民用飞机EWIS防火符合性设计研究

陈起予

摘要：本文首先对民用飞机EWIS防火设计相关的适航条款进行了解析，包括CCAR 25.1713、25.1723和25.1727。随后，基于分解后的EWIS防火相关适航要求，并结合相关行业标准和工程实践经验，得出了在民用飞机EWIS设计中应该考虑并贯彻的EWIS防火设计要求，包括EWIS部件的防火合格鉴定、耐火部件的选用、与可燃液体和气体的隔离等，供民用飞机EWIS设计参考。

关键词：民用飞机，EWIS，防火设计

引言

随着民用飞机上电气设备的日益增多，电气线路互联系统（EWIS）的安全性越来越得到重视。其中，EWIS防火是确保EWIS安全性的重要组成部分。1998年9月2日，瑞士航空111号航班冲入大西洋后粉碎性解体，全机229人无一生还。后经加拿大运输安全委员会近四年的调查发现，此次空难源于这架飞机在事故前的一次机上娱乐系统的改装，导致过热的电线引燃了导线绝缘层并导致了火灾。大火在飞机坠毁前6分钟烧断了黑盒子的电线，并向其他区域蔓延，最终导致飞机上的电子元件逐一失灵。坠毁前，仅个别设备可正常运转。由此可见，EWIS防火设计对于飞机安全飞行至关重要。

1 EWI防火相关适航条款解析

由于EWIS防火设计的重要性，在最新发布的CCAR 25部R4版中，针对民用飛机EWIS防火设计提出了专门的条款要求，分别为CCAR 25.1713、25.1723和25.1727。本文对这三个条款进行了解析，具体如下。

1.1CCAR 25.1713 EWIS防火

参考CCAR 25.1713相关的咨询通告和行业规范，该条款主要可以分解为以下具体设计要求：

a）所有EWIS 部件必须有措施保证，在通风、加温、增压或其它系统和设备出现有合理可能的故障或功能失常后，仍能满足机组和旅客舱的空气不得含有达到有害或危险浓度的气体或蒸气。为此，采用下列规定：1）一氧化碳在空气中浓度超过1/20，000 即认为是危险的；2）必须表明飞行期间通常有旅客或者机组乘坐的舱的二氧化碳浓度不得超过0.5%体积含量（海平面当量）；

b）位于指定火区和应急程序使用的EWIS 部件必须是耐火的；

c）安装于飞机任何区域的电气导线和电缆的绝缘，以及对导线和电缆提供额外保护的材料，在进行60 度试验时，必须是自熄的。平均烧焦长度不得超过76 mm，移开火源后的平均燃烧时间不得超过30秒。试样的滴落物在跌落后继续燃烧的时间平均不得超过3秒。60度试验要求如下所示：导线（每种品种和规格）必须至少试验3个试样。电线或电缆（包括绝缘层）的试样必须以与水平面成60 度角的方式被安装在规定的试验箱内，试验时箱门打开；或放在高约610mm、长宽各约305mm的柜内，其顶部和一个垂直面是打开的，使得有足够的空气流入以求燃烧完全，但是不能有抽风现象。试样必须与柜的正面平行，相隔约152mm。试样下端必须刚性地夹紧。上端绕过一滑轮或圆棒，并连接适当的重物，使试样在整个易燃性试验过程中保持张紧。试样从下端夹子到上端滑轮或棒的距离必须是610mm，而且在距下端203mm处必须做上标记，表明施加火焰的中心点。本生灯或特利尔灯的火焰必须施加在试验标记处30秒。灯必须装在试样标记的下方，与试样正交，与通过试样的垂直平面成30度角。灯口的名义内径必须为9.5mm，火焰高度调至76.2mm，其内锥约为火焰高度的1/3。用经校准的热电偶高温计测得的火焰最热部分的温度不得低于954℃。灯的放置必须使火焰的最热部分施加到导线的试验标记上。必须记录焰燃时间、烧焦长度和滴落物（如果有）的焰燃时间。烧焦长度测量必须精确到2.5mm。导线试样的断裂不认为是失败。

1.2CCAR 25.1723可燃液体防火（EWIS）

参考CCAR 25.1723相关的咨询通告和行业规范，该条款主要可以分解为以下具体设计要求：

由于流体系统渗漏可能引起可燃液体或蒸气溢出，位于这些区域的EWIS 部件必须被视为潜在的点火源，并且必须满足以下要求：

a）凡可燃液体或蒸气可能因液体系统渗漏而逸出的区域，必须有措施尽量减少液体和蒸气点燃的概率以及万一点燃后的危险后果；

b）必须用分析或试验方法表明符合a）的要求，同时必须考虑下列因素：

1） 液体渗漏的可能漏源和途径，以及探测渗漏的方法；

2） 液体的可燃特性，包括任何可燃材料或吸液材料的影响；

3） 可能的引燃火源，包括电气故障，设备过热和防护装置失效；

4） 可用于抑制燃烧或灭火的手段，例如截止液体流动，关断设备，防火的包容物或使用灭火剂；

5） 对于飞行安全是关键性的各种飞机部件的耐火耐热能力；

c）如果要求飞行机组采取行动来预防或处置液体着火（例如关断设备或起动灭火瓶），则必须备有迅速动作的向机组报警的装置；

d）凡可燃液体或蒸气有可能因液体系统渗漏而逸出的区域，必须确定其部位和范围。

1.3CCAR 25.1727可燃液体切断措施（EWIS）

参考CCAR 25.1727相关的咨询通告和行业规范，该条款主要可以分解为以下具体设计要求：

与每个可燃液体切断措施和控制相关的EWIS 必须是防火的，或必须安置和防护得使火区内的任何着火不会影响可燃液体切断工作。

2 EWIS防火符合性设计

EWIS防火符合性设计主要基于上述适航条款分解结果，并基于相关的行业标准和工程实践经验，在设计过程中考虑并贯彻相应要求，从而使EWIS设计满足防火要求。具体如下：

a）EWIS部件的材料应进行合格鉴定，满足在通风、加温、增压或其它系统和设备出现有合理可能的故障或功能失常，从而导致环境温度升高或气压变化的情况下，仍能满足机组和旅客舱的空气不得含有达到有害或危险浓度的气体或蒸气；

b）要求位于指定火区和应急程序使用的EWIS 部件必须是耐火的。除对火区内供应急程序使用的电气部件的耐火要求外，EWIS防火设计也要求安装在防火墙上的电气部件（如连接器、穿墙密封件等），在防火墙表面被火焰加热到1100℃的15分钟内，仍能防止火焰穿透；

c）EWIS导线和电缆的绝缘层及其他保护材料应进行合格鉴定，在进行60 度试验时，必须是自熄的。平均烧焦长度不得超过76mm，移开火源后的平均燃烧时间不得超过30秒。试样的滴落物在跌落后继续燃烧的時间平均不得超过3秒。60度试验要求详见本文1.1节中c）条；

d）所有EWIS器件的安装与可燃液体设备和管路均应有足够安全的隔离距离，从而减少液体和蒸气被EWIS元器件点燃的概率；

e）对于各种飞行状态中下防止点燃可燃蒸气的要求，需要分析最恶劣情况下的迫降状态。在该状态下，EWIS元器件不应带电，从而减少产生点火源的可能；

f）与每个可燃液体切断措施和控制相关的EWIS 组件必须是防火的，或必须安置和防护得使火区内的任何着火不会影响可燃液体切断工作。

3 总结

本文首先对EWIS防火设计相关的适航条款进行了解析，得到了细化后的EWIS防火相关的适航符合性设计要求。随后，基于分解后的适航要求，并结合相关行业标准和工程实践经验，得出了在民用飞机EWIS设计中应该考虑并贯彻的EWIS防火设计要求，包括EWIS部件的防火合格鉴定、耐火部件的选用、与可燃液体和气体的隔离等，供民用飞机EWIS设计参考。

参考文献：

[1] 中国民用航空局，CCAR 25 R4，运输类飞机适航标准. [S]. 中国.：2004.

[2] FAA. Advisory Circular 25.1701-1，Certification of Electrical Wiring Interconnection Systems on Transport Category Airplanes[S]. U.S.：FAA，2007.

[3] Aerospace Standard. SAE AS50881：Wiring aerospace vehicle [S]. USA：Society of Automotive Engineers-Aerospace Division，2013