民用飞机货舱防火试验研究 

民用飞机货舱防火试验研究 

罗海麟

中国商飞民用飞机试飞中心 201323

摘 要：货舱灭火瓶有高速灭火瓶、低速灭火瓶两种。其中高速灭火瓶中的灭火剂快速释放完毕，然后低速灭火瓶中的灭火剂缓慢释放到选定货舱。左边为高速灭火瓶数据曲线，右边为低速灭火瓶数据曲线。对于所有型号的飞机，一旦探测到火警并且释放灭火剂，需要考虑由于天气等因素造成的空中等待和延误，以及基于飞机一发失效的情况下备降至最近的机场着陆所需的时间，要求阻止复燃的最小灭火剂浓度能够持续保证飞机的飞行安全。根据机型的不同，所要求的最小灭火剂浓度持续时间也不一样。

关键词：货舱灭火瓶；灭火剂浓度；阻止复燃

 引言

民用飞机货舱在运行过程中可能出现着火，若不对其进行控制，不仅会严重损坏飞机，甚至造成起火爆炸现象，直接危及飞机安全。民用飞机适航管理当局（如：FAA、EASA、CAAC等）要求在飞机易着火区域安装火警探测和灭火系统，并要求按照民用飞机适航管理条例25部（FAR-25、JAR-25、CCAR-25等）条款对其进行适航符合性验证。

1 试验目的

民用飞机动力装置防火系统试验的目的是验证货舱内灭火剂浓度及抑制时间是否满足适航条款§25.851(b)(2)；§25.855(h)(2)；§25.855(h)(3)；§25.855(i)；

§25.857(c) (2)；§25.857(c)(3)；§25.857(c)(4)；§25.1301(d)；§25.1309(a)要求。

其中CCAR第25.855条 货舱和行李舱：

(h) 必须进行飞行试验以表明符合第 25.857 条中涉及下列方面的规定：

(1) 舱的可达性；

(2) 阻止危险量的烟或灭火剂进入机组舱或客舱；和

(3) C级舱内灭火剂的消散。

(i) 进行上述试验时必须表明，在灭火过程中或灭火后，任何货舱内的烟雾探测器或火警探测器不会由于任何另一货舱内的着火而产生误动作，除非灭火系统同时向每个货舱喷射灭火剂。

根据飞机货舱大小，货舱级别被分为A、B、C、D、E，共5类，E类货舱飞机只进行货运。AC25-9A建议了各级别货舱烟雾测试的需求，其要求如下表1所示。下图1为典型的C级货舱透视图。

表1各级别货舱烟雾测试需求

图1 典型的C级货舱透视图

2 测试设备工作原理

对于民用飞机货舱灭火剂浓度测试，AC25-22并没有对测试设备进行说明。民用飞机货舱灭火剂浓度测试设备主要由防火系统供应商提供。其主要构成与动力装置灭火剂浓度测试设备基本相同。主要区别如下：

1. 采样管

动力装置灭火剂浓度测试过程中，绝大部分采样管位于发动机舱/APU舱内，为了满足上述要求，必须采用金属材质采样管（无缝铜管或铝管）；而货舱灭火剂浓度测试过程中，所有采样管均位于密封舱内，采样管为塑料材质即可满足上述要求。

试验过程中，由于货舱内喷射的灭火剂可能会泄漏进入到驾驶舱和客舱，试验人员可能处于高浓度的灭火剂中，因此为了证明不存在灭火剂泄露的问题，还需要测量驾驶舱和客舱内灭火剂浓度。

2. 回流管、压力采样管和热电偶

依据条款，在货舱灭火剂浓度试验过程中，从灭火剂释放到飞机着陆期间，需要满足灭火剂浓度始终不低于3%的要求，因此需要布置回流管，其作用是将采样管采集的灭火剂在经过测试后重新流入货舱，使灭火剂量不因为测量而有所损失。

压力采样管和热电偶是用于获取参考基准。由于灭火剂浓度测试设备基于微压差传感原理，是通过对比纯空气与采样气体的压力差来获取灭火剂浓度的，因此需要在试验高度上稳定平飞一段时间来获取纯空气参考基准。

3 试验要求

试验高度：最大巡航高度；货舱状态：空载；灭火剂瞬间浓度：5%（高速灭火瓶释放）；灭火剂保持浓度：3%（低速灭火瓶释放）。下图2为同一个货舱装载和空载状态下灭火剂浓度测试结果，从图中可以看出，货舱装载状态下会造成初始瞬间浓度偏高。

图2 装载与空载状态货舱灭火剂浓度

货舱灭火瓶有高速灭火瓶、低速灭火瓶两种。下图3为典型的货舱高低速灭火瓶数据。其中高速灭火瓶中的灭火剂快速释放完毕，然后低速灭火瓶中的灭火剂缓慢释放到选定货舱。左边为高速灭火瓶数据曲线，右边为低速灭火瓶数据曲线。对于所有型号的飞机，一旦探测到火警并且释放灭火剂，需要考虑由于天气等因素造成的空中等待和延误，以及基于飞机一发失效的情况下备降至最近的机场着陆所需的时间，要求阻止复燃的最小灭火剂浓度能够持续保证飞机的飞行安全。

图3典型的高低速灭火瓶数据曲线

根据机型的不同，所要求的最小灭火剂浓度持续时间也不一样。时间要求包括：1）在发现火灾或其他紧急情况后，将飞机转移到另一个着陆地点所需的最长时间；2）15分钟的等待和(或)进场和着陆的时间；3）所有乘客安全撤离所需的实际时间。

4 试验方法及试验结果判断

飞机起飞爬升至试验高度，按程序释放货舱灭火剂。在试验高度稳定平飞完成后按要求返航。期间持续测量灭火剂浓度直至达到目标时间为止。下图4为典型的飞货舱灭火剂浓度测试数据，阶段I表示高速灭火瓶的释放，用于扑灭货物火灾，由于没有更多灭火剂进入货舱，的浓度随时间呈指数“衰减”；阶段II表示低速灭火瓶释放，在飞行期间持续释放阻止货物复燃；阶段III开始标志着低速灭火瓶释放结束，与第一阶段一样，由于没有将更多的灭火剂释放到货舱中，浓度随时间呈指数“衰减”。

图4 典型飞机货舱灭火剂浓度测试数据

另外，为获取纯空气参考基准需在相应高度上稳定平飞一段时间，在灭火剂释放前，需要在试验高度层抽取空气作为参考基准，获得准确的灭火剂容积浓度数据。在飞机下降过程中，空气的压力一直在变化，没有可参考基准，所以无法获取准确的灭火剂浓度数据，因此下降阶段的灭火剂浓度数据仅作为参考。

参考文献

[1] CCAR-25-R4中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准[S]．出版地：中国，1985年12月31日，2009年第四次修订．

[2] AC25- 9A Smoke Detection, Penetration, And Evacuation Tests And Related Flight Manual Emergency Procedures.

[3] AC25- 22 Certification Of Transport Airplane Mechanical Systems.

[4] AC20-135 Powerplant Installation And Propulsion System Component Fire Protection Test Methods, Standards And Criteria.

[5] AIAA 95-3977 Fire Extinguishing Agent Concentration Test on commercial aircraft.

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