Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 10
1.1 .Общее состояние проблемы тушения лесных пожаров. 10
1.2.Особенности применения авиационных средств для
тушения лесных пожаров. 14
1.3.Аналитический обзор исследований, посвященных
применению авиационных средств (самолетов-танке
ров, вертолетных сливных устройств-ВСУ) для туше
ния лесных пожаров. 18
1.4.Задачи исследований. 25
ГЛАВА 2.ОБ0СН0ВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ ВСУ 27
2.1 .Общее описание технологического процесса приме
нения ВСУ. 27
2.2.Применение вертолетного сливного комплекса КСВ-1
при борьбе с лесными пожарами. 31
2.3.Технология прокладки противопожарных полос с при
менением модульного сливного вертолетного
устройства-МСВУ. 34
2.4.Методика определения основных технологических па
раметров. ' 36
ГЛАВА З.МАТЕМЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ НАДЕЖ
НОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕРТОЛЕТНЫХ СЛИВНЫХ
УСТРОЙСТВ ПРИ ТУШЕНИИ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ 47
3.1.Определение показателей-надежности огнезащитных
заградительные полос созданных с цомощью ВСУ, 47
3.2.0пределение оптимальных требований к точности
работы ВСУ; '.'. ' ... 56
стр.
ГЛАВА ^ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 66
4 J .Цель и задачи эксперимента. 66
4.2.0бъекты исследований. Методика проведения экспе
римента. 66
4.3.Статистическая обработка результатов. 78
4.3.1.0бщая статистическая обработка. 78
4.3.2.Корреляционный анализ. 83
4.3.3.Факторный анализ. 85
4.4.Влияние технических и природных условий на пара
метры противопожарных полос. 89
4.4.1 .Влияние технических условий на параметры загра
дительных полос. 89
4.4.2.Влияние полога древостоя при создании заградитель
ных полос с помощью ВСУ. 97
ГЛАВА 5.0ПТИМИЗАЦИЯ МАРШРУТОВ АВИАЦИОННЫХ
ПРОТИВОПОЖАРНЫХ СРЕДСТВ ОБОРУДОВАННЫХ
СЛИВНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ ПРИ БОРЬБЕ С ЛЕСНЫМИ
ПОЖАРАМИ 99
5.1 .Общая постановка задачи оптимизации. Выбор и обосно
вание метода оптимизации, показателей эффективности
и управляемых переменных, составление целевой функ
ции. 99
5.2.Расчет оптимальных технологических параметров
средств пожаротушения при тушении лесных пожаров
с помощью ВСУ. 107
5.3.Учет стохастических условий. 118
5.4.0ценка чувствительности оптимальных решений. 121
ГЛАВА 6.0СНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 126
ГЛАВА 7ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 130
Введение к работе
Лес - неоценимое богатство нашей страны. Общеизвестно его значение в экономике как уникального воспроизводимого ресурса. Не менее важными являются экологические и рекреационные свойства лесных угодий.
Однако, лес, одновременно с непрерывным использованием требует постоянных усилий по его охране и восстановлению. К сожалению, следует констатировать, что в настоящих условиях потребительские действия значительно превышают восстановительные и охранные расходы. Естественно,
і і
что это противоречие не могло не привести к огромным экономическим потерям, наиболее значительными из которых являются потери, связанные с пожарами. Так, только в прошедшем 1999 году на территории РФ было зарегистрировано 16900 пожаров. Площадь пройденная огнем составила: л есная-603 509,82 га; нелесная-350121,98 га.Кроме непосредственных экономических потерь во многих регионах РФ и, в частности, в Ленинградской области в прошлом году возникали чрезвычайные ситуации, угрожающие населенным пунктам, промышленным предприятиям, ЛЭП, трубопроводам и другим элементам инфраструктуры.
В значительной степени эта обстановка сложилась не только из-за природно-климатических условий, но и из-за ослабления системы противопожарной охраны, объясняющейся систематическим дефицитом финансирования лесного хозяйства. Выделяемых бюджетом средств хватает, в основном, на осуществление менее половины необходимых мероприятий по организации охраны лесов от пожаров.
Естественно, что в результате недофинансирования страдают не только непосредственные силы и средства борьбы с огнем, но и научное обеспечение этих средств, призванное обосновывать и разрабатывать как новые прогрессивные мероприятия пожаротушения, так и перспективные технические средства.
Одним из таких средств являются авиационные противопожарные средства (АППС) и, в частности, вертолеты, оборудованные вертолетными сливными устройствами.(ВСУ). Применение вертолетных противопожарных
средств началось, по существу, с начала создания надежных и эффективных летательных аппаратов этого класса, то есть с 50-х годов нашего столетия. Сначала вертолеты применялись лишь как транспортные средства, однако сравнительно быстро в США, Канаде, Франции и в нашей стране стало разрабатываться специальное противопожарное оборудование. Эти разработки, естественно, требовали соответствующего научного сопровождения, направленного на создание методов применения ВСУ, повышение надежности и эффективности и т.д.
Наиболее активно отечественная наука стала заниматься этими вопросами примерно 35-40 лет назад (ЛенНИИЛХ, ГосНИИГА, Центральная авиабаза). При этом, было разработано противопожарное вертолетное оборудование, проводились теоретические и экспериментальные исследования, целью которых было обоснование наиболее эффективных методов и средств применения ВСУ и т.д.
Однако, несмотря на значительный научный задел, созданный учеными и конструкторами перечисленных выше организаций, ряд научных теоретических и практических задач пока еще остается нерешенным. Поэтому тема данной диссертации, посвященной обоснованию оптимальных требований к параметрам и режимам применения вертолетных средств тушения лесных пожаров является несомненно актуальной, теоретически и практически важной. Диссертационная работа состоит из 7 глав, введения и заключения. Основное содержание работы изложено на 129 стр., в диссертации имеется 28 рисунков и 15 таблиц. Список литературы содержит 27 наименований.
Краткая аннотация работы:
Во введении обосновывается актуальность темы, дается краткая аннотация работы, формулируется цель работы, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.
В цервой главе анализируется общее состояние проблемы лесных пожаров, указываются необходимые условия успешного их тушения, описываются технические средства борьбы с огнем, а также особенности
*
%
применения авиационных противопожарных средств (АППС). Здесь же приводятся задачи исследований
Вторая глава посвящена обоснованию технологии применения ВСУ. При этом дается общее описание технологического процесса (ТП) тушения пожаров и указываются его особенности. Кроме того, здесь рассматриваются методы борьбы с огнем, описывается состав вертолетного сливного комплекса КСВ-1, а также приводится методика расчета технологических параметров.
В третьей главе разрабатываются математические модели для определения показателей надежности ОЗП, созданных с помощью ВСУ, а также обоснования оптимальных требований к точности работы устройства. Здесь же приводятся результаты соответствующих расчетов по определению вероятности безотказной работы(ВБР) и ее зависимости от различных факторов.
Четвертая, наиболее обширная глава, посвящена экспериментальным исследованиям. Здесь описываются цель и задачи эксперимента, методика его проведения, применяемая аппаратура и приводятся результаты. Результаты эксперимента подвергнуты тщательной статистической обработке, состоящей из трех частей: общей описательной статистики; корреляционного и факторного анализов.
В последней, пятой главе описывается постановка задачи и методы решения определения параметров оптимальной транспортной сети. Особенностью задачи является учет вероятностных ограничений. Путем введения допущений и некоторых преобразований задача сводится к обычной задаче линейного программирования (ЛП) с особым видом ограничений. На основании решения задачи сформированы оптимальные транспортные сети для выбранного района Карельского перешейка и гипотетической пожарной ситуации. На основе приведенных методов может быть построена оперативная транспортная сеть любого района. Глава заканчивается анализом чувствительности оптимальных решений.
Цель работы: Повышение эффективности вертолетных средств тушения лесньпС пожаров за счет применения рекомендадий по оптимальным
техническим параметрам, технологическим режимам и организации маршрутов.
Объекты исследований; Объектами исследований являются: противопожарное оборудование вертолета МИ-8Т, технологические процессы его применения, результаты натурных экспериментов, организация оптимальных транспортных сетей.
Научная новизна работы: Научную новизну имеют:
Математические модели для определения показателей надежности огнезащитных заградительных полос (ОЗП), основанные на применении теории полуслучайных процессов, и полученные при этом законы сс-распределения ширины ОЗП с заданной дозировкой;
Математические модели для определения оптимальных требований к точности работы сливных насадков, основанные на использовании методов Эйлера-Лейбница;
Закономерности, описывающие зависимости ВБР ОЗП от ряда технологических и природных факторов, полученные в результате комплексной теоретико-экспериментальной методики, включающей описательную статистику, корреляционный и факторный анализы;
Оптимизационные математические модели построения транспортных сетей, обеспечивающие максимальную эффективность операции тушения. пожаров с помощью ВСУ и основанные на применении ЛП с вероятностными ограничениями. Значимость для теории и практики: Для теории имеют значение:
Методика определения законов распределения ширины ОЗП в виде а-распределения и полученные при этом параметры закона (а и р);
Получение с помощью методов Эйлера и Лейбница трансцендентногд уравнения для определения оптимального
значения среднего квадратического отклонения (C.K.O.)-^7*„
*
сливного насадка. Полученная путем аппроксимации полуэмпирическая зависимость Q" „
Полученные в результате статистической обработки эксперимента законы распределения основных параметров ТП и их значения; установленные корреляционные связи между параметрами ТП и значения корреляционных коэффициентов; выделение трех главных факторов ТП создания ОЗП;
Установление с помощью пошаговой множественной регрессии закономерностей, связывающих ожидаемые характеристики ОЗП с технологическими и природно-климатическими условиями;
Постановка задачи и метод решения задачи ЛП с вероятностными ограничениями, учитывающими различные условия заправки ВСУ в процессе работы.
Для практики имеют значение:
Результаты расчетов ВБР вертолета с ВСУ в зависимости от технологических режимов и полученные при этом рекомендации по высоте и скорости полета, характеристик расхода и других факторов;
Рекомендации по требуемым для создания ОЗП дозировкам при различных природно-климатических условиях;
Требуемая оптимальная точность работы ВСУ;
Рекомендации по созданию оптимальных транспортных сетей и значения коэффициентов чувствительности, позволяющих оперативно корректировать принимаемые решения;
Рекомендации по требуемым конструктивно-технологическим характеристикам ВСУ, обеспечивающим максимальную эффективность тушения лесных пожаров.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались на ученом совете Санкт-Петербургского НИИ лесного хозяйства.
Публикации:
Материалы диссертации опубликованы в 5 статьях. Результаты исследований отражались в научно-технических отчетах [22],[23],[27].
Основные положения, выносимые на защиту:
Возможность представления математической модели для получения закона распределения ширины полосы с заданной дозировкой в виде полуслучайного процесса с линейным или экспоненциальным законом скорости изменения дозировки;
Возможность получения трансцендентного уравнения для
* определения (у с помощью комбинации методов Эйлера-Лейбница и полученная при этом полуэмпирическая зависимость;
Представление основных параметров полосы в виде нормальных законов распределения с полученными при эксперименте параметрами;
Корректность представления корреляционных связей и выделения главных факторов;
Корректность суждения о главном влиянии повышения напора и создания узконаправленной струи на уменьшение потерь жидкости из-за влияния сомкнутости полога; '
Возможность сведения задачи стохастического программирования к задаче ЛП с детерминированными ограничениями, зависящими от аргументов функции Лапласа и квантилей распределения.
,, 10
