民用飞机货舱灭火系统设计方法研究

摘 要 现代民用飞机“C”级货舱均安装有经批准的固定式灭火或抑制系统，可对前货舱或后货舱实施一次有效的灭火，防护乘客和机组人员的安全，确保飞机安全飞行及应急着陆。文章简述了民用飞机“C”级货舱灭火系统的设计方法，为民用飞机货舱灭火系统的设计提供一定的参考。

关键词 民用飞机；“C”级货舱；灭火系统；设计方法

中图分类号：V221 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0035-02

货舱灭火系统是防火系统的重要组成部分。现代民用飞机货舱均为“C”级货舱，货舱容积较大，可以携带各种物品，其中包含大量的易燃物，例如，乘客的行李、货物及危险材料等，使货舱面临严重的失火问题，飞行中货舱着火将严重威胁飞机的安全。现代民用飞机“C”级货舱均安装有经批准的固定式灭火或抑制系统，可对前货舱或后货舱实施一次有效的灭火，防护乘客和机组人员的安全，确保飞机安全飞行及应急着陆。

民用飞机货舱灭火系统普遍采用哈龙1301作为灭火剂。适航要求货舱在空舱构型下，当货舱内出现火情时，切断货舱通风，灭火剂喷射后整个货舱内灭火剂应迅速达到至少5%的体积浓度来熄灭货舱内的火焰，并持续保持最小3%体积浓度来抑制货舱内的火焰直至飞机安全着陆。

本文简述了民用飞机“C”级货舱灭火系统的设计方法，为民用飞机货舱灭火系统的设计提供一定的参考。

1 典型货舱灭火系统

1）货舱灭火系统的组成。民用飞机共有两个货舱，分别为前货舱和后货舱（含散货舱）。前货舱和后货舱共用一套货舱灭火系统，货舱灭火系统可对前货舱或后货舱实施一次有效灭火操作。典型货舱灭火系统由防火控制器，防火控制板，两个带有独立释放装置的灭火瓶（一个高速释放灭火瓶和一个低速释放灭火瓶），连接阀，灭火管路和灭火喷嘴组成。货舱灭火系统示意图如图1所示。货舱灭火系统采用哈龙1301灭火剂。

图1 典型飞机货舱灭火系统示意图

2）货舱灭火系统的基本原理。“C”级货舱，当前货舱或后货舱发生烟雾告警时，前/后货舱灭火系统预位按钮点亮。按下相应货舱的灭火系统预位按钮，相应货舱的通风和加热关闭，再循环风扇关闭，警铃停响，进入灭火系统预位状态。按下灭火瓶释放按钮，电流通到灭火瓶爆炸帽使其产生微型爆炸，膜片破裂，氮气增压压力使灭火剂释放到相应的货舱进行灭火。货舱灭火系统基本原理图如图2所示。

图2 货舱灭火系统基本原理图

2 货舱灭火瓶选取

货舱灭火瓶包含一个高速释放灭火瓶和一个低速释放灭火瓶，灭火瓶体积的选取应依据所需要充填灭火剂的剂量而定。

1）高速释放灭火瓶灭火剂剂量计算方法。对于使用哈龙1301灭火剂的货舱高速灭火瓶，根据NFPA 12A标准，计算货舱高速释放灭火瓶需要充填的灭火剂剂量。计算公式如下：

（1）

式中，W为货舱高速灭火瓶所需要填充哈龙1301的灭火剂剂量，lbs；V为货舱容积，ft3；S为哈龙1301的标准比容，ft3/lb；C为要求的灭火剂浓度。

2）低速释放灭火瓶灭火剂剂量计算方法。货舱低速释放灭火瓶通过持续释放灭火剂，来补充由于货舱空气泄漏所损耗的灭火剂剂量，以维持起火货舱中的灭火剂浓度，防止火灾复燃直至飞机降落。

假设货舱需要维持的灭火剂浓度为C，货舱泄漏率为E，哈龙1301灭火剂比容为S，R为需要释放的最小速率，则稳定抑制情况下灭火剂与空气量之比为：

（2）

根据上式，单位时间内泄漏的灭火剂剂量（灭火剂泄漏速率）为：

（3）

为了维持灭火剂浓度，灭火瓶释放灭火剂的速率应与灭火剂的泄漏速率相等，因此可得：

（4）

根据以上推导，考虑各变量单位，可采用下述公式计算货舱低速释放灭火瓶的最小释放速率为：

（5）

因此，货舱低速灭火瓶所需要填充哈龙1301的灭火剂剂

量为：

（6）

式中，W为货舱低速灭火瓶所需要填充哈龙1301 的灭火剂剂量，lbs；R为哈龙 1301的最小喷射速率，lb/min；E为货舱泄漏速率，ft3/h；S为哈龙1301的标准比容，ft3/lb；C为要求维持的灭火剂浓度；t为货舱灭火效果持续时间，min。

3）货舱高低速灭火瓶体积。货舱高低速释放灭火瓶根据以上计算方法计算得出的灭火剂剂量选取相对应的灭火瓶大小。

3 货舱灭火喷嘴及管路设计

1）货舱喷嘴设计。货舱喷嘴释放口的尺寸应按照喷嘴的安装位置、数量、货舱的几何形状、尺寸以及分配系统的流量平衡来选取。货舱喷嘴的设计原则如下：①货舱喷嘴的安装位置需要考虑喷出的灭火剂可以均匀的覆盖整个货舱；②在任何方向上货舱喷嘴之间的最大距离不应超过设计要求；③货舱喷嘴到货舱侧壁板的最小距离不应小于设计要求；④如果喷嘴释放口在烟雾探测器的安装方向上，则喷嘴到烟雾探测器的最小距离不应小于设计要求；⑤为了防止货舱喷嘴被撞到或堵上，喷嘴应略微凹进货舱天花板顶部之上。

典型货舱灭火喷嘴设计形式如图3所示。

图3 货舱灭火喷嘴示意图

2）货舱灭火管设计。

货舱灭火管设计指导原则：①货舱所有灭火管的弯曲半径应至少是灭火管直径的3倍；②货舱灭火管不暴露在火区，通常选取铝管。

灭火管壁厚选取：根据铝管设计规范，参照管路设计标准对货舱灭火导管壁厚进行计算，计算公式如下：

（7）

式中：—导管壁厚，in；—C*p，其中p=工作压力（psi），C为安全因子；—导管外径，in；—计算系数，；—拉伸屈服极限最小值，psi；—拉伸强度极限最小值，psi。

4 结论

本文根据货舱灭火系统的适航要求，从货舱灭火瓶的选取、灭火剂剂量的计算、灭火喷嘴和灭火管的设计方法等方面阐述了民用飞机“C”级货舱灭火系统的设计方法，为民用飞机货舱灭火系统的设计提供一定的参考。

参考文献

[1]CCAR25运输类飞机适航标准[S].

[2]NFPA 12 Standard on Halon 1301 Fire Extinguishing Systems， 2009.

[3]HB 7253-1995飞机防火灭火系统通用规范[S].

[4]GB 50370-2005气体灭火系统设计规范[S].

[5]李丽.民机货舱烟雾泄漏试飞技术研究[J].硅谷，2010（10）.

[6]飞机设计手册[M].

作者简介

胡博（1983-），女，汉族，山西太原人，工程师，硕士，研究方向：防火系统。endprint