民機發(fā)動機滅火劑濃度測量適航審定試飛方法研究

王嘉一　江民節(jié)

【摘 要】發(fā)動機為火區(qū)，有著火風險，可能導(dǎo)致嚴重的事故。文章通過介紹發(fā)動機滅火劑濃度測量試驗要求、驗證方法、滅火劑噴射預(yù)定溫度選擇、飛行試驗方法，為今后民用飛機機型順利通過發(fā)動機滅火劑濃度測量試驗提供參考。

【關(guān)鍵詞】民用飛機;防火系統(tǒng);發(fā)動機滅火;飛行試驗;適航

中圖分類號： V244.12文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）18-0037-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.018

Study on Test Flight Method of Airworthiness Certification for Civil Aircraft Engine fire Extinguishing Agent Concentration Measurement

WANG Jia-yi JIANG Min-jie

（Flight Test Center，Shanghai 201210，China）

【Abstract】The motive is fire zone， which may cause serious accident. This paper introduces the test requirements， verification methods， pre-determined temperature selection and flight test methods of engine fire extinguishing agent concentration measurement， and provides reference for future civil aircraft to pass the test of engine fire extinguishing agent concentration measurement.

【Key words】Civil aircraft; Fire protection system; Engine fire extinguishing; Flight test; Airworthiness

現(xiàn)代民用飛機防火系統(tǒng)都具備發(fā)動機短艙火警探測和滅火的功能。當發(fā)動機著火時，通過釋放滅火劑撲滅火災(zāi)。我國民機行業(yè)起步較晚，目前只有某型飛機按照CCAR25部要求進行了發(fā)動機滅火劑濃度測量試驗。本文簡述了發(fā)動機滅火劑濃度測量適航驗證試飛方法，為民用飛機取證試飛提供參考。

1 適航要求

CCAR-25部25.1195規(guī)定：“滅火系統(tǒng)、滅火劑劑量、噴射速率和噴射分布必須足以滅火。必須通過真實的或模擬的飛行試驗來表明，在飛行中臨界的氣流條件下，本條（a）規(guī)定的每一指定火區(qū)內(nèi)滅火劑的噴射，可提供能熄滅該火區(qū)內(nèi)的著火并能使復(fù)燃的概率減至最小的滅火劑密集度。輔助動力裝置、燃油燃燒加溫器以及其他燃燒設(shè)備可以使用單獨的“一次噴射”式滅火系統(tǒng)。對于每個其他的指定火區(qū)，必須提供兩次噴射，每次噴射要有足夠的滅火劑密集度。FAA-DS-70-3滅火劑濃度測量設(shè)備安裝及使用標準報告中提出，要求飛行試驗在盡量低的高度執(zhí)行以獲得大的通風量，試驗應(yīng)在2000ft至5000ft執(zhí)行。咨詢通告AC20-100要求，Halon1301（CF3Br）在噴射時要求體積濃度達到6%，并至少持續(xù)0.5秒。

2 系統(tǒng)介紹

某型飛機動力裝置系統(tǒng)采用兩臺美國通用電氣公司GEAE公司研制的CF34-10A渦輪風扇發(fā)動機，采用尾吊式布局分別安裝在機身后部。根據(jù)CCAR25.1181定義，發(fā)動機艙位指定火區(qū)，防火系統(tǒng)采用火警探測和滅火方法對該區(qū)域進行防護。發(fā)動機滅火系統(tǒng)由兩個滅火瓶組件、兩個T型單向閥、滅火劑分配管路、滅火手柄等組成。每個發(fā)動機滅火瓶均可通過T型單向閥和滅火劑分配管路分別向左發(fā)動機和右發(fā)動機釋放滅火劑。滅火噴嘴分別布置在發(fā)動機核心區(qū)和風扇區(qū)。滅火瓶中填充壓力為600psig+25/-0psig的Halon1301（CF3Br）滅火劑。發(fā)動機滅火瓶布置在后設(shè)備艙，該艙為非增壓區(qū)。

3 驗證方法

試驗采用低溫冷凍滅火劑，并在低空以最大使用速度飛行，模擬滅火瓶在低溫環(huán)境下釋放到空氣流量較大的發(fā)動機中。試驗的成功判據(jù)為發(fā)動機滅火劑濃度各個采樣點的濃度不低于6%，持續(xù)0.5秒以上。

4 測試改裝

某型飛機發(fā)動機滅火劑濃度測量設(shè)備包括采樣管、滅火劑濃度分析儀、真空泵、信號放大器、溫度控制器、數(shù)據(jù)記錄儀以及電源轉(zhuǎn)換器組成。飛機平臺數(shù)據(jù)由機載測試采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄設(shè)備負責采集輸出。此外，需能夠容納滅火瓶的低溫冰箱（-70°C）和保溫材料。

采樣管為銅管，通過真空泵的低壓將發(fā)動機內(nèi)的滅火劑吸入滅火劑濃度分析儀，采樣管的開口位置為采樣點。按照AC20-100和FAA-DS-70-3指南要求，本次試驗在短艙布置了12個測試采樣點。因為某型飛機短艙長度較短，采用的是三采樣環(huán)布置方案，在風扇艙布置一個采樣環(huán)，此采樣環(huán)上均勻布置四個采樣點，在核心艙布置兩個采樣環(huán)，每個采樣環(huán)上均勻布置四個采樣點。此方案保證所選取測試采樣點具有代表性，為最嚴酷位置采樣點。采樣點1位于燃油滑油換熱器旁，采樣點2位于滑油泵旁。

5 試驗程序

將加裝表面溫度傳感器放入-70°C的低溫冰箱冷凍6小時以上，取出后覆蓋保溫材料后立即裝機，并連接表面溫度傳感器與測試設(shè)備。飛機立即起飛爬升到2000ft-5000ft，以最大可用速度（VMO）飛行，待滅火瓶表面溫度達到預(yù)定溫度后，切斷發(fā)動機燃油供應(yīng)，等待約10秒，噴射滅火劑。

6 滅火劑噴射預(yù)定溫度選擇

某型飛機的溫度包線寒冷浸透限制為-40°C，即飛機在寒冷情況下，在不工作狀態(tài)下且較長時間放置后，飛機上各系統(tǒng)所在區(qū)域溫度與大氣環(huán)境溫度一致，設(shè)備應(yīng)能夠正常啟動。發(fā)動機滅火瓶安裝在機身后設(shè)備艙，后設(shè)備艙內(nèi)布置了APU引氣導(dǎo)管、左/右空調(diào)包及其引氣導(dǎo)管、液壓系統(tǒng)油箱及其液壓管路等，這些系統(tǒng)工作時將釋放熱量，進而影響后設(shè)備艙內(nèi)環(huán)境溫度。

當飛機在地面冷浸透到略小于-40°C溫度時，若飛機及各系統(tǒng)不工作，發(fā)動機滅火瓶所處的后設(shè)備艙環(huán)境溫度與此時飛機的冷浸透溫度相同。若飛機上電，APU開車和發(fā)動機開車，發(fā)動機存在著火的可能性，因此發(fā)動機滅火系統(tǒng)應(yīng)具備滅火功能。此時發(fā)動機滅火瓶的環(huán)境溫度，受后設(shè)備艙各熱源的影響將高于-40°C。按照正常飛行程序，APU開車，打開相關(guān)引氣，發(fā)動機開車后準備起飛。

從前期試驗數(shù)據(jù)中，對地面僅APU開車狀態(tài)采集的溫度數(shù)據(jù)進行分析，可知APU開車5min使得艙內(nèi)溫度至少溫升3°C，18min溫升約18°C。飛行時，發(fā)動機、APU和環(huán)控系統(tǒng)的工作對后設(shè)備艙有溫升作用。選取某型飛機在高寒試驗中溫度數(shù)據(jù)，當?shù)孛胬浣?35.1°C時，飛行在空中發(fā)動機滅火瓶的最低環(huán)境溫度為-17.5°C。按照1：1的保守外推方法，若飛機在略高于-40°C冷浸透溫度時放飛，按照溫差（-40°C）-（-35°C）=-5°C，則外推發(fā)動機滅火瓶環(huán)境溫度為-22.5°C。若飛機過站，且當?shù)氐拇髿鉁囟葹?55°C時，考慮到APU開車（開引氣）對后設(shè)備艙溫升的影響，按照溫差（-55°C）-（-40°C）=-15°C，則外推發(fā)動機滅火瓶環(huán)境溫度為-37.5°C。綜上所述，考慮按照冷浸透-40°C以上放飛情況，以及過站地面溫度-55°C放飛情況，并選取最低環(huán)境溫度值，以及為試驗過程中操作留有裕度，選取飛行試驗中發(fā)動機滅火瓶的試驗溫度為-35°C±3°C。即T滅火瓶噴射溫度=T左邊界-T冷浸透試驗OAT+T冷浸透試驗滅火瓶環(huán)境溫度。

圖1為飛行驗證試驗滅火劑濃度數(shù)據(jù)中采樣點1、采樣點4、平均濃度繪制的滅火劑濃度-時間曲線。其中采樣點4為12個采樣點鐘最晚達到滅火劑要求濃度100%，采樣點1為12個采樣點中最早低于滅火劑要求濃度100%。從圖中可以看出從3.2秒-5.1秒之間12個采樣點的滅火劑濃度均在100%要求濃度以上，整個時間持續(xù)2秒，發(fā)動機艙滅火劑濃度裕度充足。

所有采樣點的平均濃度如圖所示，高于采樣4、采樣點12的處的濃度，說明其他采樣點處的滅火劑濃度要高于實際要求濃度，滅火噴嘴與滅火瓶滅火劑填充量有調(diào)整的可能性。

7 結(jié)束語

發(fā)動機滅火劑濃度測量試驗是新型號適航取證滅火系統(tǒng)驗證試飛的科目之一。本文結(jié)合某型飛機適航取證試飛，介紹了發(fā)動機滅火劑濃度測量試驗的試飛方法，系統(tǒng)性地研究了民機在發(fā)動機滅火劑濃度測量適航驗證試驗，為我國大中型運輸機適航試飛積累了寶貴經(jīng)驗和試飛技術(shù)。

【參考文獻】

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