航空電纜排布方式對燃燒特性的影響分析

王 志，鄒積昀，曲 芳

1.沈陽航空航天大學遼寧省飛機火爆防控及可靠性適航技術重點實驗室，遼寧，沈陽 110136

2.沈陽航空航天大學安全工程學院，遼寧，沈陽 110136

在以往的電纜燃燒特性研究中，使用錐形量熱儀對成品電纜進行燃燒試驗并根據試驗結果分析電纜燃燒性能，被認為是評價成品電纜火災危險性的有效途徑。王蔚等[1]和付強等[2]將電纜截成數段后，鋪滿錐形量熱儀的試驗鐵盒進行燃燒，以此來判斷不同材料電纜之間的燃燒特性差異。申婷[3]將電纜的不同組成結構分離進行燃燒試驗，用于分析不同組成結構對完整電纜燃燒性能的影響。Ruiz[4]等選取同一電纜，截斷后只選取3根電纜試樣段以不同間距排布進行燃燒試驗，對比發現電纜排布間距的改變將影響點火時間，并使熱釋放速率峰值發生變化。

航空器機身空間狹小，往往需要在有限的機艙內爭取對空間進行最大化利用[5]，因此航空電纜在實際安裝過程中并非由單一電纜進行工作，而是將多根電纜成束裝配。研究航空電纜的排布方式對燃燒特性的影響至關重要。

1 試驗條件

1.1 試驗材料

選取航空航天用鍍銀銅芯四氟乙烯絕緣輕型電纜，型號規格為FF4H3-2。電纜結構由三部分組成，分別是護套、絕緣層以及導體線芯。航空電纜導體線芯材料為鍍銀銅芯，絕緣層材料為聚四氟乙烯，護套材料為聚全氟乙丙烯。

1.2 試驗測試方法

文章使用FTT標準型錐形量熱儀進行試驗，設置熱輻射強度為55kW/m2，研究電纜排布的間距對多根航空電纜燃燒特性的影響。將5根航空電纜試樣分別以0mm、1.5mm以及2.5mm的距離間隔放置于試驗鐵盒中，分別代表電纜的小、中、大3種間距排布情況。所有航空電纜試樣長度均截取為75mm。排布間距分析航空電纜擺放示意圖見圖1。

圖1 排布間距分析電纜擺放示意圖

2 試驗結果

航空電纜在不同間距排布時的熱釋放速率曲線見圖2。1.5mm時電纜最先開始產生熱量，且峰值時間最短，因此排布間距為1.5mm的電纜燃燒劇烈程度最高。排布間距為0mm和2.5mm的電纜放熱起始時間相近，雖然2.5mm的電纜最先達到熱釋放速率峰值，但是0mm的電纜熱釋放速率峰值遠高于2.5mm時的釋放速率峰值，因此航空電纜的燃燒劇烈程度在間距為0mm時高于間距為2.5mm的。

圖2 航空電纜在不同間距排布時的熱釋放速率

試驗結果表明，航空電纜的燃燒劇烈程度并不會隨著間距的增加而減小，原因是0mm的電纜排布緊密，電纜之間的空隙比較小，與空氣的接觸面積少，導致試驗剛開始時每根電纜水平兩側的可燃物質即護套和絕緣層沒有發生充分燃燒，同時航空電纜的可燃物質在熱輻射作用下由固態變成熔融態[6]。多根航空電纜的熔體融合后與空氣接觸的面積減少，導致航空電纜的燃燒速率降低。2.5mm時間隔距離過大，受外界熱輻射的強度由位于鐵盒中心位置的電纜向兩側電纜依次遞減，因此該組5根電纜發生熱解和燃燒的過程均存在時間差，沒有及時達到可以持續燃燒的可燃氣體濃度，點燃延遲且熱釋放速率峰值較小。排布間距為0mm的電纜熱釋放速率峰值比為2.5mm時的更大，原因是電纜排布間距為0mm時可燃物質相對集中。1.5mm的排布間距使電纜，能夠與空氣中的氧氣充分接觸；且每根電纜受熱輻射的強度相近，發生熱解和燃燒過程的時間也較為接近。短時間內產生的可燃氣體濃度較高，電纜的燃燒充分，因此航空電纜排布間距在1.5mm時，其熱釋放速率峰值最高，峰值時間最短。

航空電纜的質量損失速率曲線見圖3，1.5mm時最先開始發生質量損失，質量損失速率峰值最高，峰值時間最早，整個質量損失過程最短。觀察燃燒試驗結束后的電纜發現，2.5mm時最外側的2根電纜仍有護套和絕緣層熔融的物質殘留，排布間距為0mm的電纜可燃物質已經完全消耗。可見，航空電纜的質量損失同樣受到航空電纜排布間距的影響，當電纜以某一固定值間距排布時，航空電纜質量損失越快，質量殘留越少。

圖3 航空電纜在不同間距排布時的質量損失速率

航空電纜在不同間距排布方式時的煙產生速率和CO/CO2產生速率見圖4、圖5。三種排布間距時電纜的煙產生速率曲線均顯示有多個峰值，1.5mm和2.5mm的煙氣速率曲線整體變化趨勢相似。1.5mm和2.5mm時電纜燃燒的煙產生速率均高于0mm時電纜燃燒的煙產生速率，且在1.5mm和2.5mm兩種間距排布情況下，煙氣速率曲線出現的第1個煙氣峰為電纜在點燃前，電纜中的聚合物材料持續熱解，產生的煙氣逐漸增多達到的峰值。第2個煙氣峰為電纜燃燒熄滅時，剩余可燃物質仍在進行熱解，釋出的可燃氣體無法燃燒，導致氣體濃度增加產生的峰值。對比發現，隨著航空電纜間距的增加，煙產生速率逐漸升高且峰值增大，煙氣峰的個數逐漸增多。觀察CO/CO2產生速率曲線發現，1.5mm時航空電纜的毒性煙氣生成速率更高，峰值時間更短，在航空電纜發生燃燒之后毒性氣體生成速率下降；0mm和2.5mm間距排布的航空電纜的CO/CO2產生速率峰值更小，但是整個毒性氣體生成的過程時間更長，危害更大。

圖4 航空電纜在不同間距排布時的煙產生速率

圖5 航空電纜在不同間距排布時的CO/CO2產生速率

3 結論

航空電纜的排布對燃燒特性參數產生的影響，主要是通過改變電纜與空氣的接觸面積，以及熱輻射強度差異來影響航空電纜燃燒的劇烈程度。當航空電纜受到固定火源的熱輻射影響且排布間距為某一固定值時，航空電纜的燃燒程度最劇烈。此外，電纜數量的增加同樣也會提高電纜的火災危險性。