受油漬污染的飛機隔聲隔熱層阻燃性能試驗研究

■ 劉光輝 豆會均 景嘉繁/中國航空工業集團公司西安飛機設計研究院

0 引言

飛機隔聲隔熱層大量敷設在氣密區域的機身結構上，主要作用是降低機身的熱傳導，保持座艙適宜的溫度，同時具有一定減少機外噪聲傳入的能力，已在各型飛機上廣泛應用。目前，隔聲隔熱層材料包括玻璃纖維、泡沫等，無一例外均為非金屬材料，燃燒后會產生大量煙霧、火焰等。大量的民航事故都涉及隔聲隔熱層燃燒產生的煙霧或火焰，在特定情況下一些隔聲隔熱層甚至起到助燃作用，這些因素都對飛機的飛行和乘員的安全造成了直接威脅。

適航部門對于非金屬材料的阻燃性能有明確、嚴格的要求。對于新研飛機的隔聲隔熱層，可以通過相關試驗及評估開展阻燃性能試驗；對于服役一定時間、未到首翻期、結構表面受污染的隔聲隔熱層組件，卻沒有相關的阻燃性能研究及試驗方法。

本文對受油漬污染的隔聲隔熱層組件的阻燃性能進行研究及試驗，探討該類隔聲隔熱層的阻燃性能變化，對于隔聲隔熱層的設計、維修及更換提出指導。

1 被油漬污染的隔聲隔熱層

1.1 油液泄漏現象

飛機擁有復雜的液壓系統及燃油系統。液壓系統中包含油箱、活門、泵等諸多零組件，且廣泛分布在機艙各處。當液壓元件長時間、高負荷工作后，其內部可能出現磨損，密封性被破壞。此外，由于接頭之間縫隙與裝配公差的存在，也會導致油液泄漏，這也是飛機液壓系統最常見的故障之一[1]。燃油系統同樣擁有大量的管路和密封元件，通常采用密封圈、墊圈和膠帶等封嚴方式，但密封元件經過長時間使用后容易受損，密封易失效，也會出現油液泄漏現象[2]。油液泄漏污染的艙內設備如圖1所示。

圖1 油液泄漏污染的艙內設備

1.2 被油漬污染的隔聲隔熱層組件

隔聲隔熱層組件主要采用熱壓密封和壓敏膠帶密封，形成一種類似于三明治的密封結構，敷設時一般緊貼蒙皮、隔框、長桁等結構[3]，因此在起到隔聲隔熱功能的同時也遮擋了部分液壓及燃油管路，一旦出現油液泄漏故障，泄漏的油液會濺射或滴落在相鄰的隔聲隔熱層上，從而造成隔聲隔熱層的污染。如果油液泄漏故障一直存在，隔聲隔熱層受油脂污染腐蝕的情況會越來越嚴重，泄漏的油液甚至會通過隔聲隔熱層材料的縫隙滲入芯體內部。被污染的部位多為隔聲隔熱層的艙外側，在飛機首翻期之前，很難發現被油漬污染的隔聲隔熱層，導致這樣的受到油漬污染后的隔聲隔熱層仍被使用，這種現象在服役的各型飛機上大量存在，給飛行安全帶來隱患。因此，如何評估這種情況下隔聲隔熱層的阻燃性能，以及研究阻燃性能變化對飛機安全與維護造成的影響，對于飛行本身具有積極的意義。

2 阻燃性能要求分析

適航部門對于飛機隔聲隔熱層的阻燃性能提出了一系列要求。1967 年以前，FAA 只要求隔聲隔熱層材料垂直燃燒的燃燒速率不超過20in/min。1967 年，FAA 要求炭化長度在水平測試時不超過4in，垂直測試時不超過8in。1972 年則要求垂直燃燒試驗中最大燃燒長度不超過8in，自熄時間不超過15s，滴落后熄滅時間不超過5s。2003 年提高了標準，要求隔聲隔熱層在輻射板試驗中，火焰傳播長度不超過2in，自熄時間不超過3s；所有位于機身下半部分的隔聲隔熱層還需具有最少4min 的防止艙外燃油起火的抗燒穿功能。

目前，中國民用航空規章第25 部中25.856 要求機身的隔熱/隔音材料必須滿足附錄F 第VI 部分規定的火焰蔓延試驗與火焰燒穿要求。從飛機安全角度對該條款進行分析，認為滿足防火焰傳播要求及防火焰燒穿要求的對象不僅僅是材料級別，隔聲隔熱層組件級別也應該滿足防火焰傳播要求和防火焰燒穿要求。此外，在飛機全生命周期內，隔聲隔熱層的阻燃性能不應影響飛機的飛行安全及成員安全。因此，處于特殊環境下的隔聲隔熱層組件在抗火焰蔓延試驗中應滿足：從燃燒器火焰中心線的左側起，火焰傳播不能超過51mm（2in）；在移開燃燒器后任何試樣的火焰燃燒時間不能超過3s。在抗火焰燒穿試驗中應滿足：兩個隔聲隔熱層試樣中的任何一個都不能在4min 內著火或被火焰燒穿；兩個隔聲隔熱層試樣中的任何一個在試驗架冷面一側且距其表面30.5cm （12in）的那一點的熱流都不能超過2.27W/cm2（2.0BTU/ft2.s）。

3 試驗

本試驗是對經過特殊處理、不同材料組合的隔聲隔熱層組件進行的對比試驗。目前，飛機上常用的芯體材料包含玻璃纖維和聚酰亞胺泡沫，包覆層為普通透明薄膜、抗火焰燒穿薄膜，膠帶為壓敏膠帶。本試驗的試驗件芯體均為玻璃纖維，其他材料為不同的組合形式。具體材料組合形式如表1 所示。

表1 試驗件材料組合形式

假設機艙內可能有15#航空液壓油泄漏，因此需要對隔聲隔熱層進行不同程度的污染與破損處理。具體的表面特殊處理措施如下。

1）模擬不同污染程度：使用不同容量（1mL、2mL、5mL、15mL、20mL 等）的15#航空液壓油，完全涂抹在試驗件受試面；

2）模擬不同污染面積：受試面全部污染、污染面積10in×10in；

3）模擬受污染時長：受污染后的隔聲隔熱層在常溫下放置24h、100h、5天等；

4）模擬受污染部位的不同清潔方式：保持受污染表面原樣不變及試驗前將受污染表面用水擦干、用酒精擦干等；

5）模擬表面破損程度：隔聲隔熱層開縫2in、隔聲隔熱層開縫處膠帶修補；

6）模擬不同環境溫度：-40℃、常溫、40℃、60℃。

對上述特殊處理下的不同隔聲隔熱層組件，按照CCAR-25-R4 附錄F 第VI 和第VII 部分的要求進行阻燃性能試驗，以驗證是否滿足CCAR-25.856 的要求，從而評估該特殊狀態對隔聲隔熱層阻燃性能的影響。

4 結論及分析

4.1 抗火焰蔓延試驗

通過試驗發現，常溫狀態下，無論使用普通膜還是防火膜，隔聲隔熱層組件外表面膜上只要有滲漏的液壓油附著，即使只有2mL 的量，遇火后就會發生轟燃現象，受試膜表面會在20s 內全部燒完（火焰蔓延超過51mm），給客艙安全造成火災隱患。但如果將膜表面的油污及時擦拭干凈，則幾乎沒有火災隱患。

在表面破損且油液滲透進芯體的狀態下，膜表面會發生轟燃現象，芯體也會出現一定深度的燒焦現象，即使破損處被膠帶修補過，表面仍會完全燃燒并燒蝕到芯體內部。

當低溫（-40℃）時，表面附著的油污難以揮發或已固化，油污遇火仍會大面積燃燒；擦拭后油污量減少，但仍有少量油污難以清理，遇火仍發生閃燃。雖然燃燒劇烈程度有所降低，但火焰蔓延仍然超過51mm。有極少量油污附著的隔聲隔熱層在高溫60℃下處理1 天后，油污可完全揮發或固化，即使不擦拭受污染表面，也無明顯燃燒現象。

對于較大污染量（如5mL、10mL 等）的情況，在低溫、常溫、高溫環境下材料表面明顯形成一層油垢，遇火劇烈燃燒，20s 內受試面全部燒完；污染量越大，油垢厚度越大，遇火燃燒程度越劇烈，最快4s 便燒完；使用各種擦拭方法仍難以去除污染物，試驗不通過。部分樣品抗火焰蔓延試驗前后的對比如圖2 所示。

圖2 部分樣品抗火焰蔓延試驗前后對比

4.2 耐燒穿試驗

包覆哈金森防火膜或普通透明薄膜的隔聲隔熱層組件，即使在其受試面均勻涂刷10mL 的15#液壓油，仍能滿足試驗4min 未燒穿的要求，背部熱流為0.36W/cm2。但如果在背火面均勻涂刷20mL 的15#液壓油，短時間內熱流最高達1.2W/cm2，導致背火面大面積燃燒，雖然最終能夠滿足CCAR-25.856（b）耐燒穿試驗的要求，但是其背面的火焰可能會引燃周圍的非金屬材料，有較大的火災隱患。圖3 為部分樣品耐燒穿試驗的前后對比。

圖3 部分樣品耐燒穿試驗前后對比

綜上所述，受到油漬污染后的隔聲隔熱層在試驗中均出現大面積燃燒現象，幾乎喪失了抗火焰蔓延功能。但是，在油污被徹底清理干凈的狀態下，隔聲隔熱層可恢復抗火焰蔓延功能。此外，即使在10mL 油漬污染狀態下的隔聲隔熱層仍具有可靠的抗火焰燒穿功能，只不過抗火焰蔓延功能的喪失會使飛機有較大的火災隱患。

5 維修建議

在飛機維修過程中，如果由于操作不當引起液壓油滲漏到隔聲隔熱層表面，應立即用抹布等工具進行徹底擦拭，否則，受污染的隔聲隔熱層有火焰蔓延的隱患。污染量越大，燃燒越迅速，后果越嚴重。另外，飛機在長期使用過程中管路有可能滲漏或泄露，即使漏油量不大，也會產生安全隱患，應立即更換被污染的隔聲隔熱層。如果遇到隔聲隔熱層表面破損情況，液壓油會滲漏到材料內部的芯體，也應立即進行更換，否則，被液壓油污染的隔聲隔熱層很容易被點燃，火焰將沿著液壓油污染的表面傳播。因此，在飛機隱藏區域，即使只有少量液壓油污染了隔聲隔熱層，也會給飛機帶來重大的安全隱患。

如果因為機體受損，發生飛機艙外油池火災，合格的隔聲隔熱層即使受液壓油污染也能耐4min 火焰燒穿。但是受污染的隔聲隔熱層背面的火焰可能引燃周圍的非金屬材料，有較大的火災隱患。