民用飛機短艙結構防火條款分析和符合性方法

劉建國

【摘 要】短艙作為包裹發動機風扇火區和核心火區的結構，承擔著防火墻的功能，其設計應滿足防火條款的要求。本文通過對CCAR-25部短艙防火條款的分析，對其符合性方法進行了研究，提出了符合性設計與驗證的思路，為短艙設計提供指導參考。

【關鍵詞】短艙結構；防火條款；符合性方法

【Abstract】Nacelle structure is designated for the fireproof barrier to the fan and core compartment.The Nacelle design should meet the requirements of fireproof clauses.This paper mainly analyzes the fireproof clauses and methods of compliance，which provides guidance for the design of the Nacelle structure.

【Key words】Nacelle Structure；Fireproof Clause；Compliance Method

0 引言

民用飛機短艙結構主要包括進氣道、風扇罩、反推裝置及尾噴結構。短艙結構主要用于包裹發動機及其系統附件，飛行時主要承受氣動載荷，起整流的作用。短艙火區主要分為風扇艙火區和核心艙火區。風扇艙火區，主要分布在短艙風扇罩內部，由進氣道后隔板、風扇罩、風扇機匣及反推前墻形成完整的火區包裹范圍，屬于25部取證范圍。核心艙火區包裹著發動機燃燒室、高壓渦輪等，屬于33部取證范圍，如圖1所示。若飛機發動機出現火災，火焰竄出短艙，會引起機翼燃油箱起火，造成十分慘重的后果。因此，在短艙的設計階段中考慮適航條款的要求，是十分必要的。本文簡述了短艙結構適用的防火條款，并對條款的符合性驗證方法進行了說明。

1 短艙防火條款

民用飛機短艙結構適用的防火條款主要有：CCAR25.865，25.11 82，25.1191，25.1193。短艙結構的防火條款要求如表1所示。

2 短艙防火設計要求

防火設計要求包括防火（Fireproof）和耐火（FireResistant）兩種。根據AC20-135的定義[1]：防火（Fireproof）：材料或結構在2000℉ ±150℉的火焰下沖擊15分鐘，能夠完成設計要求的功能。耐火（Fire Resistant）：材料或結構在2000℉ ±150℉的火焰下沖擊5 分鐘，能夠完成設計要求的功能。短艙結構防火設計主要考慮：

1）短艙火區需有防火墻將其與非火區隔離開來；

2）短艙火區除布置防火墻外，還需布置起封嚴作用的防火密封件；

3）短艙防火密封件的設計需滿足重量、互換性、工作環境、材料、壓力和機械載荷等要求；

4）短艙內的材料和零部件需滿足防火或耐火的要求；

5）對于采用溫度限制材料的短艙罩體和隔板，需要設計護罩保護以防止火焰的直接沖擊；

6）對于金屬結構，通過文獻[2]定義的金屬材料厚度進行適航符合性說明。對于非金屬結構，如橡膠密封件，只能通過對比分析和試驗驗證的方式進行適航符合性驗證。

3 短艙防火條款分析及符合性方法

3.1 CCAR25.865的分析及符合性方法

該條款提出了位于指定火區或其鄰近可能受到著火影響區域的飛行操縱系統、發動機架和其它飛行結構的防火要求。可采用設計說明、試驗室試驗等驗證方法表明符合性。例如，靠近火區的結構可選用不需驗證試驗即可使用的防火材料鈦合金、不銹鋼、防火涂層、防火密封條、防火毯等。對某些尚未在防火性能上得到證實的材料或試驗件則需進行防火與耐火試驗。

例如，某型號進氣道后隔板之后的風扇艙火區的一部分采用了防火材料，直接滿足要求，剩余部分有的采用防火毯保護，有的則采用試驗的方法表明符合性。

3.2 CCAR25.1182的分析及符合性方法

該條款的目的是保證每個直接位于防火墻后面的短艙區域和包含可燃液體導管的發動機吊艙連接結構的每一部分，必須滿足本條款要求。防火墻后面的短艙區域一般裝有燃油和滑油系統的導管和附件，以及電纜、滅火瓶等，這個區域在指定火區著火情況下，要承受高溫的影響，因此應按不低于指定火區的要求設計。

可采用設計說明和試驗室試驗等驗證方法表明符合性。例如，防火墻后的附件和導管采用耐火材料制造，并與防火墻保持一定的距離；防火墻上所有開口都采取封嚴措施，失火后保證火焰不會由此穿過。如果具有類似構型的飛機的服役經驗，也可以采用對比分析說明其符合性。對比分析是指將該型號的具體設計細節（如截面、載荷、工作環境等）與經過適航驗證的成熟機型的設計相對比，若該型號設計的具體細節與成熟機型類似，或者優于成熟機型的設計，則認為該設計滿足條款的要求。也可采用發動機短艙著火模擬試驗來驗證。試驗驗證是在FAA AC 20-135的指導下進行，試驗時將試驗件放在距離火焰1/4英寸距離內，火焰溫度范圍2000°F+/-150°F，熱通量密度不小于9.3BTU/ft2-sec。測試飛行載荷下承受15分鐘的火焰而不被燒穿。為了說明防火墻在任意飛行包線內均滿足要求，試驗應選取最嚴酷的工況開展。

3.3 CCAR25.1191的分析及符合性方法

該條款對于火區的隔離提出了要求，必須采用防火墻和防火罩將火區與非火區隔離開來，且對于防火墻的功能，提出了必須滿足的要求。防火墻是防火安全的重要措施，其主要功能是當發動機著火時，把著火限制于發動機短艙內，防止火焰穿入臨近的機身或機翼部分，以減少著火造成的危險。

可采用設計說明，試驗室試驗、地面和飛行試驗等驗證方法表明符合性，具體如表2所示。

如果防火墻是發動機短艙整流罩，且具有約小于或等于0.5psi的發動機短艙增壓，試驗時可以不考慮短艙增壓，只使用氣流沖擊。如果防火墻是位于短艙內低通風、低循環氣流、小壓力載荷區域的薄板或簡單的非承載隔板，在通常實驗室環境條件下的簡單防火試驗即可證明其防火特性。對于粘結式構造的防火墻（復合材料或粘結金屬基），試驗過程不但要加壓，還要考慮振動。

3.4 CCAR25.1193的分析及符合性方法

該條款的目的是保證短艙蒙皮的設計，能滿足飛行中的載荷、通風排液、防火等要求。可采用設計說明，分析/計算，試驗室試驗、地面和飛行試驗等驗證方法表明符合性，如表3所示。

該條款的符合性方法主要有：

1）設計說明

通過短艙蒙皮設計和安裝說明符合條款要求。通過動力裝置防火系統和發動機短艙通風冷卻系統描述說明符合本條款規定。

2）分析/計算

根據整流罩及短艙蒙皮的材料、構造以及強度分析報告，分析說明符合本條要求。

3）試驗室試驗

通過材料的防火試驗，表明符合本條 （d）款和（e）（3）部分的要求。

4 總結

本文通過對民用飛機短艙適航防火條款進行分析，提出了相應條款的符合性驗證方法，對民用飛機短艙結構的設計及防火條款的適航驗證具有一定的指導作用。

【參考文獻】

[1]運輸類飛機適航標準.中國民用航空規章.第25 部，CCAR-25-R4[S].中國民航總局，2009.

[2]FAA Advisory Circular NO.20-135 Powerplant installation and propulsion system component fire protection test methods，standardsand criteria[S].USA： Federal Aviation Administration，1990.

[責任編輯：田吉捷]endprint