民用飛機貨艙滅火系統設計方法研究

摘 要 現代民用飛機“C”級貨艙均安裝有經批準的固定式滅火或抑制系統，可對前貨艙或后貨艙實施一次有效的滅火，防護乘客和機組人員的安全，確保飛機安全飛行及應急著陸。文章簡述了民用飛機“C”級貨艙滅火系統的設計方法，為民用飛機貨艙滅火系統的設計提供一定的參考。

關鍵詞 民用飛機；“C”級貨艙；滅火系統；設計方法

中圖分類號：V221 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0035-02

貨艙滅火系統是防火系統的重要組成部分。現代民用飛機貨艙均為“C”級貨艙，貨艙容積較大，可以攜帶各種物品，其中包含大量的易燃物，例如，乘客的行李、貨物及危險材料等，使貨艙面臨嚴重的失火問題，飛行中貨艙著火將嚴重威脅飛機的安全。現代民用飛機“C”級貨艙均安裝有經批準的固定式滅火或抑制系統，可對前貨艙或后貨艙實施一次有效的滅火，防護乘客和機組人員的安全，確保飛機安全飛行及應急著陸。

民用飛機貨艙滅火系統普遍采用哈龍1301作為滅火劑。適航要求貨艙在空艙構型下，當貨艙內出現火情時，切斷貨艙通風，滅火劑噴射后整個貨艙內滅火劑應迅速達到至少5%的體積濃度來熄滅貨艙內的火焰，并持續(xù)保持最小3%體積濃度來抑制貨艙內的火焰直至飛機安全著陸。

本文簡述了民用飛機“C”級貨艙滅火系統的設計方法，為民用飛機貨艙滅火系統的設計提供一定的參考。

1 典型貨艙滅火系統

1）貨艙滅火系統的組成。民用飛機共有兩個貨艙，分別為前貨艙和后貨艙（含散貨艙）。前貨艙和后貨艙共用一套貨艙滅火系統，貨艙滅火系統可對前貨艙或后貨艙實施一次有效滅火操作。典型貨艙滅火系統由防火控制器，防火控制板，兩個帶有獨立釋放裝置的滅火瓶（一個高速釋放滅火瓶和一個低速釋放滅火瓶），連接閥，滅火管路和滅火噴嘴組成。貨艙滅火系統示意圖如圖1所示。貨艙滅火系統采用哈龍1301滅火劑。

圖1 典型飛機貨艙滅火系統示意圖

2）貨艙滅火系統的基本原理。“C”級貨艙，當前貨艙或后貨艙發(fā)生煙霧告警時，前/后貨艙滅火系統預位按鈕點亮。按下相應貨艙的滅火系統預位按鈕，相應貨艙的通風和加熱關閉，再循環(huán)風扇關閉，警鈴停響，進入滅火系統預位狀態(tài)。按下滅火瓶釋放按鈕，電流通到滅火瓶爆炸帽使其產生微型爆炸，膜片破裂，氮氣增壓壓力使滅火劑釋放到相應的貨艙進行滅火。貨艙滅火系統基本原理圖如圖2所示。

圖2 貨艙滅火系統基本原理圖

2 貨艙滅火瓶選取

貨艙滅火瓶包含一個高速釋放滅火瓶和一個低速釋放滅火瓶，滅火瓶體積的選取應依據所需要充填滅火劑的劑量而定。

1）高速釋放滅火瓶滅火劑劑量計算方法。對于使用哈龍1301滅火劑的貨艙高速滅火瓶，根據NFPA 12A標準，計算貨艙高速釋放滅火瓶需要充填的滅火劑劑量。計算公式如下：

（1）

式中，W為貨艙高速滅火瓶所需要填充哈龍1301的滅火劑劑量，lbs；V為貨艙容積，ft3；S為哈龍1301的標準比容，ft3/lb；C為要求的滅火劑濃度。

2）低速釋放滅火瓶滅火劑劑量計算方法。貨艙低速釋放滅火瓶通過持續(xù)釋放滅火劑，來補充由于貨艙空氣泄漏所損耗的滅火劑劑量，以維持起火貨艙中的滅火劑濃度，防止火災復燃直至飛機降落。

假設貨艙需要維持的滅火劑濃度為C，貨艙泄漏率為E，哈龍1301滅火劑比容為S，R為需要釋放的最小速率，則穩(wěn)定抑制情況下滅火劑與空氣量之比為：

（2）

根據上式，單位時間內泄漏的滅火劑劑量（滅火劑泄漏速率）為：

（3）

為了維持滅火劑濃度，滅火瓶釋放滅火劑的速率應與滅火劑的泄漏速率相等，因此可得：

（4）

根據以上推導，考慮各變量單位，可采用下述公式計算貨艙低速釋放滅火瓶的最小釋放速率為：

（5）

因此，貨艙低速滅火瓶所需要填充哈龍1301的滅火劑劑

量為：

（6）

式中，W為貨艙低速滅火瓶所需要填充哈龍1301 的滅火劑劑量，lbs；R為哈龍 1301的最小噴射速率，lb/min；E為貨艙泄漏速率，ft3/h；S為哈龍1301的標準比容，ft3/lb；C為要求維持的滅火劑濃度；t為貨艙滅火效果持續(xù)時間，min。

3）貨艙高低速滅火瓶體積。貨艙高低速釋放滅火瓶根據以上計算方法計算得出的滅火劑劑量選取相對應的滅火瓶大小。

3 貨艙滅火噴嘴及管路設計

1）貨艙噴嘴設計。貨艙噴嘴釋放口的尺寸應按照噴嘴的安裝位置、數量、貨艙的幾何形狀、尺寸以及分配系統的流量平衡來選取。貨艙噴嘴的設計原則如下：①貨艙噴嘴的安裝位置需要考慮噴出的滅火劑可以均勻的覆蓋整個貨艙；②在任何方向上貨艙噴嘴之間的最大距離不應超過設計要求；③貨艙噴嘴到貨艙側壁板的最小距離不應小于設計要求；④如果噴嘴釋放口在煙霧探測器的安裝方向上，則噴嘴到煙霧探測器的最小距離不應小于設計要求；⑤為了防止貨艙噴嘴被撞到或堵上，噴嘴應略微凹進貨艙天花板頂部之上。

典型貨艙滅火噴嘴設計形式如圖3所示。

圖3 貨艙滅火噴嘴示意圖

2）貨艙滅火管設計。

貨艙滅火管設計指導原則：①貨艙所有滅火管的彎曲半徑應至少是滅火管直徑的3倍；②貨艙滅火管不暴露在火區(qū)，通常選取鋁管。

滅火管壁厚選取：根據鋁管設計規(guī)范，參照管路設計標準對貨艙滅火導管壁厚進行計算，計算公式如下：

（7）

式中：—導管壁厚，in；—C*p，其中p=工作壓力（psi），C為安全因子；—導管外徑，in；—計算系數，；—拉伸屈服極限最小值，psi；—拉伸強度極限最小值，psi。

4 結論

本文根據貨艙滅火系統的適航要求，從貨艙滅火瓶的選取、滅火劑劑量的計算、滅火噴嘴和滅火管的設計方法等方面闡述了民用飛機“C”級貨艙滅火系統的設計方法，為民用飛機貨艙滅火系統的設計提供一定的參考。

參考文獻

[1]CCAR25運輸類飛機適航標準[S].

[2]NFPA 12 Standard on Halon 1301 Fire Extinguishing Systems， 2009.

[3]HB 7253-1995飛機防火滅火系統通用規(guī)范[S].

[4]GB 50370-2005氣體滅火系統設計規(guī)范[S].

[5]李麗.民機貨艙煙霧泄漏試飛技術研究[J].硅谷，2010（10）.

[6]飛機設計手冊[M].

作者簡介

胡博（1983-），女，漢族，山西太原人，工程師，碩士，研究方向：防火系統。endprint