民用飛機(jī)短艙結(jié)構(gòu)防火條款分析和符合性方法

劉建國

【摘 要】短艙作為包裹發(fā)動機(jī)風(fēng)扇火區(qū)和核心火區(qū)的結(jié)構(gòu)，承擔(dān)著防火墻的功能，其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足防火條款的要求。本文通過對CCAR-25部短艙防火條款的分析，對其符合性方法進(jìn)行了研究，提出了符合性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的思路，為短艙設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)參考。

【關(guān)鍵詞】短艙結(jié)構(gòu)；防火條款；符合性方法

【Abstract】Nacelle structure is designated for the fireproof barrier to the fan and core compartment.The Nacelle design should meet the requirements of fireproof clauses.This paper mainly analyzes the fireproof clauses and methods of compliance，which provides guidance for the design of the Nacelle structure.

【Key words】Nacelle Structure；Fireproof Clause；Compliance Method

0 引言

民用飛機(jī)短艙結(jié)構(gòu)主要包括進(jìn)氣道、風(fēng)扇罩、反推裝置及尾噴結(jié)構(gòu)。短艙結(jié)構(gòu)主要用于包裹發(fā)動機(jī)及其系統(tǒng)附件，飛行時(shí)主要承受氣動載荷，起整流的作用。短艙火區(qū)主要分為風(fēng)扇艙火區(qū)和核心艙火區(qū)。風(fēng)扇艙火區(qū)，主要分布在短艙風(fēng)扇罩內(nèi)部，由進(jìn)氣道后隔板、風(fēng)扇罩、風(fēng)扇機(jī)匣及反推前墻形成完整的火區(qū)包裹范圍，屬于25部取證范圍。核心艙火區(qū)包裹著發(fā)動機(jī)燃燒室、高壓渦輪等，屬于33部取證范圍，如圖1所示。若飛機(jī)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)火災(zāi)，火焰竄出短艙，會引起機(jī)翼燃油箱起火，造成十分慘重的后果。因此，在短艙的設(shè)計(jì)階段中考慮適航條款的要求，是十分必要的。本文簡述了短艙結(jié)構(gòu)適用的防火條款，并對條款的符合性驗(yàn)證方法進(jìn)行了說明。

1 短艙防火條款

民用飛機(jī)短艙結(jié)構(gòu)適用的防火條款主要有：CCAR25.865，25.11 82，25.1191，25.1193。短艙結(jié)構(gòu)的防火條款要求如表1所示。

2 短艙防火設(shè)計(jì)要求

防火設(shè)計(jì)要求包括防火（Fireproof）和耐火（FireResistant）兩種。根據(jù)AC20-135的定義[1]：防火（Fireproof）：材料或結(jié)構(gòu)在2000℉ ±150℉的火焰下沖擊15分鐘，能夠完成設(shè)計(jì)要求的功能。耐火（Fire Resistant）：材料或結(jié)構(gòu)在2000℉ ±150℉的火焰下沖擊5 分鐘，能夠完成設(shè)計(jì)要求的功能。短艙結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)主要考慮：

1）短艙火區(qū)需有防火墻將其與非火區(qū)隔離開來；

2）短艙火區(qū)除布置防火墻外，還需布置起封嚴(yán)作用的防火密封件；

3）短艙防火密封件的設(shè)計(jì)需滿足重量、互換性、工作環(huán)境、材料、壓力和機(jī)械載荷等要求；

4）短艙內(nèi)的材料和零部件需滿足防火或耐火的要求；

5）對于采用溫度限制材料的短艙罩體和隔板，需要設(shè)計(jì)護(hù)罩保護(hù)以防止火焰的直接沖擊；

6）對于金屬結(jié)構(gòu)，通過文獻(xiàn)[2]定義的金屬材料厚度進(jìn)行適航符合性說明。對于非金屬結(jié)構(gòu)，如橡膠密封件，只能通過對比分析和試驗(yàn)驗(yàn)證的方式進(jìn)行適航符合性驗(yàn)證。

3 短艙防火條款分析及符合性方法

3.1 CCAR25.865的分析及符合性方法

該條款提出了位于指定火區(qū)或其鄰近可能受到著火影響區(qū)域的飛行操縱系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)架和其它飛行結(jié)構(gòu)的防火要求。可采用設(shè)計(jì)說明、試驗(yàn)室試驗(yàn)等驗(yàn)證方法表明符合性。例如，靠近火區(qū)的結(jié)構(gòu)可選用不需驗(yàn)證試驗(yàn)即可使用的防火材料鈦合金、不銹鋼、防火涂層、防火密封條、防火毯等。對某些尚未在防火性能上得到證實(shí)的材料或試驗(yàn)件則需進(jìn)行防火與耐火試驗(yàn)。

例如，某型號進(jìn)氣道后隔板之后的風(fēng)扇艙火區(qū)的一部分采用了防火材料，直接滿足要求，剩余部分有的采用防火毯保護(hù)，有的則采用試驗(yàn)的方法表明符合性。

3.2 CCAR25.1182的分析及符合性方法

該條款的目的是保證每個(gè)直接位于防火墻后面的短艙區(qū)域和包含可燃液體導(dǎo)管的發(fā)動機(jī)吊艙連接結(jié)構(gòu)的每一部分，必須滿足本條款要求。防火墻后面的短艙區(qū)域一般裝有燃油和滑油系統(tǒng)的導(dǎo)管和附件，以及電纜、滅火瓶等，這個(gè)區(qū)域在指定火區(qū)著火情況下，要承受高溫的影響，因此應(yīng)按不低于指定火區(qū)的要求設(shè)計(jì)。

可采用設(shè)計(jì)說明和試驗(yàn)室試驗(yàn)等驗(yàn)證方法表明符合性。例如，防火墻后的附件和導(dǎo)管采用耐火材料制造，并與防火墻保持一定的距離；防火墻上所有開口都采取封嚴(yán)措施，失火后保證火焰不會由此穿過。如果具有類似構(gòu)型的飛機(jī)的服役經(jīng)驗(yàn)，也可以采用對比分析說明其符合性。對比分析是指將該型號的具體設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)（如截面、載荷、工作環(huán)境等）與經(jīng)過適航驗(yàn)證的成熟機(jī)型的設(shè)計(jì)相對比，若該型號設(shè)計(jì)的具體細(xì)節(jié)與成熟機(jī)型類似，或者優(yōu)于成熟機(jī)型的設(shè)計(jì)，則認(rèn)為該設(shè)計(jì)滿足條款的要求。也可采用發(fā)動機(jī)短艙著火模擬試驗(yàn)來驗(yàn)證。試驗(yàn)驗(yàn)證是在FAA AC 20-135的指導(dǎo)下進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)將試驗(yàn)件放在距離火焰1/4英寸距離內(nèi)，火焰溫度范圍2000°F+/-150°F，熱通量密度不小于9.3BTU/ft2-sec。測試飛行載荷下承受15分鐘的火焰而不被燒穿。為了說明防火墻在任意飛行包線內(nèi)均滿足要求，試驗(yàn)應(yīng)選取最嚴(yán)酷的工況開展。

3.3 CCAR25.1191的分析及符合性方法

該條款對于火區(qū)的隔離提出了要求，必須采用防火墻和防火罩將火區(qū)與非火區(qū)隔離開來，且對于防火墻的功能，提出了必須滿足的要求。防火墻是防火安全的重要措施，其主要功能是當(dāng)發(fā)動機(jī)著火時(shí)，把著火限制于發(fā)動機(jī)短艙內(nèi)，防止火焰穿入臨近的機(jī)身或機(jī)翼部分，以減少著火造成的危險(xiǎn)。

可采用設(shè)計(jì)說明，試驗(yàn)室試驗(yàn)、地面和飛行試驗(yàn)等驗(yàn)證方法表明符合性，具體如表2所示。

如果防火墻是發(fā)動機(jī)短艙整流罩，且具有約小于或等于0.5psi的發(fā)動機(jī)短艙增壓，試驗(yàn)時(shí)可以不考慮短艙增壓，只使用氣流沖擊。如果防火墻是位于短艙內(nèi)低通風(fēng)、低循環(huán)氣流、小壓力載荷區(qū)域的薄板或簡單的非承載隔板，在通常實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下的簡單防火試驗(yàn)即可證明其防火特性。對于粘結(jié)式構(gòu)造的防火墻（復(fù)合材料或粘結(jié)金屬基），試驗(yàn)過程不但要加壓，還要考慮振動。

3.4 CCAR25.1193的分析及符合性方法

該條款的目的是保證短艙蒙皮的設(shè)計(jì)，能滿足飛行中的載荷、通風(fēng)排液、防火等要求。可采用設(shè)計(jì)說明，分析/計(jì)算，試驗(yàn)室試驗(yàn)、地面和飛行試驗(yàn)等驗(yàn)證方法表明符合性，如表3所示。

該條款的符合性方法主要有：

1）設(shè)計(jì)說明

通過短艙蒙皮設(shè)計(jì)和安裝說明符合條款要求。通過動力裝置防火系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)短艙通風(fēng)冷卻系統(tǒng)描述說明符合本條款規(guī)定。

2）分析/計(jì)算

根據(jù)整流罩及短艙蒙皮的材料、構(gòu)造以及強(qiáng)度分析報(bào)告，分析說明符合本條要求。

3）試驗(yàn)室試驗(yàn)

通過材料的防火試驗(yàn)，表明符合本條 （d）款和（e）（3）部分的要求。

4 總結(jié)

本文通過對民用飛機(jī)短艙適航防火條款進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)條款的符合性驗(yàn)證方法，對民用飛機(jī)短艙結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及防火條款的適航驗(yàn)證具有一定的指導(dǎo)作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn).中國民用航空規(guī)章.第25 部，CCAR-25-R4[S].中國民航總局，2009.

[2]FAA Advisory Circular NO.20-135 Powerplant installation and propulsion system component fire protection test methods，standardsand criteria[S].USA： Federal Aviation Administration，1990.

[責(zé)任編輯：田吉捷]endprint