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動機火區的結構，是防火墻的一部分，必須能夠將火區與非火區進行有效的隔離。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 ?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

用渦扇發動機短艙是包裹發動機的結構，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，還為安裝在發動機機匣外的系統附件、管路、元件提供保護。根據CCAR-25-R4第25.1181條“指定火區的范圍”，發動機的核心艙為指定火區，如果發動機附件齒輪箱安裝在風扇機匣，風扇艙也為指定火區。短艙中部分結構作為包裹住火區的結構，是防火墻的一部分，必須將火區與非火區進行有效的隔離，以避免火區的火焰進入到非火區，導致非火區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。可以根據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》，防火密封件要根據整個飛行包線內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

本節以某型飛機發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動機核心區高溫高壓氣流，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據輸入，最終計算得到最大壓差作為密封件的設計輸入。

依據上述得到的相對位移量以及壓力載荷數據，設計Ω型密封件的截面尺寸。依據經驗，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品。

3 ?Ω型密封件防火性能試驗驗證

根據FAA AC 20-135，試驗時將密封件放在距離火焰1/4英寸距離內，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，FAA 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，受到發動機的振動影響，一直處于振動狀態，根據ISO2685的要求，需要振動臺架模擬真實狀態。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，該處密封件內外側存在壓差，工裝除了提供夾持的功能之外，還需能夠調節密封件內外側壓差。

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）調整熱電偶耙、熱流計安裝支架位置。

（3）火焰參數調試：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，根據飛行與地面狀態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，記錄試驗現象和試驗件溫度，拍攝試驗件燃燒后的照片。

3.5 試驗判據

（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內熄滅。

（4）燃燒器火焰移除后，不允許發生密封件材料再次復燃。

3.6 試驗結果

經過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介紹了短艙防火密封設計方法。通過某型飛機發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.