民用飛機(jī)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(guó)民航大學(xué) 適航學(xué)院，天津 300300；2.東華理工大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院,南昌 330013)

0 引言

民機(jī)上發(fā)生火情將危害飛機(jī)安全可靠運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)是導(dǎo)致飛機(jī)最終發(fā)生墜毀事故的重要因素[1]。因此，防火系統(tǒng)對(duì)于民用飛機(jī)至關(guān)重要，是飛機(jī)安全性的重要保障。對(duì)于防火系統(tǒng)的研究，歐美國(guó)家在民用飛機(jī)的防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方面早已廣泛開(kāi)展且經(jīng)驗(yàn)豐富，然而我國(guó)在民機(jī)防火系統(tǒng)的研究起步較晚，與國(guó)外著名的飛機(jī)制造商相比仍有一定差距[2]。防火系統(tǒng)主要由探測(cè)、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(duì)指定防護(hù)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(cè)和告警。在民用飛機(jī)適航取證時(shí)，防火系統(tǒng)正是局方需關(guān)注的。

適航審定對(duì)于民用飛機(jī)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(duì)防火系統(tǒng)適航審定工作進(jìn)行研究，介紹了防火系統(tǒng)功能及組成，借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了防火系統(tǒng)劃分，提供適航當(dāng)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(diǎn)及審定要素。研究可為國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)后續(xù)研究防火系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)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(duì)指定防護(hù)區(qū)進(jìn)行探測(cè)、監(jiān)控和報(bào)警，并提供有效應(yīng)對(duì)火情的滅火或者抑制措施[4-5]。一旦探測(cè)到防護(hù)區(qū)發(fā)生過(guò)熱、煙霧或火情等危險(xiǎn)故障，系統(tǒng)會(huì)向機(jī)組發(fā)出告警，以便機(jī)組采取相應(yīng)處理措施。系統(tǒng)提供滅火措施，可對(duì)火情進(jìn)行抑制或撲滅，保證飛機(jī)和人員的安全。系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，顯示、記錄飛行過(guò)程中的系統(tǒng)故障并進(jìn)行故障隔離。因此，防火系統(tǒng)可按照探測(cè)和滅火功能進(jìn)行劃分。

1.1.1 探測(cè)功能

防火系統(tǒng)的探測(cè)功能在民機(jī)中主要監(jiān)視探測(cè)的區(qū)域有：1)左、右發(fā)動(dòng)機(jī)艙火警探測(cè)、監(jiān)控和報(bào)警；2)APU艙火警探測(cè)、監(jiān)控和報(bào)警；3)貨艙煙霧探測(cè)、監(jiān)控和報(bào)警；4)主起落架艙過(guò)熱探測(cè)、監(jiān)控和報(bào)警；5)引氣導(dǎo)管過(guò)熱探測(cè)、監(jiān)控和告警；6)盥洗室煙霧探測(cè)、監(jiān)控和報(bào)警。

1.1.2 滅火功能

防火系統(tǒng)的滅火功能在民機(jī)上主要防護(hù)滅火的區(qū)域有：1)左/右發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)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(cè)和滅火兩個(gè)分系統(tǒng)，由防火控制器、探測(cè)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(guò)內(nèi)部控制器進(jìn)行探測(cè)與滅火，并實(shí)現(xiàn)與中央管理系統(tǒng)(CMS)以及其他系統(tǒng)進(jìn)行通信。

圖1 防火系統(tǒng)架構(gòu)框圖

目前，美國(guó)航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)ATA章節(jié)號(hào)已廣泛應(yīng)用于大部分民航機(jī)構(gòu)，以便對(duì)飛機(jī)本體及各部分設(shè)備進(jìn)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(cè)(ATA26-10)

1)發(fā)動(dòng)機(jī)火警探測(cè)子系統(tǒng)(ATA26-11)；2)APU火警探測(cè)子系統(tǒng)(ATA26-12)；3)盥洗室煙霧探測(cè)子系統(tǒng)(ATA26-13)；4)貨艙煙霧探測(cè)子系統(tǒng)(ATA26-17)；5)主起落架艙過(guò)熱探測(cè)子系統(tǒng)(ATA26-15)；

1.2.2 滅火(ATA26-20)

1)發(fā)動(dòng)機(jī)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(hào)合格審定程序》(AP-21-AA-2011-03-R4)的內(nèi)容，目前國(guó)際通用的符合性方法(method of compliance，簡(jiǎn)稱MC)有10種[6]，防火系統(tǒng)需驗(yàn)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(shuō)明[8-12]

1)通過(guò)描述發(fā)動(dòng)機(jī)火警探測(cè)器需符合相應(yīng)的TSO標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠探測(cè)每個(gè)指定火區(qū)以及發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)部件內(nèi)的火情來(lái)符合25.1203(a)條款。描述發(fā)動(dòng)機(jī)火警探測(cè)器需通過(guò)振動(dòng)、沖擊等設(shè)備鑒定試驗(yàn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)火警探測(cè)器機(jī)組告警功能、自測(cè)試功能進(jìn)行描述，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)火警探測(cè)器的安裝位置環(huán)境進(jìn)行描述，表明對(duì)25.1203(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)的符合性；

2)通過(guò)簡(jiǎn)述APU火警探測(cè)器的構(gòu)造需符合相應(yīng)的TSO標(biāo)準(zhǔn)，描述探測(cè)線安裝以及所處位置，探測(cè)線部件經(jīng)過(guò)設(shè)備鑒定試驗(yàn)，對(duì)APU火警探測(cè)器機(jī)組告警功能、自測(cè)試功能進(jìn)行描述，表明對(duì)25.1203(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)的符合性；

3)通過(guò)對(duì)盥洗室煙霧探測(cè)系統(tǒng)的功能以及工作機(jī)理描述表明對(duì)25.854(a)的符合性；

4)通過(guò)描述貨艙煙霧探測(cè)系統(tǒng)在貨艙的布置情況以及煙霧探測(cè)器部件符合響應(yīng)的TSO標(biāo)準(zhǔn)來(lái)表明對(duì)25.857(c)(1)的符合性，通過(guò)對(duì)貨艙煙霧探測(cè)系統(tǒng)工作機(jī)制的描述以及對(duì)運(yùn)行中環(huán)境的符合性表明25.855和25.857(c)(1)的符合性；通過(guò)對(duì)貨艙煙霧探測(cè)系統(tǒng)地面和飛行過(guò)程中進(jìn)行功能測(cè)試來(lái)表明對(duì)25.858(d)的符合性；

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

6)通過(guò)描述發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)25.1195、25.1197、25.1199、25.1201的符合性；

7)通過(guò)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(duì)25.1195、25.1197、25.1199、25.1201的符合性；

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

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

10)通過(guò)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(biāo)準(zhǔn)，滅火瓶針對(duì)不同火情類型的適用性表明對(duì)25.851、25.1301、25.1309的符合性。

2.1.2 MC2分析/計(jì)算

1)通過(guò)計(jì)算分析防火系統(tǒng)、動(dòng)力裝置系統(tǒng)、APU系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛區(qū)域的防火特性；2)通過(guò)與相似機(jī)型部分結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)比，進(jìn)行相似性分析，主要指申請(qǐng)人有詳細(xì)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的機(jī)型。

2.1.3 MC3安全評(píng)估

通過(guò)安全性分析評(píng)估防火系統(tǒng)的安全特性滿足要求。

2.1.4 MC5地面試驗(yàn)

1)通過(guò)地面試驗(yàn)驗(yàn)證防火系統(tǒng)的機(jī)上地面功能；2)通過(guò)地面試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)艙滅火劑濃度、APU艙滅火劑濃度、前/后貨艙煙霧探測(cè)系統(tǒng)功能，前/后貨艙煙霧穿透試驗(yàn)，表明對(duì)25.854、25.857、25.858的符合性。通過(guò)對(duì)滅火瓶環(huán)境溫度測(cè)量試驗(yàn)表明對(duì)25.1199的符合性。

2.1.5 MC6飛行試驗(yàn)

通過(guò)飛行試驗(yàn)驗(yàn)證防火系統(tǒng)功能、發(fā)動(dòng)機(jī)艙滅火劑濃度、APU艙滅火劑濃度、前/后貨艙煙霧探測(cè)系統(tǒng)功能、前/后貨艙煙霧穿透、滅火瓶環(huán)境溫度測(cè)量、后盥洗室煙霧探測(cè)系統(tǒng)功能等。

2.1.6 MC7航空器檢查

通過(guò)機(jī)上檢查驗(yàn)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(biāo)識(shí)，方便使用情況，對(duì)手提滅火瓶進(jìn)行稱重，檢查所有貨艙滅火瓶、發(fā)動(dòng)機(jī)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(cè)系統(tǒng)的安裝位置。

2.1.7 MC9設(shè)備合格性

通過(guò)對(duì)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(dòng)機(jī)滅火瓶、貨艙和盥洗室煙霧探測(cè)器)的合格鑒定或者通過(guò)與相似性設(shè)備進(jìn)行相似性對(duì)比分析表明其符合性。

2.2 可接受的驗(yàn)證試驗(yàn)判據(jù)

飛機(jī)防火系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)中可接受的判據(jù)如下：

1)APU艙滅火劑濃度測(cè)試飛行試驗(yàn)中，APU艙內(nèi)所有采樣點(diǎn)達(dá)到并保持6%容積濃度的最少時(shí)間為0.5 s；2)發(fā)動(dòng)機(jī)艙滅火劑濃度測(cè)試飛行試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)所有采樣點(diǎn)達(dá)到并保持6%容積濃度的最少時(shí)間為0.5 s；3)貨艙煙霧穿透試驗(yàn)中，局方或適航當(dāng)局認(rèn)可的審查員直接觀察前、后貨艙是否存在煙霧穿透進(jìn)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(jìn)入，煙霧高度不應(yīng)超過(guò)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(cè)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(shí)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(yàn)過(guò)程中，后貨艙內(nèi)的煙霧探測(cè)器不會(huì)因?yàn)榍柏浥搩?nèi)滅火劑的釋放而報(bào)警，前貨艙內(nèi)的煙霧探測(cè)器不會(huì)因?yàn)楹筘浥搩?nèi)滅火劑的釋放而報(bào)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(yàn)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(jī)防火系統(tǒng)與全機(jī)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(jī)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(jī)軟件審查計(jì)劃和要求進(jìn)行。飛機(jī)防火系統(tǒng)機(jī)載電子硬件為防火控制盒硬件，為全機(jī)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(jì)劃和要求進(jìn)行。

3 防火系統(tǒng)審定要素和評(píng)審建議

局方在審定時(shí)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(dá)性；3)防火系統(tǒng)的安全性分析；4)發(fā)動(dòng)機(jī)艙、APU艙滅火劑濃度，測(cè)試地面及飛行試驗(yàn)時(shí)滅火劑濃度；5)前、后貨艙煙霧穿透試驗(yàn)時(shí)如何保持貨艙的密封性以達(dá)到試驗(yàn)條件；6)在進(jìn)行滅火瓶環(huán)境溫度測(cè)量試驗(yàn)時(shí)，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?jī)?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(diǎn)如表1所示。

表1 防火系統(tǒng)涉及的適航關(guān)注點(diǎn)

4 結(jié)論

本文首先對(duì)可防火系統(tǒng)的功能及架構(gòu)進(jìn)行研究，然后依據(jù)CCAR 25部規(guī)章要求，針對(duì)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(yàn)證，并針對(duì)防火系統(tǒng)涉及的條款，進(jìn)一步給出防火系統(tǒng)適航審查工作需要重點(diǎn)關(guān)注的基本要素和技術(shù)要點(diǎn)。旨在為民用飛機(jī)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(yùn)輸類飛機(jī)的防火系統(tǒng)研制人員提供參考，同時(shí)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。