C-130 Kargo Uçaği İçin Yangin Söndürme Modülü Ön Tasarim Çalişmasi

Abstract

Bütün canlılar için vazgeçilemez bir ekolojik sistem olan ormanlar gün geçtikçe bilinçli / bilinçsiz bir şekilde yok edilmektedir. Orman yangınları da yok oluşu hızlandıran faktörlerin başında gelmektedir. Orman yangınlarıyla birlikte milli servetlerinin de yok olduğunun bilincine varan ülkeler, günümüzde orman yangınlarıyle etkin mücadelede hava taşıtlarını kullanmaktadırlar. 1950 yıllarında basit bir teknolojiyle uçak içersine yerleştirilen sabit tanklar sayesinde su veya kimyasal maddeler kısa zamanda yangın bölgelerine ulaştırılarak orman yangınlarıyla mücadelede önemli bir adım atıldı. Ancak yangına duyarlı ayların haricinde atıl olarak bekleyen yangın söndürme uçaklarının verimli olmadığı değerlendirilerek 1970'li yıllarda personel / kargo uçaklarına monte edilebilen modüller tasarlandı ve imal edildi. Bu sistemdeki en önemli nokta yangın söndürme modülünün uçakta tadilat yapmaksızın en kısa zamanda yüklenebilmesi ve kullanıma hazır hale gelmesidir. Bu sayede çeşitli kargo ve personel taşıma görevlerinde kullanılan uçaklar daha ekonomik ve verimli kullanılmaktadır. Bu çalışmada amaç, Türk Hava Kuvvetleri'nin envanterinde bulunan C-130E kargo uçaklarının herhangi bir tadilat yapılmaksızın istenildiğinde yangın söndürme uçağı olarak kullanılmasının mümkün olup olamayacağının incelenmesidir. Bu bağlamda 463 L kargo sistemine sahip olduğu için diğer uçak tiplerine göre daha avantajlı olan C-130E uçağında kullanılmak üzere üç tanklı basınçsız bir modüler sistem tasarlanmıştır. Yangın söndürme modülünün tasarımına öncelikle modülde yer alacak olan tankların geometrisinin belirlenmesi ve boyutlandınlması ile başlanıldı. Boyutlandırma işleminde C-130E uçağının kargo kompartımanın boyutlarına ve 463 L kargo sisteminin özelliklerine bağlı kalındı. Boyutlandırma işleminden sonra tasarlanan modülün C-130E uçağının uzunlama kararlığına etkisi yazılan bir bilgisayar programı sayesinde 2.86x1 0"3 s gibi çok küçük bir zaman aralığında incelendi. Bu küçük zaman aralıklarında yüksekliklerin, suyun ilerleme doğrultusunun ve su hızlarının zamanla değişimleri hesaplandıktan sonra su kütlesinden kaynaklanan gross ağırlık ve moment değişimleri hesaplandı. Bu hesaplar T.O.lC~130E-5'de C-130E uçağının gross ağırlık, moment ve ağırlık merkezinin değişimini veren EK-A'daki değerler ile karşılaştınlmıştır. Böylece, uçağm uzunlama kararlığı açısından ağırlık merkezinin limitler içersinde kalıp kalmadığı tesbit edilmiş ve tasarlanan modülünden alçak irtifada ve düşük hızlarda su bırakılması esnasında bu işlemin uçağın uzunlama kararlığına olumsuz etkisi olmadığı gösterilmiştir. Çalışma içersinde farklı hücum açılarında, tasarlanan modülün boşalma süreleri hesaplanmış ve 10 ile 15 derecelik hucüm açılarında boşalma süreleri incelendiğinde aralarında çok büyük farkın olmadığı dolayısıyla 10 derecelik hücum açısı ile su bırakmanın tercih edilmesinin uçuş emniyeti açısından da daha güvenli olacağı anlaşılmıştır.

The functional value of a tree is 2000 times higher than raw of the wood. The forests supplying the many needs of human are decreasing considerably that causes the destroying of the ecological equilibrium of the world. So developed countries are restricting the use of forests and pushing the construction of new ones. This satisfies controlled use of woods. Next to this precautions, another important thing which threatens the forests and mostly caused by carelessness of the mankind is forest fire. At he woodlands, the fire status changes according to weather conditions; such as increasing temperatures and wind which causes the igniting of woods. Therefore the number of forests around the world are extremely low because of the forest fires. Contraversialy to build up new forests takes quite a long time (60 or 70 years) next to big expenses and efforts. 12.500 hectare of the woodland are burning every year in our country. Comparing the forest fires in other countries like France, Italy, Spain, Greece, USA and Canada; the loss of forest is considerably low which is shown on Table 1. Table 1 Available forest areas and average burning area per year in different countries The beginning of the usage of the planes at forest fires meets in 1950's. Some military planes are converted to fire planes by the joint programme of "State of California" and "U.S. Forest Service". Firstly, Stearman, PT-17 and N3N planes, which is used for second world war, have been modified [1]. So far many unused planes and helicopters have been changed to fire planes [2]. Water removing and performance capacities of this planes have been investigated [2, 3]. This investigation shows that some cargo planes are replaced with a modüler tanks instead of constant ones. Now four different module exist in the world. One of XI them, MBB module have pressurezed unique tank having 12 tone water capacity and discharge channel [4]. Furthermore MAFFS module conssists of five pressurezed tanks which have also 12 tone water capacity and two discharge channels [5]. In both modules to disharge the water reserved in the tank, a pipe or disharge channel have been used. Contrary this, RADS module uses unpressurezed 12 tone unique tank and the disharge valve is at the bottom of the tank and goes directly to the atmposphere [6]. Besides, Russian made cargo planes having 42 tone water capacity includes two unpressurezed tanks and water is discharged from the cargo entrance. [7]. The techniques leaving the water to air depends on humidity obtained at ground and changes to the kind of fire between 0.5 and 3.5 liter per square area meter [8,9]. Another parameter effecting the humidity at ground is the discharging time of total water inside the tank. This phenomena is related to the hydraulics. The discharging water problems have been largely investigated by hydraulic engineers[10,12]. The purpose of this study is to search the possibility of the use the cargo planes as a fire planes without doing any modification in the plane named C-130E existing in Turkish Air Force. Since this cargo plane has the module 463L system, it has some advantages comparing to other cargo planes in Turkish Plane Invantory. And three tanks without pressurezing will be designed in this study. The reason why we choose unpressurezed tanks, it is simple and easily manufactured. The modüler system which enables to no modification in the cargo plane have some advantages and listed as follows. a) The plane enables to use for carrying cargo material and people in the season where very few forest fires exist. b) The module can be easily constructed on to plane with a short time aproximately 10-30 minutes. c) The adaption of the module to plane is satisfied with a minumum cost. d) The usage of the module is simple and can be assembled easily. e) There is no need to educate the person who will use the module After determining the geometrical values of the tank dimensions which is placed in cargo department, the formulation of moving water and centre of gravity calculation of the plane is done. It is assumed that the flow is incompressible and flow conditions are uniformly distibuted at each section. And average velocities at each section is calculated. The set of governing equations is based on the formulation DADA which represents uniformly distrubuted open system. The problem is divided in to two sections; tank and discharging pipe. The continuity and Bernoulli equations are used in the tank and momentum theorem is applied during the flow in pipes. Entrance, vane and friction loss coefficients existing in the Bernoulli equation is determined by assuming the turbulent flow. After the vane opened the flow going through pipe is investigated as well as all water discharged from the tank.. Because Xll the flow in the pipe effects the stabilty of the plane. When the water reached local loss components such as entrance, vane and elbow, the loss coefficients of this components are included in the formulation and after this points it is expected the velocities in the piper will have sudden exchanges. As described above, the solution of this problem is obtained by using successive steps. This steps are shown below. I. Moving of the water from vane to elbow II. Moving of the water till end of the pipe III. Discharghing of the cylindrical tank IV. Discharging of the water till vane V. Discharging of the water till elbow VI. Discharging of the water till end of the pipe. The local loss coefficients are taken account in a different way at each step. Figure 1 The overwiew of the water tank I. Moving of the water from vane to elbow: x<\!2. The formulation of this step is done according to two control volumes chosen in tank and pipe. The first control volume includes the volume element from the free surface of the tank to vane entrance whereas second control volume include volume element from vane exit to the exit of the pipe. The continuity and Bernoulli equations are written by using this control volumes and x and y velocity components are obtained. (ty_ dt = f(t,y,x) (i) L2(r2-y2) Xlll dx dt ? = v" = = g(t,y,x) (2) 1 I Z2(r2-/) ",, The moment of the water in the tank at any instant time is written as below. mT = \nr2L- ALM TjCosa whereas the moment in the pipe mB = h £T+\r+- \Sina 27trf-Cosa+ \ x +\r+- + 2 2) Sina 2m?xCosa (3) (4) is found as shown above. The first part of equation (4) shows that the moment of the water till the vane, while the second part from vane to elbow. II. Moving of the water till end of the pipe: hxl2<x <xx</x