民用飛機EWIS防火符合性設計研究

陳起予

摘要：本文首先對民用飛機EWIS防火設計相關的適航條款進行了解析，包括CCAR 25.1713、25.1723和25.1727。隨后，基于分解后的EWIS防火相關適航要求，并結合相關行業標準和工程實踐經驗，得出了在民用飛機EWIS設計中應該考慮并貫徹的EWIS防火設計要求，包括EWIS部件的防火合格鑒定、耐火部件的選用、與可燃液體和氣體的隔離等，供民用飛機EWIS設計參考。

關鍵詞：民用飛機，EWIS，防火設計

引言

隨著民用飛機上電氣設備的日益增多，電氣線路互聯系統（EWIS）的安全性越來越得到重視。其中，EWIS防火是確保EWIS安全性的重要組成部分。1998年9月2日，瑞士航空111號航班沖入大西洋后粉碎性解體，全機229人無一生還。后經加拿大運輸安全委員會近四年的調查發現，此次空難源于這架飛機在事故前的一次機上娛樂系統的改裝，導致過熱的電線引燃了導線絕緣層并導致了火災。大火在飛機墜毀前6分鐘燒斷了黑盒子的電線，并向其他區域蔓延，最終導致飛機上的電子元件逐一失靈。墜毀前，僅個別設備可正常運轉。由此可見，EWIS防火設計對于飛機安全飛行至關重要。

1 EWI防火相關適航條款解析

由于EWIS防火設計的重要性，在最新發布的CCAR 25部R4版中，針對民用飛機EWIS防火設計提出了專門的條款要求，分別為CCAR 25.1713、25.1723和25.1727。本文對這三個條款進行了解析，具體如下。

1.1CCAR 25.1713 EWIS防火

參考CCAR 25.1713相關的咨詢通告和行業規范，該條款主要可以分解為以下具體設計要求：

a）所有EWIS 部件必須有措施保證，在通風、加溫、增壓或其它系統和設備出現有合理可能的故障或功能失常后，仍能滿足機組和旅客艙的空氣不得含有達到有害或危險濃度的氣體或蒸氣。為此，采用下列規定：1）一氧化碳在空氣中濃度超過1/20，000 即認為是危險的；2）必須表明飛行期間通常有旅客或者機組乘坐的艙的二氧化碳濃度不得超過0.5%體積含量（海平面當量）；

b）位于指定火區和應急程序使用的EWIS 部件必須是耐火的；

c）安裝于飛機任何區域的電氣導線和電纜的絕緣，以及對導線和電纜提供額外保護的材料，在進行60 度試驗時，必須是自熄的。平均燒焦長度不得超過76 mm，移開火源后的平均燃燒時間不得超過30秒。試樣的滴落物在跌落后繼續燃燒的時間平均不得超過3秒。60度試驗要求如下所示：導線（每種品種和規格）必須至少試驗3個試樣。電線或電纜（包括絕緣層）的試樣必須以與水平面成60 度角的方式被安裝在規定的試驗箱內，試驗時箱門打開；或放在高約610mm、長寬各約305mm的柜內，其頂部和一個垂直面是打開的，使得有足夠的空氣流入以求燃燒完全，但是不能有抽風現象。試樣必須與柜的正面平行，相隔約152mm。試樣下端必須剛性地夾緊。上端繞過一滑輪或圓棒，并連接適當的重物，使試樣在整個易燃性試驗過程中保持張緊。試樣從下端夾子到上端滑輪或棒的距離必須是610mm，而且在距下端203mm處必須做上標記，表明施加火焰的中心點。本生燈或特利爾燈的火焰必須施加在試驗標記處30秒。燈必須裝在試樣標記的下方，與試樣正交，與通過試樣的垂直平面成30度角。燈口的名義內徑必須為9.5mm，火焰高度調至76.2mm，其內錐約為火焰高度的1/3。用經校準的熱電偶高溫計測得的火焰最熱部分的溫度不得低于954℃。燈的放置必須使火焰的最熱部分施加到導線的試驗標記上。必須記錄焰燃時間、燒焦長度和滴落物（如果有）的焰燃時間。燒焦長度測量必須精確到2.5mm。導線試樣的斷裂不認為是失敗。

1.2CCAR 25.1723可燃液體防火（EWIS）

參考CCAR 25.1723相關的咨詢通告和行業規范，該條款主要可以分解為以下具體設計要求：

由于流體系統滲漏可能引起可燃液體或蒸氣溢出，位于這些區域的EWIS 部件必須被視為潛在的點火源，并且必須滿足以下要求：

a）凡可燃液體或蒸氣可能因液體系統滲漏而逸出的區域，必須有措施盡量減少液體和蒸氣點燃的概率以及萬一點燃后的危險后果；

b）必須用分析或試驗方法表明符合a）的要求，同時必須考慮下列因素：

1） 液體滲漏的可能漏源和途徑，以及探測滲漏的方法；

2） 液體的可燃特性，包括任何可燃材料或吸液材料的影響；

3） 可能的引燃火源，包括電氣故障，設備過熱和防護裝置失效；

4） 可用于抑制燃燒或滅火的手段，例如截止液體流動，關斷設備，防火的包容物或使用滅火劑；

5） 對于飛行安全是關鍵性的各種飛機部件的耐火耐熱能力；

c）如果要求飛行機組采取行動來預防或處置液體著火（例如關斷設備或起動滅火瓶），則必須備有迅速動作的向機組報警的裝置；

d）凡可燃液體或蒸氣有可能因液體系統滲漏而逸出的區域，必須確定其部位和范圍。

1.3CCAR 25.1727可燃液體切斷措施（EWIS）

參考CCAR 25.1727相關的咨詢通告和行業規范，該條款主要可以分解為以下具體設計要求：

與每個可燃液體切斷措施和控制相關的EWIS 必須是防火的，或必須安置和防護得使火區內的任何著火不會影響可燃液體切斷工作。

2 EWIS防火符合性設計

EWIS防火符合性設計主要基于上述適航條款分解結果，并基于相關的行業標準和工程實踐經驗，在設計過程中考慮并貫徹相應要求，從而使EWIS設計滿足防火要求。具體如下：

a）EWIS部件的材料應進行合格鑒定，滿足在通風、加溫、增壓或其它系統和設備出現有合理可能的故障或功能失常，從而導致環境溫度升高或氣壓變化的情況下，仍能滿足機組和旅客艙的空氣不得含有達到有害或危險濃度的氣體或蒸氣；

b）要求位于指定火區和應急程序使用的EWIS 部件必須是耐火的。除對火區內供應急程序使用的電氣部件的耐火要求外，EWIS防火設計也要求安裝在防火墻上的電氣部件（如連接器、穿墻密封件等），在防火墻表面被火焰加熱到1100℃的15分鐘內，仍能防止火焰穿透；

c）EWIS導線和電纜的絕緣層及其他保護材料應進行合格鑒定，在進行60 度試驗時，必須是自熄的。平均燒焦長度不得超過76mm，移開火源后的平均燃燒時間不得超過30秒。試樣的滴落物在跌落后繼續燃燒的時間平均不得超過3秒。60度試驗要求詳見本文1.1節中c）條；

d）所有EWIS器件的安裝與可燃液體設備和管路均應有足夠安全的隔離距離，從而減少液體和蒸氣被EWIS元器件點燃的概率；

e）對于各種飛行狀態中下防止點燃可燃蒸氣的要求，需要分析最惡劣情況下的迫降狀態。在該狀態下，EWIS元器件不應帶電，從而減少產生點火源的可能；

f）與每個可燃液體切斷措施和控制相關的EWIS 組件必須是防火的，或必須安置和防護得使火區內的任何著火不會影響可燃液體切斷工作。

3 總結

本文首先對EWIS防火設計相關的適航條款進行了解析，得到了細化后的EWIS防火相關的適航符合性設計要求。隨后，基于分解后的適航要求，并結合相關行業標準和工程實踐經驗，得出了在民用飛機EWIS設計中應該考慮并貫徹的EWIS防火設計要求，包括EWIS部件的防火合格鑒定、耐火部件的選用、與可燃液體和氣體的隔離等，供民用飛機EWIS設計參考。

參考文獻：

[1] 中國民用航空局，CCAR 25 R4，運輸類飛機適航標準. [S]. 中國.：2004.

[2] FAA. Advisory Circular 25.1701-1，Certification of Electrical Wiring Interconnection Systems on Transport Category Airplanes[S]. U.S.：FAA，2007.

[3] Aerospace Standard. SAE AS50881：Wiring aerospace vehicle [S]. USA：Society of Automotive Engineers-Aerospace Division，2013