空中灭火系统的制作方法

空中灭火系统
1.本技术是国际申请日为2016年8月9日、国际申请号为 pct/us2016/046191、进入中国国家阶段的国家申请号为201680088290.7、 发明名称为“空中灭火系统”的专利申请的分案申请。


背景技术：

2.该申请总地涉及用于从飞行器施用(dispensing)液体的系统，尤其涉及 可与诸如固定翼飞机和旋翼飞机的飞行器一起使用的灭火系统。
3.用于在飞行器中使用的消防系统的设计和实施是一项艰难的尝试，至 少因为诸如固定翼飞机和旋翼飞机(即直升机)的飞行器具有有限的体积 和有效载荷能力，并且因为这种系统受到严格的政府认证要求，以保护在 这种飞行器上飞行的人员的安全以及保护地面上的人员和财产。因此，空 中消防系统应当相对小且轻，操作简单且安全，对政府认证的阻碍最小， 同时提供在火灾地点尽可能长的耐久性和尽可能最佳的效果。
4.压缩空气泡沫系统(cafs)在消防工业中已知用于对地面上的交通工 具和平台灭火。这种系统包括使用发泡剂，发泡剂在与水结合或混合时提 高仅有水的灭火能力。例如，当施用到火上时，与仅有水相比，水/泡沫混 合物具有附着到结构的水平表面和竖直表面的优点，以作为表面活性剂长 时间阻燃从而防止火的复燃，在多层建筑物的情况下，限制了水对火以下 楼层的损害，并将水的灭火品质提高高达7倍。
5.已知的用于地面交通工具和消防平台的cafs系统可包括注入到水/ 泡沫混合物中的压缩空气或惰性气体，以使水/泡沫混合物充气，并将水/ 泡沫混合物以相对高的速度从喷嘴朝向相对远的目标喷射。用于此目的的 压缩空气或惰性气体通常以加压罐或瓶的形式提供或由一台或多台机械空 气压缩机提供。
6.然而，使用加压罐或瓶或空气压缩机作为加压空气源可以消耗航空交 通工具上的宝贵的空间和能源，这些加压罐或瓶或空气压缩机相对较重， 从而减少了诸如水、泡沫和燃料等消耗性流体的有效载荷，并由于与加压 系统相关的危险而增加了事故风险。另外，加压罐必须牢固地附接到机身， 这可能会在更换耗尽的空气罐时延长周转时间。此外，结构和重量限制阻 碍了飞机或旋翼飞机上运载的一个或多个水罐的加压，否则加压水罐可用 于将水或水/泡沫混合物朝向远处的目标推进。
7.所需的是一种构造为用于在飞行器中使用的消防系统，其克服了现有 cafs系统的上述限制。


技术实现要素：

8.公开了一种用于从直升机扑灭火的灭火装置的实施例，所述灭火装置 包括：(a)罐组件，所述罐组件构造为用于附接到所述直升机的下侧，所 述罐组件包括(i)泡沫罐，所述泡沫罐用于容纳泡沫，(ii)水罐，所述 水罐位于泡沫罐下游用于容纳水，其中水罐构造为从泡沫罐接收泡沫，所 述泡沫在与水罐中的水混合时在水罐中形成液体阻燃剂，以及(iii)罐组 件壳体，所述罐组件壳体封装泡沫罐和水罐；(b)动力组，所述动力组构 造为用
于附接到直升机的一侧，所述动力组包括(i)液体阻燃剂泵，所述 液体阻燃剂泵构造为泵送包括泡沫和水的液体阻燃剂，液体阻燃剂泵由第 一电动马达驱动，液体阻燃剂泵包括泵入口和定位在泵入口处的进气阀， 进气阀包括电动可变阀开口，其中空气和液体阻燃剂一起被抽吸到泵入口 中，并且由液体阻燃剂泵加压以形成加压的水/泡沫/空气阻燃剂溶液；(ii) 液体引入泵，所述液体引入泵由第二电动马达驱动，液体引入泵构造为从 水罐向泵入口引入液体阻燃剂；(iii)逆变器，所述逆变器连接到第一电 动马达，逆变器构造为缓慢且可控地启动第一电动马达，以使由第一电动 马达消耗的启动电流最小化；以及(c)炮组件，所述炮组件构造为用于附 接到直升机的相反的一侧，所述炮组件包括可瞄准的悬臂，所述可瞄准悬 臂通过导管连接到液体阻燃剂泵，悬臂包括在悬臂的远端上的喷嘴，加压 的水/泡沫/空气阻燃剂溶液从所述喷嘴朝向目标施用。
9.液体阻燃剂泵和液体引入泵可以均支撑在水平基座的平坦的上表面上。 动力组和炮组件可以均由从相应的竖直安装板悬臂式地延伸的一对托架支 撑，每个所述竖直安装板可附接在直升机的机身的相反侧上。每个竖直安 装板可以构造为附接到位于直升机的外表面的结构硬点。竖直安装板可以 构造为直接附接到直升机机身的一对上部结构硬点和经由一对可调长度的 连接构件附接到直升机机身的一对下部结构硬点，所述可调长度的连接构 件从竖直安装板延伸到下部结构硬点。一对可调长度的连接构件可包括在 连接构件的每一个相反端上的连接叉，用于将竖直安装板直接附接到直升 机的一对结构硬点。
10.灭火装置可包括球阀，所述球阀定位在液体阻燃剂泵的排放口下游并 毗邻液体阻燃剂泵的排放口。进气阀可包括直接接收未加压的环境空气的 入口。引入泵排放导管可将引入泵排放出口与定位在液体阻燃剂泵的泵入 口上游的吸入导管连接，以在第一电动马达被命令旋转之前用来自水罐的 液体阻燃剂填充吸入导管。引入泵入口导管可以连接到水罐的集水区域。
11.悬臂可以包括浸渍有铜网的碳纤维复合材料。悬臂可以包括舷外悬臂 部分、舷内悬臂部分、联接器部分，其中联接器部分将舷内悬臂部分连接 到舷外悬臂部分。联接器部分可包括外套环、弹簧和接收器。外套环可以 与接收器的环形槽接合，并且当联接器部分连接到舷内悬臂部分和舷外悬 臂部分时，弹簧可以处于压缩中。
12.灭火装置可包括与第一电动马达和进气阀进行操作通信的一个或多个 电子控制器，其中一个或多个电子控制器可以构造为在液体阻燃剂泵激活 时自动打开进气阀。灭火装置可包括泡沫泵，所述泡沫泵构造为将泡沫从 泡沫罐泵送到水罐，其中罐组件壳体可以包住泡沫泵。泡沫罐和水罐中的 每一个具有用于容纳流体的内部空间，并且泡沫罐的内部空间为水罐的内 部空间的5％至10％。
13.逆变器可以在2到3秒的时间段内向第一电动马达线性地提供从零安 培到约65安培的电流。
14.在另一个实施例中，公开了一种用于从直升机扑灭火的灭火装置，所 述灭火装置包括动力组，所述动力组构造为用于经由竖直安装板附接到直 升机的机身。竖直安装板直接可附接到直升机机身的一对上部结构硬点和 经由一对可调长度的连接构件可附接到直升机机身的一对下部结构硬点， 所述可调长度的连接构件从竖直安装板延伸到下部结构硬点。动力组包括 液体阻燃剂泵，所述液体阻燃剂泵构造为泵送包括泡沫和水的液体阻燃
剂。 液体阻燃剂泵由第一电动马达驱动。液体阻燃剂泵包括泵入口和定位在泵 入口处的进气阀。进气阀包括电动可变阀开口，其中空气和液体阻燃剂一 起被抽吸到泵入口中，并且由液体阻燃剂泵加压，以形成加压的水/泡沫/ 空气阻燃剂溶液。动力组包括液体引入泵，所述液体引入泵由第二电动马 达驱动。液体引入泵构造为从水罐中向泵入口引入液体阻燃剂。动力组还 包括逆变器，所述逆变器连接到第一电动马达。逆变器构造为向第一电动 马达提供电流，以在2至3秒的时间段内启动第一电动马达，以使由第一 电动马达消耗的启动电流最小化。
15.在另一个实施例中，公开了一种用于从直升机扑灭火的灭火装置，所 述灭火装置包括炮组件，所述炮组件构造为用于经由竖直安装板附接到直 升机的机身。竖直安装板直接可附接到直升机机身的一对上部结构硬点和 经由一对可调长度的连接构件可附接到直升机机身的一对下部结构硬点， 所述可调长度的连接构件从竖直安装板延伸到下部结构硬点。炮组件包括 可瞄准的悬臂，所述可瞄准的悬臂通过导管连接到液体阻燃剂泵，悬臂包 括在悬臂的远端上的喷嘴，由液体阻燃剂排放的包括水、泡沫和空气的加 压的阻燃剂从所述喷嘴朝向目标施用。可瞄准的悬臂包括(a)浸渍有铜网 的碳纤维复合材料，用于将来自雷击的电能传递到直升机的机身，以及(b) 舷外悬臂部分、舷内悬臂部分和联接器部分，其中(i)联接器部分将舷内 悬臂部分连接到舷外悬臂部分，(ii)联接器部分包括外套环、弹簧和接收 器，(iii)外套环与接收器的环形槽接合，以及(iv)当联接器部分连接到 舷内悬臂部分和舷外悬臂部分时，弹簧处于压缩中。
附图说明
16.图1是图示了空中灭火系统的一个实施例的示意图。
17.图2a和图2b图示了本公开的空中灭火系统的一个实施例的分解立体 图。
18.图3是图2a和图2b中所示的空中灭火系统的示例性动力组的主视立 体图。
19.图4是图2a和图2b中所示的空中灭火系统的示例性动力组的后视立 体图。
20.图5是图2a和图2b中所示的空中灭火系统的示例性动力组的仰视立 体图。
21.图6是图2a和图2b中所示的空中灭火系统的示例性动力组的分解主 视立体图。
22.图7是图2a和图2b中所示的空中灭火系统的示例性动力组的另一个 分解主视立体图。
23.图8是图2a和图2b中所示的空中灭火系统的示例性炮组件的主视立 体图。
24.图9是图2a和图2b中所示的空中灭火系统的示例性炮组件的后视立 体图。
25.图10是图2a和图2b中所示的空中灭火系统的示例性炮组件的仰视 立体图。
26.图11是图2a和图2b中所示的空中灭火系统的示例性炮组件的分解 主视立体图。
27.图12是图2a和图2b中所示的空中灭火系统的示例性炮组件的另一 个分解主视立体图。
28.图13a和图13b图示了图2a和图2b中所示的空中灭火系统的示例 性动力组的局部主视立体图。
29.图14图示了用于与图2a和图2b中所示的空中灭火系统结合使用的 示例性操作员站。
30.图15图示了图2a和图2b中所示的空中灭火系统的炮组件的示例性 炮塔部分的分
解主视立体图。
31.图16图示了图2a和图2b中所示的空中灭火系统的罐组件的局部主 视立体图。
32.图17图示了图2a和图2b中所示的空中灭火系统的罐组件的另一局 部主视立体图。
33.图18图示了图2a和图2b中所示的空中灭火系统的悬臂的局部分解 立体图；图19图示了图2a和图2b中所示的空中灭火系统的悬臂的局部剖面 图。
具体实施方式
34.虽然附图和本公开描述了用于飞行器的灭火系统的一个或多个实施例， 但是本领域的普通技术人员将理解，本公开的教导将不限于这种系统，而 是还将在地面平台和在其他行业使用的机载平台上具有实用性，或者任何 需要将一定体积的水、水混合物或任何类型的流体从起始平台输送到远处 目标的地方。在一个实施例中，本公开的系统可用于扑灭所有形状和尺寸 的建筑物和结构中的火，包括在高层建筑物和石油钻塔上的火。在另一个 实施例中，本公开的系统可用于扑灭野火。在另一个实施例中，本公开的 系统可用于清洁所有形状和尺寸的建筑物，包括清真寺、水塔和高层建筑 物。在另一个实施例中，本公开的系统可用于清洁电塔和风车上的高压线 绝缘体。在另一个实施例中，本公开的系统可用于清洁结构或除冰结构， 诸如飞机、风车、电力线等。在另一个实施例中，本公开的系统可用于净 化区域，提供人群控制(crowd control)或提供石油泄漏补救。
35.现在转到附图，其中类似的附图标记表示类似的元件。图1至图19 示出了示例性的空中灭火系统10，其被构造为用于在诸如飞机或直升机的 飞行器上使用，用于扑灭野火或高层火等。
36.在一个实施例中，系统10包括(a)罐组件，用于容纳水、水/泡沫溶 液或任何其他阻燃剂，(b)动力组，用于从罐组件提取水、水/泡沫溶液或 其他阻燃剂并用于对水、水/泡沫溶液或其他阻燃剂加压，(c)炮组件，用 于向炮组件下游的目标输送加压的水、水/泡沫溶液或其他阻燃剂，以及(d) 操作员站，用于控制系统10的操作，包括动力组的操作和炮组件的瞄准点。 系统10还可包括各种管道、线路、配件和结构支撑件，以将前述部件彼此 连接和/或连接到飞行器。
37.在一个实施例中，如例如图1中示意性地示出的，系统10包括罐组件 15，其包括用于储存水24的水罐20、用于储存泡沫(或泡沫浓缩物)34 的一个或多个泡沫罐30和用于将泡沫(或泡沫浓缩物)34从一个或多个泡 沫罐30泵送到水罐20以在水罐20中产生用于扑灭火的水/泡沫溶液38的 一个或多个泡沫泵32。水罐20、或者一个或多个泡沫罐30、或者它们两者 可包括定位在罐组件15内的一个或多个囊，用于保存水、泡沫、和/或水/ 泡沫溶液。在图中所示的实施例中，两个泡沫罐30定位在罐组件15内， 其中一个定位在左舷侧，一个定位在罐组件15的相反的右舷侧，用于保持 重心沿罐组件15的纵向中心线。水罐20的水24可以位于罐组件15内的 未被两个泡沫罐30或其他管道、罐结构等占据的空间中，因此可以至少部 分地位于与一个或多个泡沫罐30接触，和/或部分地围绕一个或多个泡沫 罐30。泡沫(或泡沫浓缩物)34可以被一个或多个泡沫泵32从一个或多 个泡沫罐30泵送到水罐20，以在水罐20中产生一批量的水/泡沫溶液38 来产生阻燃剂。如下面更全面地描述的，在将阻燃剂从系统10朝向目标施 用之后并且当飞行器处于其任务中时，可以使用将水从开放
水源泵送到水 罐20中的例如可伸缩的或不可伸缩的泵系统来补充水24，之后可以将更多 的泡沫(或泡沫浓缩物)34泵送到水罐20中，以产生用于从系统10施用 的另一批量的阻燃剂。只要在飞行器上诸如飞机燃料和泡沫(或泡沫浓缩 物)34的消耗品剩余，这个循环就可以重复。在系统10的一个实施例中， 一个或多个泡沫罐30包括水罐20中运载的水量的体积的约5％至约10％。 合适的泡沫是wd881 a类泡沫，其从密苏里州圣路易斯的iclperformance productslp公司可获得。
38.除了容纳或支撑水罐20、一个或多个泡沫罐30和一个或多个泡沫泵 32之外，罐组件15可以构造为容纳或支撑系统管道和导管、挡板、传感器、 接口、互连件等。例如，罐组件15可包括接口262和与其连接的相关管道， 包括用于将水/泡沫溶液38从水罐20连通到动力组50的主水/泡沫泵62的 导管268和270，以及接口264和与其连接的相关管道，用于接收从主水/ 泡沫泵62排放的水/泡沫溶液38，并将水/泡沫溶液38连通到导管266并 最终连通到悬臂100，用于朝向目标排放。导管266、268、270、278、280 中的一个或多个可以构造为柔性导管或非柔性导管。罐组件15可包括止回 阀272，止回阀272定位在导管270的接近集水端处，以防止回流到水罐 20中。
39.罐组件15还可包括在水罐20的最低点处安装在水罐20内的防汽蚀装 置，以允许主水/泡沫泵62抽取水/泡沫溶液38而不会使主水/泡沫泵62汽 蚀。在直升机的情况下，当直升机处于盘旋模式时，水罐20中的最低点可 以位于罐的尾部。
40.另外地，如图1中示意性地示出的，系统10包括动力组50，其包括 (a)气体发生器60和(b)清除歧管80。动力组50的气体发生器60可构 造为将空气引入到从罐组件15抽吸的水/泡沫溶液38中，以使水/泡沫溶液 38充气来获得阻燃剂的最佳组成，如下面更全面地描述的。
41.气体发生器60可包括电动马达64、主水/泡沫泵62、引入泵68、进气 阀70以及外壳75、76，电动马达64由逆变器66供电以缓慢且可控制地启 动电动马达64和使电动马达64旋转，以使电流消耗和/或电流消耗中的尖 峰最小化，主水/泡沫泵62用于对水/泡沫溶液38加压，引入泵68用于在 打开电动马达64之前用来自水/泡沫罐20的水/泡沫溶液38装填和/或填充 吸入导管，进气阀70用于将受控量的空气引入主水/泡沫泵62的吸入口， 外壳75、76用于保护这些部件免受损坏。在一个实施例中，逆变器66构 造为通过提供从零安培开始到约85安培的线性增加的电流量，在约2到3 秒的跨度范围内使电动马达64的旋转达到约8000rpm。在该实施例中， 被电动马达64在约8000rpm下工作时消耗的电流约为85安培。在一些实 施例中，输送到电动马达64的电流的上升速率(即，斜率)和量是完全可 编程的。在一些实施例中，来自飞行器的可用电流可以高于或低于85安培。 在这些情况下，逆变器66可以被编程为在编程的时间段内输送可用电流， 以使电动马达64达到期望的工作速度。在一个实施例中，可用电流为65 安培。
42.动力组50构造为将包括加压的水/泡沫/空气溶液74的加压的阻燃剂以 约20至约150加仑每分钟(gpm)提供到悬臂100。外壳75可以构造为多 个可单独移除的、轻质但坚固的面板或面板组件，以封装或部分地封装动 力组50。外壳76可以构造为容纳基座176下的球阀。
43.气体发生器60的主水/泡沫泵62构造为从水罐20抽吸水/泡沫溶液38 并对其加压以从悬臂100朝向目标排放。主水/泡沫泵62构造为经过进气 阀70抽吸大气空气，并将空气
与水/泡沫溶液38一起加压。更具体地，系 统10的气体发生器60包括定位在主水/泡沫泵62的吸入口端处的手动或 自动可调节的进气阀70，其由电动马达64驱动。根据由操作员使用例如本 文所讨论的用于操作员站240的控制件中的一个的指示，主水/泡沫泵62 被触发“开启”以从水罐20抽吸水/泡沫溶液38。同时，进气阀70可以自 动或手动地被命令到它的“打开”位置，从而大气空气72以约30cfm至约 50cfm的速率被抽吸到主水/泡沫泵62的吸入口端63中。在一个实施例 中，进气阀70包括电动可变阀开口，其可由操作员控制或根据预编程控制 器自动地控制，以当主水/泡沫泵62以恒定速度驱动时，改变引入到主水/ 泡沫泵62的吸入口端63中的空气量。
44.然后可包括轴向流入和径向流出的离心叶轮的主水/泡沫泵62将空气 72与水/泡沫溶液38一起加压并混合至约125psi，并且使包括加压的水/泡 沫/空气溶液74的加压的阻燃剂穿过具有球阀排放部78的球阀77并穿过 排放导管278以约150gpm从泵排放部79排出。然后将排放的阻燃剂经由 定位在水罐20中的交叉供给导管280输送到炮组件90，交叉供给导管280 在定位在罐组件15的两侧上的接口262和264之间，并且最终经由导管266 从罐组件15通向炮组件90。通过系统10引入用于与水/泡沫溶液38混合 并加压水/泡沫溶液38的空气72用于通过导管266输送到悬臂100，有助 于在从悬臂100的喷嘴130喷出阻燃剂之前产生用于阻燃剂的具有最佳尺 寸的紧密形成(tightly-formed)的泡沫气泡，并且有助于实现喷嘴130沿发射 方向阻燃剂的最远可能距离。因为主水/泡沫泵62的离心叶轮以约 8000rpm的相对高的速度转动，所以当抽吸约30-50cfm的空气72和水/ 泡沫溶液38时，它不会明显地失去吸力。并且因为空气72在从大气中被 抽吸时是无限的资源，所以在诸如火的目标上方空中待命的时间将限于在 飞行器上运载的其他消耗品的量，诸如水、泡沫或燃料。因此，包括气体 发生器60的系统10提供了一种简化的、高效的装置，用于在飞行器上提 供用于接合目标的压缩空气泡沫。
45.在包括气体发生器60的系统10的一个实施例中，其中水罐20的尺寸 设计成容纳约800加仑的水，一个或多个泡沫罐30的尺寸设计成容纳约80 加仑的泡沫或泡沫浓缩物，系统10的干重约为1015lbs，当满载诸如水和 泡沫的消耗品时，系统10的重量约为7580lbs。在泡沫与水的比率约为0.5 ％时，具有这种结构的系统10能够空中待命使用5分钟。
46.如图13a至图13b中最佳所示，引入泵68可以构造为与清除歧管80 组合工作，以从大约水罐20的集水区域到主水/泡沫泵62的入口63处， 用包括水/泡沫溶液38的阻燃剂填充吸入管线。在一个实施例中，引入泵 68构造为在约15秒内填充吸入管线。当球阀77关闭时，在用阻燃剂填充 吸入管线(诸如导管268)的过程中，从吸入管线置换的空气可以在接合电 动马达64以驱动主水/泡沫泵62之前从系统中排出。在吸入管线填充或几 乎填充满液体阻燃剂的情况下，可以实现主水/泡沫泵62的平稳且有效的 启动，特别是当主水/泡沫泵62的叶轮具有有限的吸入性能时。例如，清 除歧管80可包括歧管82和电磁阀86，歧管82定位在主水/泡沫泵62顶部， 其中水传感器84定位在歧管82上以用于在吸入管线和主水/泡沫泵62基 本上充满阻燃剂后确认在歧管处存在液体阻燃剂，电磁阀86定位在歧管上 并构造为被命令在打开位置中，以允许当阻燃剂填充吸入管线时来自吸入 管线的空气排到大气中。只要水传感器84未指示出在传感器处的液体，就 可以命令引入泵68运行。如图所示，阻燃剂由引入泵68从位于水罐20中 的引入导管274的集水端抽吸并输送到引入器供给
和排放管线87、88，排 放管线87、88分别位于从水罐20外部到位于接口262附近的导管268的 基座的端口276。
47.如图1中示意性另外示出的，系统10可以包括炮组件90。系统10的 炮组件90包括炮塔110、在远端处具有喷嘴130的悬臂100，以及可选地， 红外视觉装置115和距离测量装置120。如图15所示，系统10的炮塔110 包括线性致动器212和旋转致动器214，其可被编程为经由操纵杆250(参 见，例如图14)分别控制悬臂100和炮塔110的运动方向和速度。炮塔110 包括基座225，基座225又由支撑件227和228(参见例如图8至图12)支 撑，用于将炮组件90支撑和安装到直升机150的机身。
48.炮塔110包括旋转驱动系统230，旋转驱动系统230连接到旋转致动 器214，用于沿大致竖直的轴线旋转炮塔110，以使悬臂水平地移动。炮塔 110包括轴承，壳体222和炮塔110的其余部分支撑在所述轴承上。因此， 当旋转致动器214接合旋转驱动系统230时，壳体222和炮塔110的其余 部分相对于基座225在旋转致动器214的行进方向上旋转。
49.为了使悬臂100竖直地移动，线性致动器212连接到枢转臂，枢转臂 又连接到悬臂100。悬臂100的复合(对角线)运动可以通过同时或许以不 同的速度接合线性致动器212和旋转致动器214来实现。致动器232连接 到悬臂100，以辅助线性致动器212将悬臂100返回到水平位置，诸如在电 源故障的情况下。为了在紧急情况下，或者在系统10的电力供应故障或中 断，或系统10的任何部件(诸如致动器212)的机械故障或电故障的情况 下，自动将炮塔110和悬臂100收起并返回到用于飞行器的疏散的安全的、 向前突出的、锁定的构造，系统10的炮塔110可以构造有机械炮塔返回系 统。机械炮塔返回系统可以构造为将滚子链缠绕在位于炮塔110的尾端上 的板上，以压缩定位在炮塔110的尾端上的一个或多个气体支柱。例如， 如果炮组件90的电源被切断，那么气体支柱释放储存在其中的能量，这使 得板靠惯性滑行并松开滚子链。在此过程中，炮塔110被致使旋转到其原 始位置，其中悬臂在致动器232的帮助下以向前突出的方式瞄准。
50.如前所述，包括红外摄像机117的红外视觉装置115可以安装在炮塔 110上或炮组件90上的其他地方。同样地，包括用于确定飞行器与任何障 碍物或建筑物之间距离的激光器的距离测量装置120被示出安装在基座225上，但可安装在系统10的任何结构上或飞行器本身上。
51.如上所述，在离开动力组50时，包括加压的水/泡沫/空气溶液74的混 合的并加压的阻燃剂经由导管278、280和266输送到悬臂100，并且朝向 悬臂100的瞄准点经由喷嘴130从悬臂100施用。悬臂100可以包括轻质 材料和适合于允许相对长的悬臂100的几何形状，同时提供足以扑灭距离 飞行器相当远的火的流体流速。例如，悬臂100可以由一个或多个块构成， 并且可以由复合材料构成，以提供足够的刚度且承受沿其长度的过度弯曲 或偏转，例如，尤其是当安装在直升机上时旋翼下洗的情况下。
52.例如，悬臂100还可以构造为延伸超出直升机的旋翼末端直径，以避 免水/泡沫/空气溶液74不期望的预分散或雾化。在一个实施例中，悬臂100 是约6.7至7.3米长，并且延伸超出旋翼末端至少约1米。在一些实施例中， 悬臂100的至少远端可以由提供电绝缘特性的一种或多种材料构成，以在 如果悬臂100在电力线中或邻近电力线使用时，防止电的传导和传输，例 如，诸如当扑灭靠近电力线处的火，或当清洁电力线塔上的电力线绝缘体 时。除了复合材料之外，悬臂100可以由提供前述和其他所需特性和功能 的其他材料构成，
包括缠绕碳纤维和玻璃纤维、哑光树脂和铝等。鉴于悬 臂100的长度超出旋翼末端，悬臂100可以形成为相对轻但坚固且抗偏转 的结构，以避免飞行器的重心过度移位，并且避免悬臂100的远端末端偏 转到旋翼叶片的路径中。
53.悬臂100可构造为允许其可伸缩的延伸和缩回，以例如在地面操作期 间和飞行期间提供紧凑的装载，同时还提供在使用时和在火位置处空中待 命时将喷嘴130的远端定位成超出旋翼末端的能力。可替换地，悬臂100 可以构造为固定长度。
54.悬臂100可以构造为以“湿”构造操作或以“干”构造操作。对于以
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湿”构造操作，诸如水/泡沫溶液的工作流体通过悬臂100连通到喷嘴130， 使得悬臂100的内表面变“湿”。相比之下，悬臂100可以构造为“干”构 造，其中内部软管将其中的工作流体连通到喷嘴130。涉及到内部软管的“干
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构造可能不容易允许悬臂100也具有可伸缩配置，而具有“湿”构造的与 可伸缩构造相结合的悬臂100可能导致悬臂100的可伸缩元件的捆绑或通 过悬臂100的可伸缩元件的泄漏。
55.悬臂100可以在由经由旋转驱动系统230的炮塔110的旋转限定的任 何水平方向上和在由经由线性致动器212的悬臂的运动限定的任何竖直方 向上瞄准。如果系统10的专用操作员位于飞行器上或者是正在远程操作系 统10，悬臂100的操作可以减少飞行员的工作量，从而允许飞行员驾驶飞 行器，同时提高消防员不依赖于飞行器的运动而瞄准火的能力。侧面部署 可以帮助飞行员定位并使飞行器定向以获得最佳飞行特性，并且可以便于 使用紧急逃生路线，因为飞行器指向远离火的方向，可能是预期的行进方 向。相比之下，在旋翼飞机中悬臂100的向前部署会对旋翼飞机的稳定性 产生负面影响，因为可能通过火焰消耗空气来产生尾风。
56.在一个实施例中，如图18和图19所示，悬臂100可以是湿式悬臂， 其由浸渍有铜网的两件式碳纤维复合材料构成，铜网能够将来自雷击的电 能从悬臂的远端输送到近端，以通过旋翼耗散能量。在该实施例中，悬臂 100包括舷外悬臂部分101、舷内悬臂部分102、构造为将舷外悬臂部分101 连接到舷内悬臂部分102的联接器部分103和定位在内径上以向连接的联 接提供刚度的加强管104。联接器部分103包括外套环105、弹簧106和接 收器107。外套环105构造有接合器108，以与接收器107的环形槽109和 剪切销135接合，同时被弹簧106偏压分开。多个o形环138可以定位在 一个或多个内部部件上的周向槽中，以确保水密封。接收器107和螺栓140 可以由金属构造，以便将闪电衍生的电能从舷外悬臂部分101的铜网输送 到舷内悬臂部分10 2而输送到飞机以耗散。
57.转到图14，系统10可以包括操作员站240，其被示为包括一组控制件 和计算机显示器。操作员可以使用例如操纵杆250操纵悬臂100的瞄准点。 操纵杆250电连接到线性致动器212和旋转致动器214，以提供炮塔110 的水平、竖直和对角线运动。操作员站240和/或操纵杆250还包括许多控 制件以激活或停用系统10的各个方面。例如，操作员站240和/或操纵杆 250可包括连接到一个或多个阀或螺线管的一个或多个触发器、开关或按钮 以开启、关闭或改变水24、水/泡沫溶液38的流动，引入泵68的操作，以 及由悬臂100朝向目标输送的加压的水/泡沫/空气溶液74。操作员站240 和/或操纵杆250还可包括连接到螺线管的，用于将炮塔110从锁定位置和/ 或收起位置释放的开关或触发器。操纵杆250还包括用于打开或关闭进气 阀70的开关或触发器。普通技术人员将理解，除了按钮、开关等之外，可 以使用用于打开或关闭系统10的各个方面的其他装置，诸如，如下所述， 部署在触摸屏上
的软件驱动的用户界面。
58.操作员站240还包括允许操作员例如打开、关闭或改变泡沫经由一个 或多个泡沫泵32从一个或多个泡沫罐30到水罐20的流动的控制件。操作 员站240还可以具有用于改变泡沫或泡沫浓缩物的浓度以在水罐20中实现 所需的泡沫浓度的控制件。
59.操作员站240可以包括一个或多个显示器，用于显示信息和为操作员 提供控制系统10的一个或多个方面的界面。举例来说，显示器258可以报 告来自红外视觉装置115的数据、距离测量装置120的数据、悬臂100的 位置和移动数据、流量、数量和可消耗流体的剩余量，关于计算的空中待 命剩余时间的数据，包括指示炮组件90的落在预定极限之外的一个或多个 操作参数的数据和/或信息的报警信息，与诸如风向和风速、温度、湿度和 气压的大气条件有关的数据，以及与飞行器本身的高度、姿态和其他性能 参数有关的数据。
60.显示器258还可以提供或包括用于接收关于系统10的操作的操作员命 令的用户界面。例如，显示器258可以构造有触敏屏幕，用于接收操作员 的输入以控制或监视系统10的一个或多个方面。显示器258可以连接到一 个或多个cpu、存储器、数据总线和构造为响应和/或执行操作员的命令的 软件。
61.系统10可以另外构造为用于系统10的一个或多个方面(诸如悬臂100) 的远程监视或操作。例如，系统10可以构造为经由卫星、蜂窝或wi-fi实 时发送和接收无线数据信号，例如包括在显示器258上可显示的任何或所 有信息，给位于地面或空中的远程操作员或监视员。
62.系统10可包括用于将流体连通到系统10的各个元件、包括减压阀的 阀门、温度传感器、压力传感器和位置传感器、流量计和控制器并从系统 10的各个元件、包括减压阀的阀门、温度传感器、压力传感器和位置传感 器、流量计和控制器流体连通的管路。系统10可以包括其他类似的元件而 不脱离本公开的范围或原理。
63.再次转向图2a至图2b，示出了系统10与直升机150的示例性集成。 系统10的罐组件15示出为沿着机身的下侧在外部安装到直升机150。具有 炮塔110和悬臂100的炮组件90示出为悬臂100沿着直升机的右舷侧处于 收起位置，悬臂100的喷嘴130指向直升机150的机头方向。动力组50示 出为安装到直升机150的左舷侧，与炮组件90相反，以平衡炮组件90的 重量。系统10在直升机的重心处或附近定位在直升机150的机头的尾部。 系统10构造为在系统10和直升机150的操作期间优化附接有系统10的直 升机150的飞行特性。
64.在图中所示的实施例中，炮组件90安装到并支撑在直升机150的机身 的一侧上，而动力组50安装到并支撑在直升机150的机身的相反侧上。这 样，炮组件90的重量可以通过动力组50的重量来平衡。为了将炮组件90 和动力组50连接到直升机150的机身的相应侧，系统10可以包括炮组件 接口安装板160和动力组接口安装板170。
65.如图2a至图12所示，炮组件接口安装板160和动力组接口安装板170 构造为附接到直升机150上可用的硬点190。这些硬点190由直升机制造商 作为标准接口提供，以将外部安装负载传递到飞机的内部承载结构。因此， 经由炮组件接口安装板160和动力组接口安装板170使系统10适配安装到 现有的硬点190，提供了安装容易性和其他成本节省。
66.图3至图7更详细地示出了示例性的动力组接口安装板170和相关的 安装系统。例如，动力组接口安装板170可包括一对上部连接叉/销接头183 和多个可调长度的连接构件180，连接构件180的两端具有连接叉/销接头 182，用于将动力组接口安装板170连接到多
个飞机硬点190。在该实施例 中，一对可调长度的连接构件180可用于将动力组接口安装板170连接到 两个下部飞机硬点190中的每一个，并且一对上部连接叉/销接头183可用 于将动力组接口安装板170直接连接到两个上部飞机硬点190中的每一个。 这对连接构件180可以定位在动力组接口安装板170的相应下角部上，以 使得动力组50的位置能够相对于飞机机身的位置调节。
67.系统10的动力组50包括基座176，基座176又由支撑件177、178支 撑(参见例如图5)，用于将动力组50支撑和安装到直升机150的机身。支 撑件177、178可构造有上下部钩184和锁定销185，用于将支撑件177、 178快速连接和固定到动力组接口安装板170的相应上下部销安装件186。 因此，一旦动力组接口安装板170固定到直升机150的机身，包括预安装 到基座176的支撑件177、178的动力组50可以在动力组接口安装板170 附近被顶起或提升，在动力组接口安装板170附近,支撑件177、178可以快 速且容易地钩到动力组接口安装板170上并固定到动力组接口安装板170。
68.图8至图12更详细地示出了示例性的炮组件接口安装板160和相关的 安装系统。例如，炮组件接口安装板160可包括一对上部连接叉/销接头165 和多个可调长度的连接构件162，连接构件162的两端具有连接叉/销接头 164，用于将炮组件接口安装板160连接到多个飞机硬点190。在该实施例 中，一对可调长度的连接构件162可用于将炮组件接口安装板160连接到 两个下部飞机硬点190中的每一个，并且一对上部连接叉/销接头165可用 于将炮组件接口安装板160直接连接到两个上部飞机硬点190中的每一个。 这对连接构件162可以定位在炮组件接口安装板160的相应下角部上，以 使炮组件90的位置能够相对于飞机机身的位置调节。
69.系统10的炮组件90包括基座225，基座225又由支撑件227、228支 撑(参见例如图10)，用于将动力组50支撑并安装到直升机150的机身。 支撑件227、228可以构造有上下部钩166和锁定销167，用于将支撑件227、 228快速连接和固定到炮组件接口安装板160的相应上下部销安装件168。 因此，一旦炮组件接口安装板160固定到直升机150的机身，包括预安装 到基座225的支撑件227、228的炮组件90可以在炮组件接口安装板160 附近被顶起或提升，在炮组件接口安装板160附近，支撑件227、228可以 快速且容易地钩到炮组件接口安装板160上并固定到炮组件接口安装板 160。
70.系统10可以构造为以相对低的压力但以相对高的体积从喷嘴130输送 包括加压的水/泡沫/空气溶液74的加压的阻燃剂，以沿发射方向扑灭火。 取决于期望水/泡沫混合物或其他流体沿发射方向被输送多远，用于系统10 的低压构造的压力可以在约50至约200磅/平方英寸(psi)的范围内。在 一个实施例中，系统10构造为将水/泡沫混合物以约125psi以约150gpm的 流量从喷嘴130输送到距喷嘴130约132英尺的距离，如果悬臂100是约7 米长，则该距离相当于距悬臂100的近端约150英尺。以这种方式，系统 10可用于扑灭距消防平台(包括位于城市区域的建筑物，诸如高层建筑物 和仓库)相当远的火。在另一个实施例中，系统10构造为将水/泡沫混合 物以约125psi以约20gpm的流量从喷嘴130输送到距喷嘴130约65英尺 的距离。
71.可替换地，系统10可以构造为在相对高的压力下提供相对低体积的流 体，以例如用于精确清洁电高压线塔上的绝缘体、用于清洁风车等，或用 于除冰结构、交通工具等。在一个实施例中，系统10可以构造为用于清洁 高压线绝缘体，以将流体以约1500psi从喷嘴
130输送，以将约5.5到约 6.0gpm的流体提供到距喷嘴130约12到约14英尺的距离，这超过了由已 知清洁系统目前提供的距喷嘴约3到约6英尺的距离。
72.操作员，无论是飞行员、机上操作员还是经由一种或多种无线通信协 议(诸如例如，蜂窝、卫星、wi-fi或封闭无线网络)连接到飞行器的远程 操作员，都可以使用例如操纵杆操纵悬臂100的瞄准点。在另一个实施例 中，操作员可以操纵悬臂100的瞄准点。悬臂100可以连接到炮塔110，炮 塔110可以包括或不包括用于在操作员的指导下一起移动或至少辅助悬臂 100的移动的驱动系统。炮塔110可以另外构造为在不使用时将悬臂100 装载在“原始位置”，以增强飞行器在飞行操作期间的安全操作，并且允许 例如从火位置容易且安全地进出。
73.线性致动器和旋转致动器可以被编程为经由操纵杆或其他转向装置分 别控制悬臂100和炮塔110的运动方向和速度。悬臂100的复合(对角线) 运动可以通过同时或许以不同的速度接合线性致动器和旋转致动器来实现。 在一个实施例中，在灭火操作期间，悬臂100的旋转运动可以在从大致指 向飞行器的在飞行器的运输期间用于装载的机头(即，向前)到在尾部的 约110度范围内。在用于旋翼飞机的应用的实施例中，悬臂100的竖直运 动可以在从大致水平(以避免与旋翼干扰)到向下约40度的范围。对于飞 机的应用，悬臂100的竖直运动可以在从大致水平到向下约40度的范围。 可以应用机械锁或机电锁来收起用于装载的悬臂100，以用于飞行器的运输。 可以采用一个或多个位置传感器来提供对应于悬臂100的位置的一个或多 个信号。一个或多个信号可以用于脱离或接合线性致动器和旋转致动器中 的一个或多个，从而移动悬臂100。
74.在一个或多个实施例中，系统10可包括红外视觉装置115、距离测量 装置120和水罐20中的防汽蚀装置，距离测量装置120包括用于确定飞行 器与任何障碍物或建筑物之间的距离的激光器，防汽蚀装置用于通过主水/ 泡沫泵62使空气而不是水24从水罐20抽出的机会最小化。红外视觉装置 115可包括红外摄像机117，诸如可以从加利福尼亚州戈利塔(ca93117) 的菲力尔公司(flir systems,inc)获得的evs3 9hz红外摄像机，以通过 雾、灰尘和烟雾以及在完全黑暗中帮助辨认火热点。在一个实施例中，如 图15所示，红外摄像机117可以安装在悬臂100上。在另一个实施例中， 红外摄像机117可以安装在系统10的部件或飞行器的部件上的其他地方。 在一个实施例中，来自一个或多个红外摄像机117的图像可以被供给到安 装在炮塔110上或炮塔110附近的显示器162，以被炮塔110的操作员观察。 可替换地，来自系统10的一个或多个红外摄像机117的图像可以实时地被 供给到多个显示器。这种显示器可以包括用于飞行员的驾驶舱中的显示器、 由飞行员或由飞行器上的一个或多个机组成员或系统10的操作员佩戴的安 装有视觉系统的头盔上的显示器、距离飞行器很远的在地面上或在另一个 飞行器中的显示器，以及与任何数量的手持设备(包括手机或平板计算机 设备)相关联的显示器。
75.由操作员使用例如在操作员站240处的上面所讨论的控制件中的一个 所指示的，使用一个或多个泡沫泵32从一个或多个泡沫罐中抽吸已知量的 泡沫或泡沫浓缩物，并且将其加入到水罐20中的已知量的水中，以产生具 有期望的泡沫相对于水的浓度的一批量的水/泡沫混合物，期望的泡沫相对 于与水的浓度在约1％至约10％的范围。
76.在系统10的配置中，一个或多个泡沫罐30包括水罐20中运载的水量 的体积的约5％至约10％。如上所述的，对于系统10，系统10的泡沫与水 的比例根据系统10的操作员的
指示可以在约0.1％至约10.0％的湿泡沫到 干泡沫的范围。可替换地，系统10的泡沫与水的比例可以在约0.4％至约 1.0％的范围。
77.到操作系统10或其任何部分(包括炮塔110和悬臂100、电动马达64、 引入泵68、进气阀70、电磁阀86等)的电力可以来源于飞行器的非必要 电气总线，来源于连接到飞行器的发动机或变速器的发电机，或来源于辅 助动力单元(apu)。
78.上述所有流体泵可以使用上面提到的来源中的电力来电驱动，或者可 以通过与机载发动机的机械连接机械地驱动。例如，主水/泡沫泵62、一个 或多个泡沫泵32和引入泵68可以由飞机或旋翼飞机系统机械地或电地提 供动力。在一个实施例中，主水/泡沫泵62中的每一个或任何一个，一个 或多个泡沫泵32和引入泵68可构造为电驱动泵，其消耗来自飞机或旋翼 飞机的非必要电气总线，或来自连接到旋翼或发动机系统的发电机，或来 自单独的辅助动力单元(apu)的电流。
79.系统10可以构造为包括用于在飞行器飞行时补充水罐20中的水供应 的系统。例如，系统10可包括可伸缩或不可伸缩的重新填充系统，其构造 为用于在旋翼飞机或固定翼飞机上使用，或与旋翼飞机或固定翼飞机一起 使用。在一个实施例中，系统10可以包括盘旋泵系统，该盘旋泵系统包括 在长度足以到达飞行器下方的水库、湖泊或其他水源的导管远端处的水泵， 以将水从水源泵送到水罐20。
80.可替换地，系统10可以构造为包括可伸缩泵系统，用于使可折叠的柔 性软管展开和缩回，以在飞行器在水源上方盘旋时将来自诸如池塘或湖泊 的水源的水抽吸到水罐20中。在一个实施例中，可伸缩泵系统可包括用于 支撑机动卷轴和可逆马达的壳体或结构以及用于使可折叠软管从卷轴上展 开或缩回至卷轴上的马达控制器。壳体可包括紧固到保持架元件(cageelements)的面板，以形成壳体的结构。水泵可以定位在可折叠软管的远端， 水泵的入口可以用遮挡件覆盖，用于将水从水源泵送到水罐20。可伸缩泵 系统可安装到飞行器或安装到罐组件15的一侧，以经由导管282将水从可 折叠软管引导到水罐20。在任何一种情况下，止回阀284都可以定位在导 管282的近端处，以使从罐组件15的水罐20泄露的水最小化。
81.可伸缩泵系统可以由飞行器的飞行员或位于操作员站240的操作员控 制。在操作期间，可伸缩泵系统的可逆马达可以由操作员命令，该命令由 马达控制器接收，马达控制器又使可逆马达通电，以引起卷轴沿着期望的 方向旋转，以将可折叠软管缠绕和缩回到卷轴，或从卷轴松开并展开。一 旦远处定位的泵在可折叠软管从卷轴展开之后浸没到水源中，操作者可以 将泵置于“开启”以使水从水源经由可折叠软管、在内部通过卷轴的轮毂 和经由导管282泵送到水罐20。可替换地，导管282可以适于与附加管道 连接，这些附加管道又连接到水罐20，以将水连通到水罐20。在填充循环 完成时，操作员可以命令泵置于其“关闭”位置以停止泵送水。然后操作员 可以命令可逆马达使卷轴反向旋转，以使可折叠软管缩回，并将可折叠软 管缠绕到卷轴上。可折叠软管的展开和缩回可在飞行器在水源上方盘旋， 或分别过渡到盘旋和从盘旋过渡时启动。将可折叠软管展开到例如预定长 度、打开和关闭用于泵送水的水泵以及使可折叠软管缩回的一个或多个步 骤可以使用传感器和/或包含在系统10中的适当的软件控制算法自动执行。 当可折叠软管完全缠绕在卷轴上时，可伸缩泵系统可以构造为避免与飞行 器的正常着陆操作干扰。
82.在包括旋翼飞机的实施例中，当在诸如水库或湖泊的水源上盘旋时， 使用上述可
伸缩或不可伸缩系统的重新填充循环时间可在约25秒到约60 秒的范围，以用水重新装载水罐20。在实施例中，根据所使用的泡沫与水 的比例，在约5到约10个水循环之后可能需要重新填充泡沫。
83.虽然已详细描述了具体实施例，但是本领域技术人员将理解，根据本 公开的总体教导可以发展出对那些细节的各种变型和替换。因此，本公开 仅用于说明而不限制其范围，并且应当给出所附权利要求及其任何等同方 式的所有方面。