摘要：高层建筑气动消防炮是为了能够更好的解决较高的楼房建筑的消防问题而最新提出的消防技术方案。本文将对气动消防炮的结构展开研究，从动力学方面对其进行计算分析，从而验证气动消防炮消防方案的可行性。
关键词：高层建筑；动消防炮；结构；动力学
The high-rise building pneumatic gun is in order to be able to fire better solution of high buildings and the latest problem of building fire fighting the fire control technology solutions proposed. This paper will fire the structure of pneumatic gun launched research, from the dynamics of the calculation analysis, and to verify the pneumatic gun fire for feasibility of fire.
Keywords: high building; Move the fire guns; Structure; dynamics
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号
引言：伴随着我国建筑事业的快速发展，城市化进程的加剧，高层建筑物层出不穷，楼层高度也是越来越高，对于高层建筑的消防问题也随之产生，普通的消防登高车最多只能达到五十米的高度，对于超过这个高度的楼层束手无策；如果由人工进入建筑进行内部火情的控制，不仅进入建筑时费时费力，而且近距离的灭火会有很大的人身危险；对于采用直升机对建筑物进行上部喷洒的灭火方式，又常常会受到条件的约束。因此，针对以上的灭火难题，我们进行了气动消防炮的研究方案。
高层建筑消防炮的总体结构研究
消防炮主要是由八大部分组成，分别为：转盘、俯仰机构、炮管、气室、击发机构、推弹机构、消防弹和上弹装置。把灭火弹放入上弹装置，消防炮在工作时，灭火弹会由上弹装置直接送入推弹机构里，推弹机构再将灭火弹推至炮膛，当灭火弹进入炮膛之后，炮膛会由密封盖自动密封。
击发机构主要是由伴随管、击发销、击发气路和滑道构成，击发机构的作用就是使灭火弹在击发的一瞬间达到全压发射，其工作原理就是在击发前，炮膛内的伴随管把高压气室同常压的炮膛进行隔离，当打开击发机构里的气动阀时，其内部的高压气体会进入炮膛，从而常温炮膛的气压瞬间升高将灭火弹向前推动，因为击发销还处在伸出状态，因此阻止灭火弹走出伴随管，于是灭火弹推动伴随管一起向前移动，这时高压气就进入了炮膛，当伴随管到达炮膛和气室相互连接的位置时，击发销便自动收回，消除了对灭火弹的阻碍，此时灭火弹就会在高压气室内的全压作用力下火速运动，达到瞬间发射。
灭火弹发射完毕之后，炮膛内的气压会自动经炮口泄压而降至常压，这时从高压气室的另一端加载气压，推动活塞进行回程运动，直至将推弹机构回位，伴随管也随之恢复到原位，击发销再次伸出，保证为下次的发射各就各位。
二、高层建筑消防炮的动力学分析
高层建筑消防炮的动力学原理分为两个阶段一个是击发过程中，另一个是炮膛加速过程中，下面分别进行探讨分析：
击发过程中动力学分析
在击发过程中，灭火弹和伴随管在高压的环境作用下往前运动，这时击发销有两种受力情况：一种是当灭火弹在推动力下所引发的加速度小于伴随管所引发的加速度，击发销将不受灭火弹的推力作用；当灭火弹在推动力下所引发的加速度大于伴随管所引发的加速度，击发销就会被灭火弹的推理所作用，进而通过击发销推动伴随管向前运动。
下面将通过计算分析一下后者的可能性，首先对于两个加速度进行计算对比分析，伴随管在推动力下所引发的加速度为
式中：是伴随管质量， 是炮膛气压，是伴随管的横截面积。
灭火弹在推动力下所引发的加速度为
式中：是伴随管质量，是伴随管的横截面积。
通过（1）（2）式的对比可得，击发销的运动主要受灭火弹的推力影响，击发过程就是灭火弹带动击发销运动，再由击发销发销推动伴随管向前运动的过程。
下面图1为击发销受力图
图1击发销受力图
由于摩擦系数和压力角较小，在进行计算时，通常可以忽略掉他们的影响,因此建立灭火弹的运动方程式如下：
式中：是伴随管的横截面积，f是材料的摩擦系数，是压力角，是炮管与伴随管间的摩擦力。
以上方程式（3）化解为：
气体状态的方程式为：
式中是气室的体积，是气体的绝热指数，是击发前气室的气压。
通过化简得出
把（4）、（5）代入（6）会得出：
（7）
上面的式中：是气体的绝热指数，是灭火弹离开伴随管所发生的行程，是灭火弹在离开伴随管时的速度。
炮膛加速过程中动力学分析
图2
图2是灭火弹在炮膛加速的示意图，其中膛压的加速开始气压是上一段结束时的Pt,在这个膛压下灭火弹开始以初速度vo进行脱离伴随管的控制开始膛压加速，这时会有气室的气体陆续进入灭火弹后面的炮膛，从而不断地推动灭火弹进行加速运动，当灭火弹到达炮口时会获得一个初速度vL.由此可知，灭火弹在炮膛的加速过程就是灭火弹后面的压缩气体膨胀，从而推动灭火弹进行运动的过程。
下面表1是在不同发射气压下，膛内灭火弹的出炮速度vL，激发速度vt和最大射高h通过计算得出的相关数据。在进行计算时，消防炮的口径是120mm,击发的行程l取40mm,气室的体积是0.02，炮管的摩擦力是Fc=100N,伴随管的质量是6kg,炮膛的加速行程是L取1.5m,炮弹的质量是3kg, =1.2,=1.4,灭火弹的推动气压=0.5~5.5。由于不考虑弹道的外部特性，因而在计算时空气的阻力忽略不计，通过计算结果可以得出，灭火弹在未达到6M帕最大额定发射压力时，它的射高已经达到了1623米，完全超出了当今无论是国际还是国内的最高建筑的高度。
表1 在不同的气压下灭火弹的出口速度、击发速度和最大射高
三、结束语：本文对气动消防炮的工作原理及结构动力学进行了详细的研究，通过对击发过程中动力学分析和炮膛加速过程中动力学分析，运用方程式的数学模型的解算，验证了高层气动消防炮方案的可行性，供工程设计人员进行参考。
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