ММ-20 и система управления =6.000.000 евро=17.800.000 евро. Это 10 % стоимости убытков от гибели одного Боинга-747 и выплатой компенсации за гибель 300 пассажиров и 20 членов экипажа =$ 378.000.000+320х$ 150.000 (минимальная выплата) или (900.000 - средняя выплата семьям погибших)=$ 425.000.000 или $ 666.000.000. Стоимость оборудования ВПП=42-66 млн евро=10 % от убытков одной авиакатастрофы и выплат семьям погибших. То есть система окупает себя при спасении пассажиров после первой успешно предотвращённой аварии. Кроме того, система создаст аэропорту репутацию безопасного взлёта - посадки, что принесёт ему больше прибыли.
Заключение
Таким образом, в статье предложена и обоснована новая технология тушения разливов авиационного топлива вокруг аварийно приземлившегося самолёта, которая предполагает использование стационарных многоствольных модулей, расставленных вдоль ВПП, пожарных машин с многоствольными модулями для усиления тушения разлива авиатоплива и самолёта после его остановки. Также в статье описан экономический эффект от использования данного комплекса.
Список источников
1. ГОСТ 34350-2017. Техника пожарная. Основные пожарные автомобили. Общие технические требования. Методы испытаний. Доступ из справ. -правовой системы «Гарант».
2. ГОСТ Р 59213-2020. Техника пожарная. Аэродромные пожарные автомобили. Общие технические требования. Методы испытаний. Доступ из справ. -правовой системы «Гарант».
3. Захматов В.Д., Онов В.А., Зыков А.В. Разработка ствольных систем импульсного распыления сорбентов и биосорбентов для ликвидации аварийных разливов нефти //
27
Комплексная безопасность и физическая защита: сб. докладов VIII Мемориальн. семинара проф. Б.Е. Гельфанда; XV Межд. науч.-практ. конф. СПб.: С.-Петерб. ун-т ГПС МЧС России, 2019. C. 24.
4. Технология импульсной ликвидации разливов нефти на море, океане // Успехи современного естествознания. 2015. №10. С. 92-99.
5. Захматов В.Д., Пророк В.Я., Клеймёнов А.В. Анализ разработок специализированных пожарных машин для защиты объектов нефтегазового комплекса (часть 1) // Проблемы управления рисками в техносфере. 2017. № 4 (44). C. 17-25.
6. Верзилин М.М., Повзик Я.С. Пожарная тактика. M «СПЕЦТЕХНИА НПО», 2007.
440 с.
7. Кимстач И.Ф. Пожарная тактика. М.: СИ, 1984. С. 507-521.
8. Тактика действий подразделений пожарной охраны в условиях возможного взрыва газовых баллонов в очаге пожара: рекомендации. М.: ВНИИПО, 2001.
9. Степанов К.Н., Повзик Я.С., Рыбкин И.В. Пожарная техника. М.: ЗАО «СПЕЦТЕХНИКА», 2003. 400 с.
10. Системы немедленного тушения возгораний и локализации вспышек, взрывов на испытательных стендах авиационных и ракетных двигателей, также стартовых ракетных комплексов и взлетно-посадочных полос / В.Д. Захматов [и др.] // Восьмые Уткинские чтения: труды общерос. науч.-техн. конф. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2019. С. 57-59.
References
1. GOST 34350-2017. Tekhnika pozharnaya. Osnovnye pozharnye avtomobili. Obshchie tekhnicheskie trebovaniya. Metody ispytanij. Dostup iz sprav.-pravovoj sistemy «Garant».
2. GOST R 59213-2020. Tekhnika pozharnaya. Aerodromnye pozharnye avtomobili. Obshchie tekhnicheskie trebovaniya. Metody ispytanij. Dostup iz sprav.-pravovoj sistemy «Garant».
3. Zahmatov V.D., Onov V.A., Zykov A.V. Razrabotka stvol'nyh sistem impul'snogo raspyleniya sorbentov i biosorbentov dlya likvidacii avarijnyh razlivov nefti // Kompleksnaya bezopasnost' i fizicheskaya zashchita: sb. dokladov VIII Memorial'n. seminara prof. B E. Gel'fanda; XV Mezhd. nauch.-prakt. konf. SPb.: S.-Peterb. un-t GPS MCHS Rossii, 2019. C. 24.
4. Tekhnologiya impul'snoj likvidacii razlivov nefti na more, okeane // Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2015. №10. S. 92-99.
5. Zahmatov V.D., Prorok V.YA., Klejmyonov A.V. Analiz razrabotok specializirovannyh pozharnyh mashin dlya zashchity ob"ektov neftegazovogo kompleksa (chast' 1) // Problemy upravleniya riskami v tekhnosfere. 2017. № 4 (44). C. 17-25.
6. Verzilin M.M., Povzik Ya.S. Pozharnaya taktika. M «SPECTEKHNIA NPO», 2007.
440 s.
7. Kimstach IF. Pozharnaya taktika. M.: SI, 1984. S. 507-521.
8. Taktika dejstvij podrazdelenij pozharnoj ohrany v usloviyah vozmozhnogo vzryva gazovyh ballonov v ochage pozhara: rekomendacii. M.: VNIIPO, 2001.
9. Stepanov K.N., Povzik Ya.S., Rybkin I.V. Pozharnaya tekhnika. M.: ZAO «SPECTEKHNIKA», 2003. 400 s.
10. Sistemy nemedlennogo tusheniya vozgoranij i lokalizacii vspyshek, vzryvov na ispytatel'nyh stendah aviacionnyh i raketnyh dvigatelej, takzhe startovyh raketnyh kompleksov i vzletno-posadochnyh polos / V.D. Zahmatov [i dr.] // Vos'mye Utkinskie chteniya: trudy obshcheros. nauch.-tekhn. konf. SPb.: Balt. gos. tekhn. un-t, 2019. S. 57-59.
28
Информация о статье:
статья поступила в редакцию: 08.02.2022; одобрена после рецензирования: 21.02.2022; принята к публикации: 28.02.2022
The information article info: the article was received by the editorial office: 08.02.2022; approved after review: 21.02.2022; аccepted for publication: 28.02.2022
Информация об авторах:
Владимир Дмитриевич Захматов, старший научный сотрудник отдела планирования, организации и координации научных исследований центра организации научно-исследовательской и редакционной деятельности Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149), доктор технических наук, профессор, e-mail: zet.pulse@gmail.com
Мария Валентиновна Панкратова, адъюнкт факультета подготовки кадров высшей квалификации Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149), e-mail: r.masha-oskol@mail.ru
Information about the authors:
Vladimir D. Zakhmatov, senior researcher, department of planning, organization and coordination of scientific research, center for organization of scientific research and editorial activities Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia (196105, St. Petersburg, Moskovsky pr., 149), doctor of technical sciences, professor, e-mail: zet.pulse@gmail.com
Maria V. Pankratova, adjunct of the faculty of highly qualified personnel training Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia (196105, St. Petersburg, Moskovsky pr., 149), e-mail: r.masha-oskol@mail.ru
29
