一种加装在直升机上的喷水装置论文和设计-刘超

全文摘要

本实用新型公开了一种加装在直升机上的喷水装置，包括设置在直升机底部的高压泵和与高压泵连通的水枪，所述水枪包括枪管和喷嘴，枪管的一端与高压泵连通，喷嘴设置在枪管的另外一端上；所述枪管为多级变径导流管，即沿枪管轴向，从枪管的一端往喷嘴方向，多级变径导流管的内管直径逐渐变小。本实用新型能达到高水压、远射程的效果，满足了高楼灭火的需求。

主设计要求

1.一种加装在直升机上的喷水装置，包括设置在直升机底部的高压泵和与高压泵连通的水枪，其特征在于：所述水枪包括枪管和喷嘴，枪管的一端与高压泵连通，喷嘴设置在枪管的另外一端上；所述枪管为多级变径导流管，即沿枪管轴向，从枪管的一端往喷嘴方向，多级变径导流管的内管直径逐渐变小。

设计方案

2.根据权利要求1所述的加装在直升机上的喷水装置，其特征在于：所述枪管包括一级导流管、二级导流管和三级导流管，一级导流管的内直径大于二级导流管的内直径，二级导流管的内直径大于三级导流管的内直径。

3.根据权利要求2所述的加装在直升机上的喷水装置，其特征在于：所述一级导流管的一端与高压水泵连通，一级导流管的另外一端通过圆锥台状导管一与二级导流管的一端连通，二级导流管的另外一端通过圆锥台状导管二与三级导流管的一端连通，喷嘴设置在三级导流管的另外一端上；圆锥台状导管一和圆锥台状导管二的大头端均位于靠近高压水泵一侧，圆锥台状导管一和圆锥台状导管二的小头端均位于靠近喷嘴一侧。

4.根据权利要求3所述的加装在直升机上的喷水装置，其特征在于：在所述枪管内还设置有导流片，所述导流片包括导流片一和导流片二，导流片一设置在一级导流管内且位于靠近一级导流管的一端端部位置，导流片二设置在喷嘴内且位于靠近三级导流管另外一端位置。

5.根据权利要求4所述的加装在直升机上的喷水装置，其特征在于：所述导流片一和导流片二均包括中部导流杆和沿中部导流杆周向依次设置在中部导流杆外周面上的多个导流片本体；通过将导流片一的多个导流片本体一侧部均与一级导流管内固接，从而将导流片一设置在一级导流管内，通过将导流片二的多个导流片本体一侧部均与圆锥台状喷嘴内固接，从而将导流片二设置在喷嘴内。

6.根据权利要求5所述的加装在直升机上的喷水装置，其特征在于：喷嘴也设置为圆锥状喷嘴，圆锥状喷嘴的大头端与三级导流管的另外一端连通，圆锥状喷嘴的锥度设置为1:7。

7.根据权利要求1至6中任意一项权利要求所述的加装在直升机上的喷水装置，其特征在于：在高压泵与枪管之间还设置有方向调整控制装置，所述方向调整控制装置包括与高压泵连通的管座体和设置在管座体上的涡轮蜗杆机构一，涡轮蜗杆机构一的涡轮轴向垂向设置，在涡轮蜗杆机构一的涡轮上固接有连通管，连通管的一端与涡轮蜗杆机构一的涡轮固接，在连通管的另外一端上设置有涡轮蜗杆机构二，涡轮蜗杆机构二的涡轮轴向水平设置，枪管固接在涡轮蜗杆机构二的涡轮上。

8.根据权利要求7所述的加装在直升机上的喷水装置，其特征在于：在直升机的底部通过连杆设置有吊架，在吊架上设置有水箱；连杆的一端穿过水箱与吊架连接，连杆的另外一端与直升机的底部连接；在吊架的一侧上设置有支架，高压泵和方向调整控制装置均设置在所述支架上。

9.根据权利要求8所述的加装在直升机上的喷水装置，其特征在于：在所述连杆的另外一端上设置有空气悬浮减震机构，所述连杆的另外一端通过空气悬浮减震机构与直升机底部连接。

10.根据权利要求9所述的加装在直升机上的喷水装置，其特征在于：所述空气悬浮减震机构包括气缸，通过将气缸的缸体与连杆的另外一端连接，气缸的活塞杆与直升机底部连接，从而使得连杆的另外一端通过空气悬浮减震机构与直升机底部连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种加装在直升机上的喷水装置，属于消防航空技术领域。

背景技术

消防航空技术的核心装备是消防飞机，由于直升机具有垂直起降、空中悬停等独特性能，在很多方面更适合消防任务的需要，所以各国消防机构更倾向于重点发展直升机技术，用于森林火灾、水难救助、战斗员投送、伤员运输、（超）高层火灾被困者转运等特殊任务，主要划分为：高空灭火、应急救援、空中运输、侦察指挥等四大救援职能。

现代城市建设迅猛发展，商务、住宅高楼越来越多、越来越高，高楼的消防火灾多次出现，生命和财产得不到保障。直升机在城市高楼灭火救援过程中，复杂的建筑物楼栋区间给直升机带来极大的安全隐患，给驾驶员带来很大的挑战，直升机靠火源楼面太近容易造成大的安全隐患，离得太远不能很好的满足高效灭火的需求。现有技术中，直升机上的喷水装置进行消防救灾达不到高水压、远射程的效果，不能很好的满足高楼灭火的需求。

公开号为CN107773869A，公开日为2018年3月9日的中国发明专利公开了一种直升机载消防二维高压喷头，包括一级固定架、二级动作架和喷管组件，一级固定架固定设置在直升机的外部，一级固定架连接有二级动作架，二级动作架连接有喷管组件。

公开号为CN202345915U，公开日为2012年7月25日的中国实用新型公开了一种一种高层架壁式喷水消防直升机，包括机体、消防水带箱、挂钩臂杆、叉臂杆，所述的机体后底设置对称的伸缩挂钩臂杆，挂钩臂杆下节内设液压伸缩器调节伸展和收回；所述的机体下后底又各设斜度叉臂杆，叉臂杆下节内设各液压伸缩器调节伸展和收回，叉臂杆下节伸缩处连接各力叉液压伸缩器调节；所述的机体机舱内消防水带箱中心轴一端设水枪带接口连接喷枪带，另一端设齿轮与电动机轴齿轮铰接水带收卷和放下，中心轴中间又设水带接口与消防车泵水匹配。

公开号为CN203714179U，公开日为2014年7月16日的中国实用新型专利公开了一种灭火直升机，其包括单桨或双桨的直升机，直升机机体内前端有驾驶室和操纵室，后端有水箱；水箱的上端有进水口，进水口处密封固定有进水咀，进水咀上安装有进水开关，其底端开有出水口，出水口通过密封固定在其上的出水管连接高压泵，高压泵通过出水管密封连接高压水枪的末端硬管的末端；出水管和高压泵位于机体和水箱的夹层内，高压泵可拆卸地固定在水箱侧壁上；机体下端开有高压水枪的安装孔；高压水枪由水枪管和高压喷头组成，水枪管由多节可伸缩的、且伸出后之间密封固定在一起的硬管组成，高压喷头固定在前端硬管的前端，末端硬管的末端密封固定在机体的安装孔上；末端硬管处的上方机体上固定有液压缸A的缸体，液压缸A的活塞杆A上铰接有支撑杆A，支撑杆A的另一端铰接在前端硬管上固定的连接座上，活塞杆A的移动能将各节硬管倾斜推出；在各节硬管收缩后，其前端硬管对应位置上方的机体上固定有液压缸B的缸体，液压缸B的活塞杆B上铰接有支撑杆B，支撑杆B的另一端铰接在前端硬管上固定的连接座上，活塞杆B的移动能将末端硬管垂直推出；活塞杆A和活塞杆B的移动能使水枪管最终达到与水平方向的夹角呈60°-90°的角度；液压缸A和液压缸B的进液管和回液管分别通过液压管和电磁阀连接在位于操纵室内的液压站上。

上述专利文献中的直升机虽然进行了一系列的改进，但还是达不到高水压、远射程的需求。

综上，如何设计一种加装在直升机上的喷水装置，使其能达到高水压、远射程的效果，满足高楼灭火的需求是急需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种加装在直升机上的喷水装置，其能达到高水压、远射程的效果，满足了高楼灭火的需求。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：一种加装在直升机上的喷水装置，包括设置在直升机底部的高压泵和与高压泵连通的水枪，所述水枪包括枪管和喷嘴，枪管的一端与高压泵连通，喷嘴设置在枪管的另外一端上；所述枪管为多级变径导流管，即沿枪管轴向，从枪管的一端往喷嘴方向，多级变径导流管的内管直径逐渐变小。

优选的，所述枪管包括一级导流管、二级导流管和三级导流管，一级导流管的内直径大于二级导流管的内直径，二级导流管的内直径大于三级导流管的内直径。

优选的，所述一级导流管的一端与高压水泵连通，一级导流管的另外一端通过圆锥台状导管一与二级导流管的一端连通，二级导流管的另外一端通过圆锥台状导管二与三级导流管的一端连通，喷嘴设置在三级导流管的另外一端上；圆锥台状导管一和圆锥台状导管二的大头端均位于靠近高压水泵一侧，圆锥台状导管一和圆锥台状导管二的小头端均位于靠近喷嘴一侧。

优选的，在所述枪管内还设置有导流片，所述导流片包括导流片一和导流片二，导流片一设置在一级导流管内且位于靠近一级导流管的一端端部位置，导流片二设置在喷嘴内且位于靠近三级导流管另外一端位置。

优选的，所述导流片一和导流片二均包括中部导流杆和沿中部导流杆周向依次设置在中部导流杆外周面上的多个导流片本体；通过将导流片一的多个导流片本体一侧部均与一级导流管内固接，从而将导流片一设置在一级导流管内，通过将导流片二的多个导流片本体一侧部均与圆锥台状喷嘴内固接，从而将导流片二设置在喷嘴内。

优选的，喷嘴也设置为圆锥状喷嘴，圆锥状喷嘴的大头端与三级导流管的另外一端连通，圆锥状喷嘴的锥度设置为1:7。

优选的，在高压泵与枪管之间还设置有方向调整控制装置，所述方向调整控制装置包括与高压泵连通的管座体和设置在管座体上的涡轮蜗杆机构一，涡轮蜗杆机构一的涡轮轴向垂向设置，在涡轮蜗杆机构一的涡轮上固接有连通管，连通管的一端与涡轮蜗杆机构一的涡轮固接，在连通管的另外一端上设置有涡轮蜗杆机构二，涡轮蜗杆机构二的涡轮轴向水平设置，枪管固接在涡轮蜗杆机构二的涡轮上。

优选的，在直升机的底部通过连杆设置有吊架，在吊架上设置有水箱；连杆的一端穿过水箱与吊架连接，连杆的另外一端与直升机的底部连接；在吊架的一侧上设置有支架，高压泵和方向调整控制装置均设置在所述支架上。

优选的，在所述连杆的另外一端上设置有空气悬浮减震机构，所述连杆的另外一端通过空气悬浮减震机构与直升机底部连接。

优选的，所述空气悬浮减震机构包括气缸，通过将气缸的缸体与连杆的另外一端连接，气缸的活塞杆与直升机底部连接，从而使得连杆的另外一端通过空气悬浮减震机构与直升机底部连接。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型采用多级变压设计，通过多级变径导流管使得喷射出去的水柱增长3倍效果，并使得水柱集中1倍效果，从而使得本实用新型中喷射出去的水柱能达到30米的集中水柱射程，使水柱实现高压、长流量射击，从而满足了高楼灭火的需求。采用三级变径导流管，使得水柱在喷射前经过三级变压，实现了水柱射程增长，水柱集中的效果。通过在各级导流管相连通的位置通过圆锥台状导管连通，能进一步保证最终喷射出去的水柱的远射程和高度集中化的效果。通过设置导流片能一步提高水柱集中化的效果。采用长导流设计，解决直升机飞行本体所产生的旋翼风和空中侧旋风复杂等环境因素造成对喷水的水柱和射程、精准射击的影响，并使消防水形成长直流状态，伸长水流射击范围，实现长水柱精准射击。通过设置方向调整控制装置，能根据实际情况，对枪管的喷射角度进行实时调整，进一步保证灭火效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例中喷水装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中水枪的轴向剖视结构示意图；

图3为图2中A部的放大结构示意图；

图4为图2中B部的放大结构示意图；

图5为图2中D部的放大结构示意图；

图6为图2中C部的放大结构示意图；

图7为图2中位于喷嘴处的局部轴向剖视结构示意图；

图8为本实用新型实施例喷水装置中位于方向调整控制装置处的局部立体结构示意图；

图9为本实用新型实施例中涡轮蜗杆机构一对水枪的水平喷射位置进行调整的原理结构示意图；

图中：1. 高压泵，2. 水枪，3. 枪管，311. 一级导流管，312. 二级导流管，313.三级导流管，4. 喷嘴，5. 圆锥台状导管一，6. 圆锥台状导管二，7. 导流片，711. 导流片一，712. 导流片二，8. 中部导流杆，9. 导流片本体，10. 方向调整控制装置，101. 管座体，102. 涡轮蜗杆机构一，103.连通管，1031. 垂向直管，1032. U型管，104. 涡轮蜗杆机构二，11.涡轮，12. 连杆，13. 吊架，14. 水箱，15. 支架，16. 燃料箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细的阐述。

实施例：如图1和图2所示，一种加装在直升机上的喷水装置，包括设置在直升机（图中未示出）底部的高压泵1和与高压泵1连通的水枪2，所述水枪2包括枪管3和喷嘴4，枪管3和喷嘴4焊接成一体结构，枪管3的一端与高压泵1连通，喷嘴4设置在枪管3的另外一端上；所述枪管3为多级变径导流管，即沿枪管3轴向，从枪管3的一端往喷嘴4方向，多级变径导流管的内管直径逐渐变小。现有的直升机消防中喷射出的水柱达不到高水压、远射程的效果，且在直升机消防作业时，直升机的本体所产生的旋翼风和空中侧旋风复杂等环境因素会对喷射出去的水柱产生不利影响，使得喷射出去的水柱会呈现散开状态，达不到水柱集中的要求，从而无法高楼灭火的需求，而本实施例采用多级变压设计，通过多级变径导流管使得喷射出去的水柱增长3倍效果，并使得水柱集中1倍效果，从而使得本实施例中喷射出去的水柱能达到30米的集中水柱射程，使水柱实现高压、长流量射击，从而满足了高楼灭火的需求。

所述枪管3包括一级导流管311、二级导流管312和三级导流管313，一级导流管311的内直径大于二级导流管312的内直径，二级导流管312的内直径大于三级导流管313的内直径。在本实施例中采用三级变径导流管，使得水柱在喷射前经过三级变压，实现了水柱射程增长，水柱集中的效果。

如图2至图4所示，所述一级导流管311的一端与高压水泵连通（图中未示出），一级导流管311的另外一端通过圆锥台状导管一5与二级导流管312的一端连通，二级导流管312的另外一端通过圆锥台状导管二6与三级导流管313的一端连通，喷嘴4设置在三级导流管313的另外一端上；圆锥台状导管一5和圆锥台状导管二6的大头端均位于靠近高压水泵一侧，圆锥台状导管一5和圆锥台状导管二6的小头端均位于靠近喷嘴一侧。通过在各级导流管相连通的位置通过圆锥台状导管连通，能进一步保证最终喷射出去的水柱的远射程和高度集中化的效果。

如图2所示，在所述枪管3内还设置有导流片7，通过设置导流片能一步提高水柱集中化的效果。

本实施例中枪管3采用长导流设计，枪管长度达3至4米，大于一般直升机旋翼半径，从另外一方面解决直升机飞行本体所产生的旋翼风和空中侧旋风复杂等环境因素造成对喷水的水柱和射程、精准射击的影响，并使消防水形成长直流状态，伸长水流射击范围，实现长水柱精准射击。

枪管3采用专业航空碳纤维材料制作，大大减轻直升机空中消防系统喷水装置机载重量，解决了由于喷枪重造成重心失衡，使直升机飞行不平稳的问题，降低对驾驶员的操控要求，轻量化的设计并简化装置的安装、调试、调控操作。航空碳纤维材料性质如下：（1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢材的10倍。（2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。（3）疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%（4）重量：为一般钢材的五分之一。通过综合实验测试，本实施例中的航空碳纤维材料枪管可承载直射水压达到2.4MPa。

如图5和图6所示，所述导流片7包括导流片一711和导流片二712，导流片一711设置在一级导流管311内且位于靠近一级导流管311的一端端部位置，导流片二712设置在喷嘴4内且位于靠近三级导流管313另外一端位置，本实施例采用前、后双排导流片进行导流，将长水流分成三节波断高压水流集合形成高合力直流水柱，进一步实现了水柱集中射击。通过将两个导流片设置在上述位置，则能更好的实现水柱集中射击的效果。

所述导流片一711和导流片二712均包括中部导流杆8和沿中部导流杆8周向依次设置在中部导流杆8外周面上的多个导流片本体9；通过将导流片一711的多个导流片本体9一侧部均与一级导流管311内固接，从而将导流片一711设置在一级导流管311内，通过将导流片二712的多个导流片本体9一侧部均与圆锥台状喷嘴4内固接，从而将导流片二712设置在喷嘴4内。

所述中部导流杆8的一端部设置为尖头状，多个导流片本体9设置成梯形片，中部导流杆8的尖头状端部位于靠近高压泵一侧。这样设置加强了对水体流动时的导流作用。

如图7所示，喷嘴4也设置为圆锥状喷嘴，圆锥状喷嘴4的大头端与三级导流管313的另外一端连通，圆锥状喷嘴4的锥度设置为1:7。申请人通过综合理论推算和多参数实战实验，本实施例中的喷嘴由航空铝合金材料制成，采用1:7导流锥面，进行最佳最合理化参数设计，可达到30M的集中水柱射程，喷嘴可承载直射水压达到2.2 MPa，极大增加了消防灭火的安全距离，极力扩大了灭火范围。

如图1、图8和图9所示，在高压泵1与枪管3之间还设置有方向调整控制装置10，所述方向调整控制装置10包括与高压泵连通的管座体101和设置在管座体101上的涡轮蜗杆机构一102，涡轮蜗杆机构一102的涡轮11轴向垂向设置，在涡轮蜗杆机构一的涡轮11上固接有连通管103，连通管103的一端与涡轮蜗杆机构一的涡轮11固接，在连通管103的另外一端上设置有涡轮蜗杆机构二104，涡轮蜗杆机构二104的涡轮轴向水平设置，枪管3固接在涡轮蜗杆机构二的涡轮上。需要调整枪管的水平喷射方向时，控制涡轮蜗杆机构一的电机带动蜗杆转动，通过蜗杆与涡轮配合带动涡轮在水平面上转动，从而带动枪管在水平面上转动调整角度。需要调整枪管的垂向喷射方向时，控制涡轮蜗杆机构二的电机带动蜗杆转动，通过蜗杆与涡轮配合带动涡轮在垂直面上转动，从而带动枪管在垂直面上上、下摆动调整角度。本实施例通过设置方向调整控制装置，能根据实际情况，对枪管的喷射角度进行实时调整，进一步保证灭火效果。

在本实施例中，连通管103包括垂向直管1031和水平设置的U型管1032，垂向直管1031和U型管1032是一体的，垂向直管1031的一端与涡轮蜗杆机构一102的涡轮固接，垂向直管1031的另外一端与U型管1032的一侧边连接，U型管1032的另外一侧边与涡轮蜗杆机构二104连接。

如图1所示，在直升机（图中未示出）的底部通过连杆12设置有吊架13，在吊架13上设置有水箱14；连杆12的一端穿过水箱14与吊架13连接，连杆12的另外一端与直升机的底部连接；在吊架13的一侧上设置有支架15，高压泵1和方向调整控制装置10均设置在所述支架上。在支架15上还设置有为高压泵提供能源的燃料箱16。上述结构在直升机下方悬挂吊架，其余设备均与吊架相连，使喷水装置集成为一个整体，通过使用外吊架的外载荷结构形式，将所有设备及附件集成于一体，增加了直升机外载荷作业能力且这样充分利用直升机外载荷能力，直升机本身未做任何改装，大大降低了加装难度。

在这里，在所述连杆的另外一端上还可以设置有空气悬浮减震机构（图中未示出），所述连杆的另外一端通过空气悬浮减震机构与直升机底部连接。这样能消除了飞行中水箱震动产生的高频动量，保证了飞行安全。所述空气悬浮减震机构包括气缸，通过将气缸的缸体与连杆的另外一端连接，气缸的活塞杆与直升机底部连接，从而使得连杆的另外一端通过空气悬浮减震机构与直升机底部连接。

如图1所示，本实施例还公开一种根据如上所述的加装在直升机上的喷水装置的控制方法，其是在直升机上还设置蓄电池（图中未示出），高压泵1通过导线与控制器（图中未出出）电连接，所述控制器放置在直升机机舱内，蓄电池为高压泵提供启动电源；当进行消防时，通过操作人员在直升机机舱内操控控制器，从而开启或关闭高压泵，利用水枪喷射水柱进行消防灭火。现有技术中有的加装在直升机上的喷水装置采用的电源为直升机自带的电源，但是直升机自带的电源还需为直升机上其他电器设备供电，这种方式会对直升机飞行时的安全造成威胁，本实施例为了保证直升机的飞行安全，另外增设了一个蓄电池，而不使用直升机自身的电源，这样就保证了直升机飞行时的安全性。另外，本实施例中的控制器通过导线放置在直升机机舱内，这样操作人员就可以在直升机机舱内直接进行操控，无需到直升机外部进行操作，保证了操作人员的人身安全。

如图8和图9所示，当水枪在进行喷射水柱时，是需要根据实际情况来调整喷射角度的，本实施例中当需要调整枪管的水平喷射方向时，通过控制涡轮蜗杆机构一的涡轮11水平旋转，从而带动连通管103、涡轮蜗杆机构二104和枪管3一起水平转动，对枪管3的水平喷射位置进行调整；

当需要调整枪管的垂直喷射方向时，通过控制涡轮蜗杆机构二的涡轮11垂向旋转，从而枪管3一起垂向转动，对枪管的垂向喷射位置进行调整。

综上，本实用新型采用多级变压设计，通过多级变径导流管使得喷射出去的水柱增长3倍效果，并使得水柱集中1倍效果，从而使得本实用新型中喷射出去的水柱能达到30米的集中水柱射程，使水柱实现高压、长流量射击，从而满足了高楼灭火的需求。采用三级变径导流管，使得水柱在喷射前经过三级变压，实现了水柱射程增长，水柱集中的效果。通过在各级导流管相连通的位置通过圆锥台状导管连通，能进一步保证最终喷射出去的水柱的远射程和高度集中化的效果。通过设置导流片能一步提高水柱集中化的效果。采用长导流设计，解决直升机飞行本体所产生的旋翼风和空中侧旋风复杂等环境因素造成对喷水的水柱和射程、精准射击的影响，并使消防水形成长直流状态，伸长水流射击范围，实现长水柱精准射击。通过设置方向调整控制装置，能根据实际情况，对枪管的喷射角度进行实时调整，进一步保证灭火效果。

以上实施例中所述的“多个”即指“两个或两个以上”的数量。以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该由各权利要求限定。

设计图

一种加装在直升机上的喷水装置论文和设计

一种加装在直升机上的喷水装置论文和设计-刘超

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢