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论民机发动机灭火剂浓度测量适航审定试飞方法
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/8/13 9:21:14  

摘要:发动机灭火剂浓度测量试验是新型号适航取证灭火系统验证试飞的科目之一。本文结合某型飞机适航取证试飞,介绍了发动机灭火剂浓度测量试验的试飞方法,系统性地研究了民机在发动机灭火剂浓度测量适航验证试验,为我国大中型运输机适航试飞积累了宝贵经验和试飞技术。

关键词:民用飞机; 防火系统; 发动机灭火; 飞行试验; 适航;

现代民用飞机防火系统都具备发动机短舱火警探测和灭火的功能。当发动机着火时,通过释放灭火剂扑灭火灾。我国民机行业起步较晚,目前只有某型飞机按照CCAR25部要求进行了发动机灭火剂浓度测量试验。本文简述了发动机灭火剂浓度测量适航验证试飞方法,为民用飞机取证试飞提供参考。

1 适航要求

CCAR-25部25.1195规定:“灭火系统、灭火剂剂量、喷射速率和喷射分布必须足以灭火。必须通过真实的或模拟的飞行试验来表明,在飞行中临界的气流条件下,本条 (a) 规定的每一指定火区内灭火剂的喷射,可提供能熄灭该火区内的着火并能使复燃的概率减至最小的灭火剂密集度。辅助动力装置、燃油燃烧加温器以及其他燃烧设备可以使用单独的“一次喷射”式灭火系统。对于每个其他的指定火区,必须提供两次喷射,每次喷射要有足够的灭火剂密集度。FAA-DS-70-3灭火剂浓度测量设备安装及使用标准报告中提出,要求飞行试验在尽量低的高度执行以获得大的通风量,试验应在2000ft至5000ft执行。咨询通告AC20-100要求,Halon1301 (CF3Br)在喷射时要求体积浓度达到6%,并至少持续0.5秒。

2 系统介绍

某型飞机动力装置系统采用两台美国通用电气公司GEAE公司研制的CF34-10A涡轮风扇发动机,采用尾吊式布局分别安装在机身后部。根据CCAR25.1181定义,发动机舱位指定火区,防火系统采用火警探测和灭火方法对该区域进行防护。发动机灭火系统由两个灭火瓶组件、两个T型单向阀、灭火剂分配管路、灭火手柄等组成。每个发动机灭火瓶均可通过T型单向阀和灭火剂分配管路分别向左发动机和右发动机释放灭火剂。灭火喷嘴分别布置在发动机核心区和风扇区。灭火瓶中填充压力为600psig+25/-0psig的Halon1301 (CF3Br)灭火剂。发动机灭火瓶布置在后设备舱,该舱为非增压区。

3 验证方法

试验采用低温冷冻灭火剂,并在低空以最大使用速度飞行,模拟灭火瓶在低温环境下释放到空气流量较大的发动机中。试验的成功判据为发动机灭火剂浓度各个采样点的浓度不低于6%,持续0.5秒以上。

4 测试改装

某型飞机发动机灭火剂浓度测量设备包括采样管、灭火剂浓度分析仪、真空泵、信号放大器、温度控制器、数据记录仪以及电源转换器组成。飞机平台数据由机载测试采集系统、数据记录设备负责采集输出。此外,需能够容纳灭火瓶的低温冰箱(-70°C)和保温材料。

采样管为铜管,通过真空泵的低压将发动机内的灭火剂吸入灭火剂浓度分析仪,采样管的开口位置为采样点。按照AC20-100和FAA-DS-70-3指南要求,本次试验在短舱布置了12个测试采样点。因为某型飞机短舱长度较短,采用的是三采样环布置方案,在风扇舱布置一个采样环,此采样环上均匀布置四个采样点,在核心舱布置两个采样环,每个采样环上均匀布置四个采样点。此方案保证所选取测试采样点具有代表性,为最严酷位置采样点。采样点1位于燃油滑油换热器旁,采样点2位于滑油泵旁。

5 试验程序

将加装表面温度传感器放入-70°C的低温冰箱冷冻6小时以上,取出后覆盖保温材料后立即装机,并连接表面温度传感器与测试设备。飞机立即起飞爬升到2000ft-5000ft,以最大可用速度(VMO)飞行,待灭火瓶表面温度达到预定温度后,切断发动机燃油供应,等待约10秒,喷射灭火剂。

6 灭火剂喷射预定温度选择

某型飞机的温度包线寒冷浸透限制为-40°C,即飞机在寒冷情况下,在不工作状态下且较长时间放置后,飞机上各系统所在区域温度与大气环境温度一致,设备应能够正常启动。发动机灭火瓶安装在机身后设备舱,后设备舱内布置了APU引气导管、左/右空调包及其引气导管、液压系统油箱及其液压管路等,这些系统工作时将释放热量,进而影响后设备舱内环境温度。

当飞机在地面冷浸透到略小于-40°C温度时,若飞机及各系统不工作,发动机灭火瓶所处的后设备舱环境温度与此时飞机的冷浸透温度相同。若飞机上电,APU开车和发动机开车,发动机存在着火的可能性,因此发动机灭火系统应具备灭火功能。此时发动机灭火瓶的环境温度,受后设备舱各热源的影响将高于-40°C。按照正常飞行程序,APU开车,打开相关引气,发动机开车后准备起飞。

从前期试验数据中,对地面仅APU开车状态采集的温度数据进行分析,可知APU开车5min使得舱内温度至少温升3°C, 18min温升约18°C。飞行时,发动机、APU和环控系统的工作对后设备舱有温升作用。选取某型飞机在高寒试验中温度数据,当地面冷浸透-35.1°C时,飞行在空中发动机灭火瓶的最低环境温度为-17.5°C。按照1:1的保守外推方法,若飞机在略高于-40°C冷浸透温度时放飞,按照温差 (-40°C) - (-35°C) =-5°C,则外推发动机灭火瓶环境温度为-22.5°C。若飞机过站,且当地的大气温度为-55°C时,考虑到APU开车(开引气)对后设备舱温升的影响,按照温差 (-55°C) - (-40°C) =-15°C,则外推发动机灭火瓶环境温度为-37.5°C。综上所述,考虑按照冷浸透-40°C以上放飞情况,以及过站地面温度-55°C放飞情况,并选取最低环境温度值,以及为试验过程中操作留有裕度,选取飞行试验中发动机灭火瓶的试验温度为-35°C±3°C。即T灭火瓶喷射温度=T左边界-T冷浸透试验OAT+T冷浸透试验灭火瓶环境温度。

图1 发动机灭火剂浓度数据

图1为飞行验证试验灭火剂浓度数据中采样点1、采样点4、平均浓度绘制的灭火剂浓度-时间曲线。其中采样点4为12个采样点钟最晚达到灭火剂要求浓度100%,采样点1为12个采样点中最早低于灭火剂要求浓度100%。从图中可以看出从3.2秒-5.1秒之间12个采样点的灭火剂浓度均在100%要求浓度以上,整个时间持续2秒,发动机舱灭火剂浓度裕度充足。

所有采样点的平均浓度如图所示,高于采样4、采样点12的处的浓度,说明其他采样点处的灭火剂浓度要高于实际要求浓度,灭火喷嘴与灭火瓶灭火剂填充量有调整的可能性。

7 结束语

发动机灭火剂浓度测量试验是新型号适航取证灭火系统验证试飞的科目之一。本文结合某型飞机适航取证试飞,介绍了发动机灭火剂浓度测量试验的试飞方法,系统性地研究了民机在发动机灭火剂浓度测量适航验证试验,为我国大中型运输机适航试飞积累了宝贵经验和试飞技术。

参考文献

[1] CCAR-25 R4中国民用航空规章25部:运输类飞机适航标准[S].中国民用航空总局, 2011-11-07.

[2] AC20-100 General Guidelines for Measuring Fire-Extinguishing Agent Concentrations in Powerplant Compartments[S].Federal Aviation Administration, 1977-09-21.

[3] George Chamberlain FAA-DS-70-3 Criteria for Aircraft Installation An Utilization of An Extinguishing Agent Concentration Recorder[R].Federal Aviation Adm inistration, 1970-03.

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