民用飛機防火系統(tǒng)適航審定技術(shù)分析與研究

朱日興 朱兆優(yōu)

(1.中國民航大學 適航學院，天津 300300；2.東華理工大學 機械與電子工程學院,南昌 330013)

0 引言

民機上發(fā)生火情將危害飛機安全可靠運行。據(jù)統(tǒng)計，火災(zāi)是導(dǎo)致飛機最終發(fā)生墜毀事故的重要因素[1]。因此，防火系統(tǒng)對于民用飛機至關(guān)重要，是飛機安全性的重要保障。對于防火系統(tǒng)的研究，歐美國家在民用飛機的防火系統(tǒng)設(shè)計與驗證方面早已廣泛開展且經(jīng)驗豐富，然而我國在民機防火系統(tǒng)的研究起步較晚，與國外著名的飛機制造商相比仍有一定差距[2]。防火系統(tǒng)主要由探測、告警及滅火系統(tǒng)共同組成。其中，滅火系統(tǒng)的主要功能是對指定防護區(qū)域提供有效的滅火或者火情抑制措施，防火系統(tǒng)的主要功能包含探測和告警。在民用飛機適航取證時，防火系統(tǒng)正是局方需關(guān)注的。

適航審定對于民用飛機的研制至關(guān)重要，是其商業(yè)成功的前提[3]。本文依據(jù)適航條款對防火系統(tǒng)適航審定工作進行研究，介紹了防火系統(tǒng)功能及組成，借鑒國外經(jīng)驗總結(jié)了防火系統(tǒng)劃分，提供適航當局在防火系統(tǒng)適航審查工作中需要關(guān)注的技術(shù)要點及審定要素。研究可為國產(chǎn)大飛機后續(xù)研究防火系統(tǒng)相關(guān)問題提供指導(dǎo)與參考。

1 防火系統(tǒng)功能要求的組成

1.1 防火系統(tǒng)功能要求

防火系統(tǒng)的主要功能是對指定防護區(qū)進行探測、監(jiān)控和報警，并提供有效應(yīng)對火情的滅火或者抑制措施[4-5]。一旦探測到防護區(qū)發(fā)生過熱、煙霧或火情等危險故障，系統(tǒng)會向機組發(fā)出告警，以便機組采取相應(yīng)處理措施。系統(tǒng)提供滅火措施，可對火情進行抑制或撲滅，保證飛機和人員的安全。系統(tǒng)對設(shè)備的工作狀態(tài)進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，顯示、記錄飛行過程中的系統(tǒng)故障并進行故障隔離。因此，防火系統(tǒng)可按照探測和滅火功能進行劃分。

1.1.1 探測功能

防火系統(tǒng)的探測功能在民機中主要監(jiān)視探測的區(qū)域有：1)左、右發(fā)動機艙火警探測、監(jiān)控和報警；2)APU艙火警探測、監(jiān)控和報警；3)貨艙煙霧探測、監(jiān)控和報警；4)主起落架艙過熱探測、監(jiān)控和報警；5)引氣導(dǎo)管過熱探測、監(jiān)控和告警；6)盥洗室煙霧探測、監(jiān)控和報警。

1.1.2 滅火功能

防火系統(tǒng)的滅火功能在民機上主要防護滅火的區(qū)域有：1)左/右發(fā)動機艙滅火；2)APU艙滅火；3)貨艙滅火和火焰抑制；4)盥洗室廢物箱自動滅火；5)客艙手提式滅火瓶滅火。

1.2 防火系統(tǒng)架構(gòu)和組成

防火系統(tǒng)包含探測和滅火兩個分系統(tǒng)，由防火控制器、探測和滅火系統(tǒng)共同完成防火功能。防火系統(tǒng)原理圖如圖1所示，防火系統(tǒng)采用綜合控制系統(tǒng)方法，通過內(nèi)部控制器進行探測與滅火，并實現(xiàn)與中央管理系統(tǒng)(CMS)以及其他系統(tǒng)進行通信。

圖1 防火系統(tǒng)架構(gòu)框圖

目前，美國航空運輸協(xié)會ATA章節(jié)號已廣泛應(yīng)用于大部分民航機構(gòu)，以便對飛機本體及各部分設(shè)備進行定義與管理，其中，防火系統(tǒng)按照ATA章節(jié)劃分如下。

1.2.1 探測(ATA26-10)

1)發(fā)動機火警探測子系統(tǒng)(ATA26-11)；2)APU火警探測子系統(tǒng)(ATA26-12)；3)盥洗室煙霧探測子系統(tǒng)(ATA26-13)；4)貨艙煙霧探測子系統(tǒng)(ATA26-17)；5)主起落架艙過熱探測子系統(tǒng)(ATA26-15)；

1.2.2 滅火(ATA26-20)

1)發(fā)動機滅火子系統(tǒng)(ATA26-21)；2)APU滅火子系統(tǒng)(ATA26-22)；3)盥洗室廢物箱滅火瓶(ATA26-24)；4)貨艙滅火和抑制子系統(tǒng)(ATA26-26)；5)手提式滅火瓶(ATA26-27)。

2 防火系統(tǒng)適航審查

2.1 可接受的防火系統(tǒng)符合性方法和技術(shù)

按照《航空器型號合格審定程序》(AP-21-AA-2011-03-R4)的內(nèi)容，目前國際通用的符合性方法(method of compliance，簡稱MC)有10種[6]，防火系統(tǒng)需驗證的條款為25.851、25.854、25.855、25.857、25.858、25.863、25.869、25.1195、25.1197、25.1199、25.1201、25.1203、25.1301、25.1309[7]。

2.1.1 MC1符合性說明[8-12]

1)通過描述發(fā)動機火警探測器需符合相應(yīng)的TSO標準，并且能夠探測每個指定火區(qū)以及發(fā)動機相應(yīng)部件內(nèi)的火情來符合25.1203(a)條款。描述發(fā)動機火警探測器需通過振動、沖擊等設(shè)備鑒定試驗，對發(fā)動機火警探測器機組告警功能、自測試功能進行描述，對發(fā)動機火警探測器的安裝位置環(huán)境進行描述，表明對25.1203(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)的符合性；

2)通過簡述APU火警探測器的構(gòu)造需符合相應(yīng)的TSO標準，描述探測線安裝以及所處位置，探測線部件經(jīng)過設(shè)備鑒定試驗，對APU火警探測器機組告警功能、自測試功能進行描述，表明對25.1203(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)的符合性；

3)通過對盥洗室煙霧探測系統(tǒng)的功能以及工作機理描述表明對25.854(a)的符合性；

4)通過描述貨艙煙霧探測系統(tǒng)在貨艙的布置情況以及煙霧探測器部件符合響應(yīng)的TSO標準來表明對25.857(c)(1)的符合性，通過對貨艙煙霧探測系統(tǒng)工作機制的描述以及對運行中環(huán)境的符合性表明25.855和25.857(c)(1)的符合性；通過對貨艙煙霧探測系統(tǒng)地面和飛行過程中進行功能測試來表明對25.858(d)的符合性；

5)通過描述引氣導(dǎo)管過熱探測系統(tǒng)、主起艙過熱探測系統(tǒng)的功能和安全性分析表明對25.1301和25.1309的符合性；

6)通過描述發(fā)動機艙滅火系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)部件的設(shè)備鑒定情況表明對25.1195、25.1197、25.1199、25.1201的符合性；

7)通過描述APU艙滅火系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)部件的設(shè)備鑒定情況表明對25.1195、25.1197、25.1199、25.1201的符合性；

8)通過描述盥洗室廢物箱滅火瓶的布置情況、工作機理、滅火劑的成分、設(shè)備鑒定情況來表明對25.1301、25.1309的符合性；

9)通過描述貨艙滅火系統(tǒng)的組成和功能，以及地面、飛行試驗驗證滅火劑濃度的情況來表明對25.851、25.855、25.857的符合性；

10)通過描述駕駛艙/客艙手提滅火瓶的布置情況，滅火瓶符合相應(yīng)的TSO標準，滅火瓶針對不同火情類型的適用性表明對25.851、25.1301、25.1309的符合性。

2.1.2 MC2分析/計算

1)通過計算分析防火系統(tǒng)、動力裝置系統(tǒng)、APU系統(tǒng)、發(fā)動機吊掛區(qū)域的防火特性；2)通過與相似機型部分結(jié)構(gòu)防護設(shè)計對比，進行相似性分析，主要指申請人有詳細設(shè)計經(jīng)驗的機型。

2.1.3 MC3安全評估

通過安全性分析評估防火系統(tǒng)的安全特性滿足要求。

2.1.4 MC5地面試驗

1)通過地面試驗驗證防火系統(tǒng)的機上地面功能；2)通過地面試驗驗證發(fā)動機艙滅火劑濃度、APU艙滅火劑濃度、前/后貨艙煙霧探測系統(tǒng)功能，前/后貨艙煙霧穿透試驗，表明對25.854、25.857、25.858的符合性。通過對滅火瓶環(huán)境溫度測量試驗表明對25.1199的符合性。

2.1.5 MC6飛行試驗

通過飛行試驗驗證防火系統(tǒng)功能、發(fā)動機艙滅火劑濃度、APU艙滅火劑濃度、前/后貨艙煙霧探測系統(tǒng)功能、前/后貨艙煙霧穿透、滅火瓶環(huán)境溫度測量、后盥洗室煙霧探測系統(tǒng)功能等。

2.1.6 MC7航空器檢查

通過機上檢查驗證防火系統(tǒng)的功能，檢查內(nèi)容包括行李箱中手提滅火瓶的數(shù)量、安裝位置、種類和標識，方便使用情況，對手提滅火瓶進行稱重，檢查所有貨艙滅火瓶、發(fā)動機和APU滅火瓶、盥洗室固定滅火瓶的安裝位置，檢查滅火噴嘴的安裝位置和角度，檢查火警探測系統(tǒng)的安裝位置。

2.1.7 MC9設(shè)備合格性

通過對防火系統(tǒng)設(shè)備(FOCU、叉型閥、手提式滅火瓶、濾濕調(diào)節(jié)器、貨艙低速滅火瓶、貨艙高速滅火瓶、盥洗室滅火瓶、APU滅火瓶、T型閥、發(fā)動機滅火瓶、貨艙和盥洗室煙霧探測器)的合格鑒定或者通過與相似性設(shè)備進行相似性對比分析表明其符合性。

2.2 可接受的驗證試驗判據(jù)

飛機防火系統(tǒng)驗證試驗中可接受的判據(jù)如下：

1)APU艙滅火劑濃度測試飛行試驗中，APU艙內(nèi)所有采樣點達到并保持6%容積濃度的最少時間為0.5 s；2)發(fā)動機艙滅火劑濃度測試飛行試驗中，發(fā)動機艙內(nèi)所有采樣點達到并保持6%容積濃度的最少時間為0.5 s；3)貨艙煙霧穿透試驗中，局方或適航當局認可的審查員直接觀察前、后貨艙是否存在煙霧穿透進入客艙或駕駛艙的狀況。若觀察到客艙或駕駛艙有少量煙霧進入，煙霧高度不應(yīng)超過客艙旅客座椅扶手。若發(fā)現(xiàn)在客艙的旅客座椅扶手上方出現(xiàn)有少量煙縷，必須立即消散，不能出現(xiàn)形成層霧或者薄霧的狀況[13]；4)在前/后貨艙滅火劑濃度測試中，(1)貨艙內(nèi)Halon 1301滅火劑初始體積濃度不小于5%，貨艙內(nèi)滅火劑體積濃度保持在3%及以上的時間不小于75 min；客艙內(nèi)Halon 1301滅火劑體積濃度小于5%；(2)試驗過程中，后貨艙內(nèi)的煙霧探測器不會因為前貨艙內(nèi)滅火劑的釋放而報警，前貨艙內(nèi)的煙霧探測器不會因為后貨艙內(nèi)滅火劑的釋放而報警。

2.3 防火系統(tǒng)技術(shù)交聯(lián)工作

為研究各相關(guān)專業(yè)之間符合性驗證工作的技術(shù)交聯(lián)，以方便適航審查中各專業(yè)之間技術(shù)協(xié)作及審查工作協(xié)調(diào)。飛機防火系統(tǒng)與全機其他系統(tǒng)的交聯(lián)系統(tǒng)為軟件和硬件系統(tǒng)。其中，防火系統(tǒng)軟件為防火控制盒中的軟件，為全機軟件系統(tǒng)的一部分。因此，防火系統(tǒng)控制盒軟件審查需按照全機軟件審查計劃和要求進行。飛機防火系統(tǒng)機載電子硬件為防火控制盒硬件，為全機電子硬件系統(tǒng)的一部分。因此，防火系統(tǒng)控制盒硬件審查需按照硬件審查計劃和要求進行。

3 防火系統(tǒng)審定要素和評審建議

局方在審定時需要關(guān)注的要素和建議如下：

1)客艙中手提式滅火瓶的數(shù)量布局；2)防火系統(tǒng)部件的安裝可達性；3)防火系統(tǒng)的安全性分析；4)發(fā)動機艙、APU艙滅火劑濃度，測試地面及飛行試驗時滅火劑濃度；5)前、后貨艙煙霧穿透試驗時如何保持貨艙的密封性以達到試驗條件；6)在進行滅火瓶環(huán)境溫度測量試驗時，環(huán)境溫度最高溫和最低溫的界定；7)客艙中手提式滅火瓶內(nèi)滅火劑的安全特性。

在CCAR 25部中，局方可關(guān)注的關(guān)于防火系統(tǒng)涉及到的條款的適航審定關(guān)注點如表1所示。

表1 防火系統(tǒng)涉及的適航關(guān)注點

4 結(jié)論

本文首先對可防火系統(tǒng)的功能及架構(gòu)進行研究，然后依據(jù)CCAR 25部規(guī)章要求，針對防火系統(tǒng)的相關(guān)條款，闡明防火系統(tǒng)可接受符合性方法和符合性驗證，并針對防火系統(tǒng)涉及的條款，進一步給出防火系統(tǒng)適航審查工作需要重點關(guān)注的基本要素和技術(shù)要點。旨在為民用飛機防火系統(tǒng)適航審定提供技術(shù)支持和工作指導(dǎo)。本研究可為運輸類飛機的防火系統(tǒng)研制人員提供參考，同時也可為研究編制防火系統(tǒng)適航審定工作指南或草案提供技術(shù)支撐。