民用飛機短艙防火密封件防火方法研究①

談志晶

摘 ? 要：民用飛機短艙結構作為包裹發(fā)動機火區(qū)的結構，是防火墻的一部分，必須能夠將火區(qū)與非火區(qū)進行有效的隔離。除了主體結構的防火，防火墻的邊緣也必須能夠阻止火焰的穿透，因此需要布置防火密封件進行火焰的封堵。本文從短艙防火適航條款入手，分析了短艙防火適航要求，介紹了短艙防火密封設計方法。通過某型飛機發(fā)動機外部涵道與核心艙之間的Ω型防火密封件的設計和防火試驗為例，表明本文所設計的密封件滿足防火性能。

關鍵詞：短艙 ?火區(qū) ?防火墻 ?密封件

中圖分類號：V223 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0007-02

用渦扇發(fā)動機短艙是包裹發(fā)動機的結構，除為其提供合適的進氣通道、風扇排氣通道及光滑流線的氣動外表面外，還為安裝在發(fā)動機機匣外的系統(tǒng)附件、管路、元件提供保護。根據(jù)CCAR-25-R4第25.1181條“指定火區(qū)的范圍”，發(fā)動機的核心艙為指定火區(qū)，如果發(fā)動機附件齒輪箱安裝在風扇機匣，風扇艙也為指定火區(qū)。短艙中部分結構作為包裹住火區(qū)的結構，是防火墻的一部分，必須將火區(qū)與非火區(qū)進行有效的隔離，以避免火區(qū)的火焰進入到非火區(qū)，導致非火區(qū)的結構或設備功能失效，進而影響整個飛機的飛行安全。

因此本文重點闡述防火密封件設計及其防火試驗方法的研究，以滿足適航條款的要求。

1 ?短艙防火密封件設計

短艙結構上一般用到中空型密封件（可細分為P型密封件、Ω型密封件、枕型密封件）、長條型密封件和實心密封件?？梢愿鶕?jù)不同結構的特點選擇適當形式的密封件，例如風扇罩兩個半罩體之間通常采用Ω型密封件進行火焰封堵;短艙大部分維護口蓋（例如發(fā)動機滑油口蓋）通常采用長條型密封件進行火焰封堵。密封件更多的結構形式可參考《近年橡膠密封技術進展》。

參考《飛機發(fā)動機短艙防火墻結構和密封設計要求》 以及《民用渦扇飛機短艙結構防火設計》，防火密封件要根據(jù)整個飛行包線內(nèi)的空氣壓差載荷和機械載荷的大小綜合確定。

關于短艙防火密封件設計的適航符合性驗證方法，由于其防火性能與設計尺寸、安裝環(huán)境、使用工況等緊密相關，因此通常需要以試驗驗證的方式來驗證其滿足防火要求。

2 ?典型防火密封件設計

本節(jié)以某型飛機發(fā)動機外部涵道與核心艙之間的防火密封件為例，詳細介紹密封件的設計過程。由于該處分界面結構為搭接形式，且密封件隔離兩側壓差較大，該密封件必須能夠承受發(fā)動機核心區(qū)高溫高壓氣流，并阻止火焰的燒穿進而危害到整個飛機的飛行安全，故此區(qū)域采用高壓球形硅橡膠密封件（Ω型）。

其次，影響密封件防火性能的最重要的兩個參數(shù)為相對位移量和壓力載荷。密封件擋板相對于密封件的相對位移量主要由裝配公差、熱變形和機械受載變形決定，將三者引起的相對變化量相加即得到相對位移量。壓力載荷主要由密封件內(nèi)外兩側的壓差引起，選取飛機典型的各種工況作為分析軟件的數(shù)據(jù)輸入，最終計算得到最大壓差作為密封件的設計輸入。

依據(jù)上述得到的相對位移量以及壓力載荷數(shù)據(jù)，設計Ω型密封件的截面尺寸。依據(jù)經(jīng)驗，一般防火密封件的壓縮范圍在15%～55%之間。密封件的設計往往需要得到試驗的驗證，不斷地迭代更新而得到最終滿意的產(chǎn)品。

3 ?Ω型密封件防火性能試驗驗證

根據(jù)FAA AC 20-135，試驗時將密封件放在距離火焰1/4英寸距離內(nèi)，火焰溫度范圍為1 100℃±65℃，熱通量密度范圍為116kW/m2±10kW/m2。測試防火密封件正常飛行載荷下承受15min的火焰而不被燒穿。

3.1 試驗設備

首先需要一個煤油燃燒器提供火源，F(xiàn)AA AC 20-135對火焰的燃燒溫度以及熱通量提出了具體要求，因此需要分別使用熱電偶和熱流計來校準火焰的溫度和熱通量。短艙在空中飛行工況下，受到發(fā)動機的振動影響，一直處于振動狀態(tài)，根據(jù)ISO2685的要求，需要振動臺架模擬真實狀態(tài)。最后需要攝像設備記錄整個試驗過程。

3.2 試驗件

本試驗選取三組等直段Ω型密封件，作為防火試驗樣件。

3.3 防火密封件裝夾工裝

因飛機真實的飛行工況下，該處密封件內(nèi)外側存在壓差，工裝除了提供夾持的功能之外，還需能夠調(diào)節(jié)密封件內(nèi)外側壓差。

3.4 試驗步驟

試驗按照如下步驟如下：

（1）將試驗件安裝到試驗夾具上，布置好測溫熱電偶，拍攝試驗件安裝后的照片。

（2）調(diào)整熱電偶耙、熱流計安裝支架位置。

（3）火焰參數(shù)調(diào)試：校準熱電偶耙以及熱流計。

（4）選定攝影和攝像的拍攝角度，開始拍攝。

（5）溫度、熱流滿足要求后將燃燒器迅速定位到試驗位置，根據(jù)飛行與地面狀態(tài)的振動條件啟動振動臺，同時開啟計時和溫度記錄，對試驗件進行15min防火試驗。

（6）在試驗時間到達后，關閉燃燒器，記錄試驗現(xiàn)象和試驗件溫度，拍攝試驗件燃燒后的照片。

3.5 試驗判據(jù)

（1）整個測試過程中，在密封件背面（非火焰噴燒處）不允許有明顯火焰。

（2）試驗件要能夠承受至少15min火焰燃燒而不發(fā)生被燒穿。

（3）燃燒器火焰移除后，允許密封件燃燒，但密封件殘余火焰需在1min內(nèi)熄滅。

（4）燃燒器火焰移除后，不允許發(fā)生密封件材料再次復燃。

3.6 試驗結果

經(jīng)過15min的火焰灼燒，試驗件完成了防火測試，證明了其良好的防火性能。

4 ?結語

本文從短艙防火適航條款入手，分析了短艙防火適航要求，并以防火適航要求作為依據(jù)介紹了短艙防火密封設計方法。通過某型飛機發(fā)動機外部涵道與核心艙之間的Ω型防火密封件的設計和防火試驗為例，驗證了防火密封件的密封設計。

參考文獻

[1] 楊清芝.近年橡膠密封技術進展[J].特種橡膠制品，1982（5）：51-65.

[2] 胡寅寅，蔣祖武.飛機發(fā)動機短艙防火墻結構和密封設計要求[J].科技視界，2016（11）：281-306.

[3] 周頌平.民用渦扇飛機短艙結構防火設計[J].科技傳播，2013（12）：82-85.