智能森林灭火航弹研究.pdf

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1、n k 一 午 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明t 本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。 有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注 明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) 呻坡 日期： 口f ，年；月伊日 ，哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作 的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权

2、保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进 行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的 全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一 署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口解密后) 由哈尔滨工 程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者c ：呻淌 日期：劣胡1 年弓月留日 导师( 签 p 、1 年t , 9 g E l I JJ。一叫j 复 f _ 智能森林灭火航弹研冤 捅姜 森林火灾是一种危害

3、严重的自然灾害。在各种类型的森林火灾中，以树冠火为主的 森林火灾危害最大，现有的扑救设备都无法直接有效地实施扑救。本课题源于哈尔滨工 程大学中央高校基本科研业务费专项基金“智能森林消防航弹研究“ ( 项目编号s H E U C F Z l 0 2 5 ) ，并与九江中船消防设备有限公司合作研究。课题目标是针对目前难以 扑救的以树冠火为主的森林火灾研制一种智能森林灭火航弹，该航弹以子母弹形式制 作，由直升机挂载，在火场上方投放。在控制系统的智能控制下，能够完成母弹开舱、 子弹分离和抛出降落伞减速等一系列动作，最终使子弹在火场内爆炸，弥散灭火剂，达 到较好的灭火效果。 本文介绍了森林火灾的分类以及

4、扑救现状，利用T R I Z 理论对以树冠火为主的森林 火灾扑救过程中的矛盾进行分析求解，获得了航弹的概念模型和各个子系统。并结合实 际情况，确定了子母弹的总体结构。 针对总体技术要求，结合子母弹飞行的具体条件，建立子弹外弹道模型。并通过 M A T软件进行数值仿真，获得子弹外弹道曲线和弹道参数。利用外弹道参数，进 行降落伞的具体参数计算，求得降落伞的具体参数。根据降落伞的抛伞要求和抛伞程序 研究了伞弹连接器和抛伞装置。 根据各种子弹分离方式的特点，确定燃气抛射作为子弹分离方式。结合外弹道参数， 建立了抛射过程的动力学模型，确定抛射气囊的各参数。阐述了子母弹分离系统各部件 的具体设计过程。 最

5、后，对子母弹工作流程中的子母弹分离和子弹开伞对系统的冲击进行仿真研究。 利用有限元法和有限元分析软件A N S Y S 对上述两个流程进行数值仿真，验证系统的可 靠性。通过分析计算，结果表明，系统强度足够能够可靠的完成整个工作流程。 关键词：子母弹；T R I Z 理论；降落伞；气囊抛射；有限元法 - 。I 囊 柚 一 k 瞄 鼻 h b 6 曲t i n g ( P N ：H E U C F Z l 0 2 5 ) w h i c hi s c o l l a b o r a t ew i t hC S S CJ i u j i a n gC h a n g a nF i r e F i g

6、 h t i n gE q u i p m e n tC O L t d T h ep u r p o s eo ft h i sp a p e ri st od e s i g na ni n t e l l i g e n ta e r i a lb o m b t oe x t i n g u i s ht h ec r o w nf i r ew h i c hi st h em o s td i f f i c u l tt of i g h ta g a i n s t T h ea e r i a lb o m bi sa k i n do fc l u s t e rb o m

7、 bw h i c hi sc a r r i e db yh e l i c o p t e ra n da i r d r o p p e do v e rt h ef i r eg r o u n d T h e s e r i e so fa c t i o no fc a b i no p e n i n go ft h ed i s p e n s e r , e j e c t i o no ft h es u b m u n i t i o n ，a u t o - t h r o w p a r a c h u t ea n dd e c e l e r a t i n gc

8、 a nb ec o m p l e t e da c c u r a t e l yu n d e rt h ec o n t r o lo fi n t e l l i g e n t c o n t r o ls y s t e m ，w h i c he n s u r e st h eb o m be x p l o d e sa n dd i s p e r s e se x t i n g u i s h i n ga g e n ta tt l l e h e i g h tj u s ti nt h eG o w nf i r e ，t h u s ，t h eo p t i

9、 m a lf i r e - j E i g h t i n ge f f e c tc a nb ef u l f i l l e d T h ec l a s s i f i c a t i o no ft h ef o r e s tf i r ea n dt h ep r e s e n td e v e l o p m e n ts i t u a t i o na th o m ea n d a b r o a do ft h ef o r e s tf i r ef i g h t i n gw e r ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e

10、 r , s u b s y s t e m sa n dc o n c e p t u a l m o d e lo ft h ea e r i a lb o m bw e r eo b t a i n e db ya n a l y z i n ga n ds o l v i n gt h ec o n t r a d i c t i o no ff i r e f i g h t i n gp r o c e s sw i t hT R I Zt h e o r y , a n dt h e nt h eo v e r a l ls t r u c t u r eo ft h ea e

11、r i a lb o m bi s o b t a i n e dw i t ht h ec o n s i d e r i n go fa c t u a ls i t u a t i o n E x t e r n a lb a l l i s t i c sm o d e lo ft h es u b m u n i t i o nw a se s t a b l i s h e dt om e e to v e r a l lt e c h n i c a l r e q u i r e m e n t sb yc o n s i d e r i n g t h es p e c i

12、f i cc o n d i t i o n so fh y i n g P a r a m e t e r sa n dc u r v eo f e x t e r n a lb a l l i s t i c sw a so b t a i n e dv i as i m u l a t i o nw i t hs o f t w a r eM A T L A B T h ep a r t i c u l a r p a r a m e t e ro ft h ep a r a c h u t ew a so b t a i n e dv i ac a l c u l a t i n gt

13、 h ee x t e r n a lb a l l i s t i c sp a r a m e t e r s C o n n e c t o rb e t w e e nt h es u b m u n i t i o n ，t h ep a r a c h u t ea n dt h ep r o j e c t i n gp a r a c h u t ee q u i p m c n t w e r er e s e a r c h e da c c o r d i n gt ot h ed e m a n da n dp r o c e d u r eo fp r o j e c

14、 t i n gp a r a c h u t e T h eg a s b a gt h r o w i n gW a ss e l e c t e d 弱s e p a r a t i o nm o d eo fs u b m u n i t i o nv i aa n a l y z i n g c h a r a c t e r i s t i c so fa l lk i n d so fs e p a r a t i o nm o d e D y n a m i cn l o d eo ft h ep r o c e s so fs u b m u n i t i o n p r

15、o j e c t i n gp a r a c h u t ea n dp a r a m e t e r so fg a s b a gw e r ee s t a b l i s h e db yc o m b i n i n gw i t he x t e r n a l b a l l i s t i cp a r a m e t e r s T h es p e c i f i cd e s i g n p r o c e d u r e so fp a r t so fs e p a r a t i o ns y s t e mw e r e d e s c r i b e d

16、一 _ P 1 薯 1 ) 曲 量 h 智能森林灭火航弹研究 i i i i i i i i i i i i 宣i i i i i i i i i i i i i i 宣i 宣i i i i i i i i i i i i i i i i i - I I i - - 目录 第1 章绪论l 1 1 课题研究背景l 1 2 树冠火的扑救现状2 1 3 灭火弹研究现状4 1 4 本论文的研究工作8 第2 章森林灭火弹总体结构研究9 2 1 弓I 言“一”“”9 2 2T R I Z 理论概述“9 2 2 1T R I z 理论解决问题的一般方法一”9 2 2 2T R I Z 理论的主要内容“l o

17、 2 3 基于T R I z 理论的灭火航伞弹设计过程n 2 3 1 问题分析1 2 2 3 2 问题的抽象1 3 2 3 3 冲突确定- ”1 4 2 3 4 问罡夏求鸯翠”一一1 4 2 3 5 初步方案的确定一1 4 2 3 6 新问题的求解I l l * 1 5 2 3 7 最终总体方案的确定1 7 2 4 弹体具体结构方案的确定1 8 2 4 1 子母弹弹体气动外形的确定一1 9 2 4 2 弹体内部各子系统的设计2 0 2 4 3 弹体材料的选择”2 2 2 4 4 灭火剂的选择2 2 2 4 5 灭火弹总体结构简图2 3 2 4 6 灭火弹的技术参数2 4 2 5 本章小结2 5

18、 第3 章子弹减速系统研究2 6 3 1 引言2 6 3 3 5 减速伞各部件的设计计算3 8 3 4 伞弹连接器和抛伞装置的结构设计4 2 3 4 1 伞弹连接器的功能分析4 2 3 4 2 伞弹连接器的结构设计4 2 3 4 3 抛伞程序的分析4 3 3 4 4 抛伞装置的结构设计。4 3 3 4 5 抛伞速度的确定一4 4 3 5 本章小结4 5 第4 章子母弹分离系统“4 6 4 1 弓I 言4 6 4 2 子弹分离系统总体研究4 6 4 2 1 抛撒参数的确定”4 6 4 2 2 分离方式的选择4 7 4 3 分离系统结构设计“4 8 4 3 1 弹燃气发生系统4 8 4 3 2 燃

19、气输送和分配系统5 1 4 3 3 抛射气囊及托弹巢5 2 4 4 抛射过程动力学模型的建立5 4 4 4 1 抛射过程的简化5 4 4 4 2 动力学模型的建立”5 4 4 5 本章小结5 7 第5 章灭火航弹关键部件仿真分析5 8 l 曲 ， 仍 k 5 3 1 有限元模型的建立5 9 5 3 2 数值模拟结果及分析”6 0 5 4 子弹抛射仿真6 1 5 4 1 最大加速度的确定6 1 5 ；4 2 数值模拟及分析6 3 5 5 本章小结6 4 结论“6 5 参考文献6 6 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果7 0 致谢7 1毒一、 p 童 _ 一 e h - 0 第1 章绪论

20、1 1 课题研究背景 第1 章绪论 虽然人类已经进入科技快速发展的2 1 世纪，但是森林火灾的控制问题至今没有很 好的解决。森林火灾具有发生面广、突发性强、扑救困难等特点。随着全球气候变暖， 人口爆炸和工业化进程的加快使人们对森林里的影响加剧，世界范围内森林火灾越发频 繁。据统计，全球每年森林火灾的发生次数约在2 2 万次以上，每年烧毁的森林面积超 过6 4 0 万公顷，约占世界森林覆盖率的0 2 3 以上。我国的森林面积为1 亿2 千万公顷， 而每年被火灾吞噬的森林面积为1 1 0 万公顷，占全国森林面积的0 8 O 9 。可见森 林火灾的危害是相当严重的n 1 。目前，各国政府越来越重视防

21、御和控制森林火灾，采取 了大量的预防措施和消防手段，千方百计减少森林火灾的发生和造成损失。森林中所包 含的有机物质都可以燃烧，森林火灾根据其燃烧特点可分为三种：地下火、地表火和树 冠火。 地下火：地下火是林地腐蚀质层和泥炭层燃烧引起的着火现象，火焰可以从地的裂 缝处冒出，白天一般不易看到火苗，只有烟冒出，夜间可以看到火苗。地下火只占森林 火灾的1 ，只有在特别干旱的年份才发生冈。由于其发生在地表，且没有高蹿的火苗， 所以只要一经发现易于扑救，只需普通的灭火工具就可以扑救。 地表火：地表火是最常见的一种森林燃烧方式，约占森林火灾的9 4 ，燃烧主要从 地面植被开始，而后沿地表蔓延，主要燃烧物为森

22、林枯枝落叶层，倒木、地被植物以及 幼小的灌木。地表火由于燃烧物靠近地面，在无风或者风力不大时，一般的手工作业工 具如风力灭火机、灭火拖把、树枝以及部分机械化作业工具如消防坦克等就可以实现扑 救。 树冠火：当地表火遇到强风或遇到针幼树群、枯立木、风倒木或者低垂下来的树枝 时，就会沿着这些燃烧至树冠，形成树冠火阁。树冠火是森林火灾中危害最大的，古森 林火灾的5 ，正是这5 的树冠火酿成了很多特大型森林火灾。如1 9 8 7 年的大兴安岭 大火以及最近发生在美国的加州大火。树冠火是各种类型的森林火灾中最难以扑救的火 灾。 在森林消防领域中，树冠火的危害最大。目前，世界各国已研制出大量的森林消防 装备

23、。这些设备种类繁多，功能各异，在森林消防中发挥了积极的作用刚。由于树冠火 1 者以炮射灭火弹的方式实施扑救，目前国内外主要有以下几种扑救方式。 从空中进行扑救主要为飞机携带干粉灭火剂或者水从高空喷洒，包括直升机和固定 翼飞机携带灭火剂或者水从高空喷洒，此外还有直升飞机通过钢丝绳挂吊桶，吊桶携带 水从高空喷洒。 对于固定翼飞机扑救方式，可以由水陆两用飞机直接在湖泊上降落和起飞实现汲 水，然后飞往火场，由喷洒设备喷洒；也有直接携带干粉灭火剂以及喷洒设备从机场起 飞飞往火场进行喷洒，如图1 1 所示。目前有英国研制生产的“海岛人“ 飞机，装载装 满灭火剂或水的容器从空中进行灭火，容器总容积为8 0

24、0 L ，其最佳的喷洒速度为 1 2 0 k m h ，喷洒高度为6 0 m ，喷洒面积1 0 m 3 0 m 。该机可反复起飞和降落进行灭火，每 一次注满水或灭水剂的时间只需2 分钟嘲。此外，2 0 0 0 年9 月在俄罗斯格连吉克举行的 国际航空展上，俄罗斯展示了其新型水陆两用飞机“B E 一2 9 ，该水陆两用飞机具有 多种用途。它由俄塔甘罗克别里耶夫航空科技联合体设计，伊尔库茨克航空制造联合 企业制造，可用于森林灭火和运输等领域。从事水上消防时它在1 2 1 4 秒内可将1 4 t 的 水喷洒在着火点上。每次可向火灾点运送3 2 t 水或灭火剂。巧。 对于直升机携带灭火剂扑救目前主要产

25、品有美国研制的“消防之鹰直升机，该直 2 暑 d 第1 章绪论 升机装有活动水箱，能汲取水3 7 8 5 L 水或灭水剂用于灭火，到现场能准确地投放在目标 上嗍。这种直升机能运送两名消防队员并执行其它紧急飞行任务，其加水示意图如图1 2 所示。 图1 1B E - 2 9 水陆两用飞机 图1 2 消防之鹰消防亘升机 对于直升机携带吊桶进行扑救方式目前的产品有日本研制成功直升机灭火吊桶。将 此桶装在直升机上后，直升机就能和水上飞机一样，直接吸水、洒水由于此种灭火吊桶 的研制成功，直升机已没有必要改装成消防专用机，必要时只要装上此种吊桶就可参与 消防活动。日本陆上自卫队第一直升机团已购入两种此类灭

26、火吊桶。这两种吊桶一次都 可装运水8 t 。目前已装在C H 4 7 大型直升机上进行应用试验。对于各种由飞机从高空 喷洒灭火剂进行扑救树冠火的方式，由于火场上空强烈的上升气流影响，灭火剂被驱散， 使得造价昂贵的灭火剂的灭火效果没有得到充分利用，灭火效果不好，灭火成本过高； 国内外文献显示，灭火剂的利用率只有5 左右阴。对于用飞机携带水从高空投放或者 喷洒的灭火方式，对于我国来说不怎么适用，因为在加拿大或者俄罗斯都有很多的内陆 湖泊可以提供充足的水源，而我国内陆，尤其在森林分布较为密集的地区，湖泊较少， 用于灭火的水源成问题，所以这些灭火方式不都适合我国国情。 此外也有利用火箭炮、迫击炮或者空

27、气压缩炮发射灭火弹实施树冠火扑救，利用追 击炮发射灭火弹的主要由重庆长安公司研制的“S L M 8 2 型炮射森林灭火弹“ ，该项目是 在“8 2 m m 森林灭火迫击炮弹项目基础上进一步开发的，如图1 3 所示，该弹体采用 工程塑料，装载的超细干粉灭火剂由雷管引爆弥散；通过迫击炮发射，发射时采用手动 拉线引燃底火的方式。此外，该弹还设置了专用销毁机构，保证了灭火后火场的及时安 全清理。该炮射系统最大的特点就是射程远、精度高，最远射程达到5 8 0 m p 哪。空气压 缩炮发射的主要由中国林科院哈尔滨林业机械研究所和哈尔滨工程大学研制的“远程森 林消防灭火用炮、车、弹系统刀。灭火弹弹体也采用工

28、程塑料，利用电雷管点燃主装药 实现灭火剂的弥散。灭火弹由空气压缩炮发射到火场上空后，通过单片机控制引信实施 3 哈尔滨T 程大学硕士学位论文 萱i i i i i i 暑i i i i i i i i i i i i i i i i i l 一 一 i 萱 抛伞减速、灭火剂抛散等系列动作来达到扑灭林火的目的u 1 1 。该灭火炮所配置的灭火弹 如图1 4 所示。 图1 3S L M 8 2 型炮射森林灭火弹 图1 4 压缩空气发射式灭火弹 火箭炮发射灭火弹在国内外也有较多研究，国外有俄罗斯比斯克阿尔泰联邦科学与 生产中心的科学家在“卡秋莎火箭的基础上研制一种灭火弹，可在森林、军事设施的 灭火上

29、发挥重要作用。该装置可齐射多个内装干粉灭火剂的火箭弹，准确控制弹着地。 据媒体报道，俄国防部已向阿尔泰联邦科学与生产中心订购研制中的新型灭火装置n 2 l 。 国内主要有宜昌的中船7 1 0 所研制的灭火弹，也是在军用的发射平台发展起来的一种火 箭推进的灭火弹。对于各种炮射灭火弹扑救树冠火最大的缺点是不能实现远程迅急压制 性扑救，在我国，尤其是西南山区，道路崎岖，交通不便，灭火炮无法短时间到达；同 时，由于灭火弹装载的灭火剂有限，无法在短时间内将大量灭火剂投放的火场中。 1 3 灭火弹研究现状 对灭火弹的研究除了上述的炮射和火箭发射之外，国内外还有手投式灭火弹和装载 在飞机内部的航弹。手投式灭

30、火弹主要有两种，一种是有拉环式的，拉环拉出2 3 s 即 爆炸；一种是无拉环式的，引信遇火就爆炸，比较安全。手投干粉灭火弹适用于扑救森 林地表火、灌木丛和草甸子火灾，也适用于清理火场。国内已有的产品是由武汉绿色消 防有限公司研制的手投式森林灭火弹和机载式森林灭火弹。该手投式森林灭火弹如图 1 5 所示，通过人工手投入火场，是一种不用雷管，不装任何炸药，以超导材料引燃， 产生大量气体作为推动源。对山林、森林、草原及消防人员不便于人员接近的火灾和危 4 0 - - 篁 ，一、 k h 第1 苹绪论 险场所。每枚灭火弹的作用范围不小于5 m 3 p 司。此外还有山东环绿康新材料科技有限公 司开发的手

31、投式森林灭火弹，是根据扑救草原、森林火灾特点而开发的最新灭火产品。 如图1 6 所示。弹重0 3 “ l k g ，内装超细干粉灭火剂，灭火范围为2 “ - 6 m 2 ，灭火时通过 拉发或引发灭火装置内的气体发生剂瞬间发生高压气体，推动超细干粉灭火剂全方位喷 发p 哪。对于手投式森林灭火弹，由于人体抛射能力的限制，不能实现远距离灭火，而且 不能实现短时间大批量的投放对火场起到压制性灭火，对于燃烧猛烈的树冠火以及人力 无法到达的悬崖峭壁就更加无能为力了。 图1 5 手投式高效灭火弹图1 6M F C S - 1 型手投式灭火弹 机载式森林灭火弹在国内外有广泛的研究，在国外，产品有日本消防研究所

32、研究一 种从飞机投掷的喷射式灭火弹，这种灭火弹弹体由两层弹壳组成。外层弹壳设有喷射口， 内层弹壳为弹性橡胶材料，内装灭火剂。在灭火弹被投放后，通过降落伞减速下降，弹 体前端装有近炸引信或碰撞引信，其结构如图1 7 所示。工作流程如下：当灭火弹投放 后，接触到火场目标时，被激活的引信点燃气体发生剂，产生的气体使内层弹壳破裂， 灭火剂由喷射口喷射出后弥散灭火。后来该所又研制了用于建筑物内部灭火的穿甲弹结 构和滑翔制导结构的灭火弹u q 。 美国W e y e r h a u s e r 公司研发出一款新式空投灭火弹，弹体为P V C 塑料，直径约1 2 m ， 该灭火弹能够装载9 0 0 k g

33、的水和阻燃剂。当火灾发生时，将该弹从飞机上直接投放，降 落伞会自动打开，灭火弹能在大约7 0 m 的高空把水和阻燃剂抛向地面。该弹体的构造 包括装灭火剂的圆柱体、转轴、轴衬和尾翼等n 习。对于机载的带伞灭火弹，在其投放后 就开伞减速，由于火场上方强烈的上升气流和紊流，加之火场引发的强风，灭火弹在投 放后影响落点精度的因素太多；而且，灭火弹装载大量的灭火剂不能均匀弥散。所以， 一部分灭火弹可能落不到火场上方实现灭火，落到火场的灭火弹灭火剂弥散不均匀，弥 散中心的灭火剂浓度高，灭火效率低。 5 舀一 潭娥 档等口，一纱，岫艄_ 缓 0 一 其L 。l 一 n_t- 1 苍攀 民一 上，且其侧面设置

34、有气体喷发孔。气体喷发弥散灭火剂，该机投超细干粉灭火弹由飞机 运载到森林火灾发生区，进行空投灭火时，先通过手拽保险拉环拨掉保险环，然后扔向 火场。灭火弹竖直下落，撞杆在撞击地面以后触发气体发生装置，气体发生剂发生化学 反应产生高压气体，高压气体通过喷发孔向四周喷发，驱动超细干粉灭火剂向立体空间 喷发，实现灭火效果。该弹直径为0 5 m ，高1 8 m ，内装5 0 0 公斤灭火剂，保护面积为 5 0 m 2 。此灭火弹灭火威力大、覆盖面广，灭火效率高、速度快p 日。对于机载式森林灭火 弹，灭火弹弥散灭火剂的触发方式都是通过撞针撞击地面后由高压气体喷发，所以，对 于高达十多米甚至数十米的树冠火也

35、是无能为力。 此外国内还有空投贮压式森林自动灭火弹专利，该灭火弹安装了尾翼、空心套管、 定位杆的灭火器和安装了降落伞、喷桶以及固定架的导管的方法，可以远距离运输和大 面积使用。它的工作流程如下，该灭火弹从飞机上空投以后，灭火弹上装置的降落伞在 空气阻力下自动张开并拉动固定架和长杆与弹体脱离，此时弹体重力将盘绕着的导管拉 6 第1 章绪论 成直线状落地后降落伞以及连接喷桶的导管搭落在树权上，灭火弹内部充满了压缩气体 和灭火剂，使得内部气压高于外部大气压，当有明火接触到喷桶时，喷嘴头上套接的易 熔阀在高温下熔化，楔形杆在弹体内部的压力作用下捅破熔化的易熔阀从而使喷嘴失去 密封，灭火剂在压缩气体的压

36、力作用下从喷头喷出，实现灭火，其结构图如图1 1 0 所示。 对于空投贮压式自动灭火弹，是飞机首先将灭火弹投放在火线前进方向的前端，待火线 移动到灭火弹投放的区域时，易熔阀在火苗的加热作用下熔化从而触发灭火剂在高压气 体的作用下喷发，主要存在的问题是，在有风力作用的情况下，火线的移动速度过快， 据文献记载，在1 9 8 7 年大兴安岭地区的大火，在5 月7 号下午五个小时火线前进了l O O k m ， 所以，在易熔阀还来得及熔化的时候，火线已经前移了，无法对火势的蔓延起到遏制作 用! ，： 图1 8 机载式森林灭火弹结构图图1 9机载式森林灭火弹实物图 鍪。 综上所述，森林灭火弹的研究已在国

37、内外普遍引起重视，作为扑救林火的一种有效 工具也开始被人们所承认。很多科研机构将现有的军工技术运用于新型消防装备，能 一定程度上应付大面积的火灾，从理论技术到工程实践都是可行的。但是还没有特殊的 专门针对林火中最难以扑救的大面积树冠火消防装备。 图1 1 0 空投贮压式森林自动灭火弹结构图 7 结构研究；最后，对子弹分离过程建立动力学模型。 4 、利用有限元分析软件A N S Y S 对航伞工作过程中的关键环节进行仿真分析，主要 包括子弹开伞时开伞动载对子弹弹座的冲击，子弹抛射时灭火剂对子弹的挤压以及子弹 在抛射阶段的最终速度等。 8 江 - | 第2 章森林灭火弹总体结构研究 2 1 引言

38、第2 章森林灭火弹总体结构研究 森林火灾危害严重，以树冠火为主的大面积森林火灾是高大树木的树冠大面积着 火，燃烧猛烈，在有强风助燃的情况下尤其难以扑救；T R I Z 理论是前苏联发明家G e n f i c h S 魁t s h u l l e r 为首的专家们在研究T 2 5 0 万份专利的基础上系统总结出来的一套专门用于 指导发明创造并行之有效的理论。 本章以T R I Z 理论为工具，系统分析现有的树冠火扑救方式存在的矛盾，通过问题 转化，形成U Z 标准问题：然后通过T R I Z 理论中发明问题的解决过程，进行求解，求 出T R I z 通用解；再结合实际情况转化为可行解，得到灭火

39、航伞弹的基本子系统和工作 流程。最后根据灭火航弹弹的工作流程对其各部分子系统进行详细的结构设计和研究。 茧 2 2T RIZ 理论概述 t T R I z 理论体系是三大进化论中的技术进化理论，是前苏联以G S 砧t s h u l l e r 为首的 专家在对数以百万计的发明专利进行研究，在经过将近5 0 年的搜集整理、归纳提炼，发 现技术系统的开发创新是有规律可循的，并在此基础上建立了一整套整体化、系统化的 实用解决发明创造问题的方法p 珥。 2 2 1T R I Z 理论解决问题的一般方法 T R I Z 理论是一种基于知识的、系统化的解决发明问题的理论，它将解决问题的过 程具体化，提出

40、了许多规则、算法、发明原理以及程式化的解决问题的流程例。其具体 流程如图2 1 所示：首先是对所遇到的工程问题进行分析，包括功能分析、理想解、可 用资源以及冲突区域的确定；在确定上述若干项以后，如果存在技术冲突或者物理冲突， 则选择发明原理或者分离原理进行求解；如果需要选择替代现有技术，则选择技术进化 模式和进化路线：如果要解决的问题已经确定，但是解决方法还没有头绪，则可以选择 效应，通过一些物理、几何等科学效应进行求解。在通过上述的三种方式得到问题的解 之后还要对解进行评价，将之与理想解进行比较，在解满足要求时，进行后续设计。否 则，需要重新进行问题的分析，再次循环求解，直到产生满足要求的解

41、之后，再进行实 旌。 9 哈尔滨丁程大学硕+ 学位论文 图2 1T R I Z 解决发明问题流程图 2 2 2T RIZ 理论的主要内容 T R I Z 理论认为，任何一个工程产品可以认为是一个技术系统，与其他的存在于大 自然和人类社会的系统一样，都存在诞生、成长、成熟、衰老和消亡的过程。在技术系 统的进化过程中，是有规律可循的。为了探寻这些技术系统的进化方向，解决技术系统 在进化过程中产生的矛盾，提高系统的理想度，T R I Z 提供了一系列基于知识的系统化 解决问题的方法。其主要内容包括：最终理想解、4 0 个发明原理、3 9 个通用工程参数、 矛盾冲突求解矩阵、物质一场分析理论等一系列的

42、知识和理论嗍。 ( 1 ) 最终理想解 在T R I Z 理论中，解决问题的初始阶段，需要抛开各种限制条件，建立其解决问题 的理想模型来分析问题，并在解决问题的过程中以取得最终理想解作为最终追求目标。 解的理想化水平可以表示为： _ r r 1 2 。U 1 2 ( 2 1 ) 删， 式中：，理想化水平； U F - 有用功之和； Y - J - v - 有害功能之和。 在应用T R I Z 求解的过程就是不断提高系统理想化水平的过程阎。 ( 2 ) 4 0 个发明原理 4 0 个发明原理是获得冲突解所遵循的一般规律，是G e n r i c h S A l t s h u l l e r 对

43、大量专 利进行研究、分析、总结后提炼出来的具有普遍用途的发明创新所应遵循的规律。比如 1 0 第2 章森林灭火弹总体结构研究 分割、分离、预加反作用、振动等。这些原理是T R I Z 理论中解决技术矛盾的关键工具。 ( 3 ) 3 9 个通用工程参数和矛盾冲突求解矩阵 3 9 个通用工程参数是在具体问题向T R I Z 标准问题转化过程中的桥梁，这些通用参 数是工程领域中常用的表达系统性能的参数，具有很强的通用性，通用工程参数的确定 是描述问题的关键环节。 将3 9 个通用工程参数分别作为第一行和第一列所组成一个3 9X3 9 的矩阵，就是矛 盾冲突求解矩阵。矛盾冲突求解矩阵中任何两个不二样的工程参数产生矛盾时，有相对 应的化解该矛盾的发明原理。通过矛盾冲突求解矩阵将3 9 个通用工程参数和4 0 个发明 原理建立了对应关系。 ( 4 ) 物质一场分析理论 物质一场分析是