民用飛機防火系統適航審定技術分析與研究

朱日興 朱兆優

(1.中國民航大學 適航學院，天津 300300；2.東華理工大學 機械與電子工程學院,南昌 330013)

0 引言

民機上發生火情將危害飛機安全可靠運行。據統計，火災是導致飛機最終發生墜毀事故的重要因素[1]。因此，防火系統對于民用飛機至關重要，是飛機安全性的重要保障。對于防火系統的研究，歐美國家在民用飛機的防火系統設計與驗證方面早已廣泛開展且經驗豐富，然而我國在民機防火系統的研究起步較晚，與國外著名的飛機制造商相比仍有一定差距[2]。防火系統主要由探測、告警及滅火系統共同組成。其中，滅火系統的主要功能是對指定防護區域提供有效的滅火或者火情抑制措施，防火系統的主要功能包含探測和告警。在民用飛機適航取證時，防火系統正是局方需關注的。

適航審定對于民用飛機的研制至關重要，是其商業成功的前提[3]。本文依據適航條款對防火系統適航審定工作進行研究，介紹了防火系統功能及組成，借鑒國外經驗總結了防火系統劃分，提供適航當局在防火系統適航審查工作中需要關注的技術要點及審定要素。研究可為國產大飛機后續研究防火系統相關問題提供指導與參考。

1 防火系統功能要求的組成

1.1 防火系統功能要求

防火系統的主要功能是對指定防護區進行探測、監控和報警，并提供有效應對火情的滅火或者抑制措施[4-5]。一旦探測到防護區發生過熱、煙霧或火情等危險故障，系統會向機組發出告警，以便機組采取相應處理措施。系統提供滅火措施，可對火情進行抑制或撲滅，保證飛機和人員的安全。系統對設備的工作狀態進行狀態監測和故障診斷，顯示、記錄飛行過程中的系統故障并進行故障隔離。因此，防火系統可按照探測和滅火功能進行劃分。

1.1.1 探測功能

防火系統的探測功能在民機中主要監視探測的區域有：1)左、右發動機艙火警探測、監控和報警；2)APU艙火警探測、監控和報警；3)貨艙煙霧探測、監控和報警；4)主起落架艙過熱探測、監控和報警；5)引氣導管過熱探測、監控和告警；6)盥洗室煙霧探測、監控和報警。

1.1.2 滅火功能

防火系統的滅火功能在民機上主要防護滅火的區域有：1)左/右發動機艙滅火；2)APU艙滅火；3)貨艙滅火和火焰抑制；4)盥洗室廢物箱自動滅火；5)客艙手提式滅火瓶滅火。

1.2 防火系統架構和組成

防火系統包含探測和滅火兩個分系統，由防火控制器、探測和滅火系統共同完成防火功能。防火系統原理圖如圖1所示，防火系統采用綜合控制系統方法，通過內部控制器進行探測與滅火，并實現與中央管理系統(CMS)以及其他系統進行通信。

圖1 防火系統架構框圖

目前，美國航空運輸協會ATA章節號已廣泛應用于大部分民航機構，以便對飛機本體及各部分設備進行定義與管理，其中，防火系統按照ATA章節劃分如下。

1.2.1 探測(ATA26-10)

1)發動機火警探測子系統(ATA26-11)；2)APU火警探測子系統(ATA26-12)；3)盥洗室煙霧探測子系統(ATA26-13)；4)貨艙煙霧探測子系統(ATA26-17)；5)主起落架艙過熱探測子系統(ATA26-15)；

1.2.2 滅火(ATA26-20)

1)發動機滅火子系統(ATA26-21)；2)APU滅火子系統(ATA26-22)；3)盥洗室廢物箱滅火瓶(ATA26-24)；4)貨艙滅火和抑制子系統(ATA26-26)；5)手提式滅火瓶(ATA26-27)。

2 防火系統適航審查

2.1 可接受的防火系統符合性方法和技術

按照《航空器型號合格審定程序》(AP-21-AA-2011-03-R4)的內容，目前國際通用的符合性方法(method of compliance，簡稱MC)有10種[6]，防火系統需驗證的條款為25.851、25.854、25.855、25.857、25.858、25.863、25.869、25.1195、25.1197、25.1199、25.1201、25.1203、25.1301、25.1309[7]。

2.1.1 MC1符合性說明[8-12]

1)通過描述發動機火警探測器需符合相應的TSO標準，并且能夠探測每個指定火區以及發動機相應部件內的火情來符合25.1203(a)條款。描述發動機火警探測器需通過振動、沖擊等設備鑒定試驗，對發動機火警探測器機組告警功能、自測試功能進行描述，對發動機火警探測器的安裝位置環境進行描述，表明對25.1203(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)的符合性；

2)通過簡述APU火警探測器的構造需符合相應的TSO標準，描述探測線安裝以及所處位置，探測線部件經過設備鑒定試驗，對APU火警探測器機組告警功能、自測試功能進行描述，表明對25.1203(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)的符合性；

3)通過對盥洗室煙霧探測系統的功能以及工作機理描述表明對25.854(a)的符合性；

4)通過描述貨艙煙霧探測系統在貨艙的布置情況以及煙霧探測器部件符合響應的TSO標準來表明對25.857(c)(1)的符合性，通過對貨艙煙霧探測系統工作機制的描述以及對運行中環境的符合性表明25.855和25.857(c)(1)的符合性；通過對貨艙煙霧探測系統地面和飛行過程中進行功能測試來表明對25.858(d)的符合性；

5)通過描述引氣導管過熱探測系統、主起艙過熱探測系統的功能和安全性分析表明對25.1301和25.1309的符合性；

6)通過描述發動機艙滅火系統的功能和系統部件的設備鑒定情況表明對25.1195、25.1197、25.1199、25.1201的符合性；

7)通過描述APU艙滅火系統的功能和系統部件的設備鑒定情況表明對25.1195、25.1197、25.1199、25.1201的符合性；

8)通過描述盥洗室廢物箱滅火瓶的布置情況、工作機理、滅火劑的成分、設備鑒定情況來表明對25.1301、25.1309的符合性；

9)通過描述貨艙滅火系統的組成和功能，以及地面、飛行試驗驗證滅火劑濃度的情況來表明對25.851、25.855、25.857的符合性；

10)通過描述駕駛艙/客艙手提滅火瓶的布置情況，滅火瓶符合相應的TSO標準，滅火瓶針對不同火情類型的適用性表明對25.851、25.1301、25.1309的符合性。

2.1.2 MC2分析/計算

1)通過計算分析防火系統、動力裝置系統、APU系統、發動機吊掛區域的防火特性；2)通過與相似機型部分結構防護設計對比，進行相似性分析，主要指申請人有詳細設計經驗的機型。

2.1.3 MC3安全評估

通過安全性分析評估防火系統的安全特性滿足要求。

2.1.4 MC5地面試驗

1)通過地面試驗驗證防火系統的機上地面功能；2)通過地面試驗驗證發動機艙滅火劑濃度、APU艙滅火劑濃度、前/后貨艙煙霧探測系統功能，前/后貨艙煙霧穿透試驗，表明對25.854、25.857、25.858的符合性。通過對滅火瓶環境溫度測量試驗表明對25.1199的符合性。

2.1.5 MC6飛行試驗

通過飛行試驗驗證防火系統功能、發動機艙滅火劑濃度、APU艙滅火劑濃度、前/后貨艙煙霧探測系統功能、前/后貨艙煙霧穿透、滅火瓶環境溫度測量、后盥洗室煙霧探測系統功能等。

2.1.6 MC7航空器檢查

通過機上檢查驗證防火系統的功能，檢查內容包括行李箱中手提滅火瓶的數量、安裝位置、種類和標識，方便使用情況，對手提滅火瓶進行稱重，檢查所有貨艙滅火瓶、發動機和APU滅火瓶、盥洗室固定滅火瓶的安裝位置，檢查滅火噴嘴的安裝位置和角度，檢查火警探測系統的安裝位置。

2.1.7 MC9設備合格性

通過對防火系統設備(FOCU、叉型閥、手提式滅火瓶、濾濕調節器、貨艙低速滅火瓶、貨艙高速滅火瓶、盥洗室滅火瓶、APU滅火瓶、T型閥、發動機滅火瓶、貨艙和盥洗室煙霧探測器)的合格鑒定或者通過與相似性設備進行相似性對比分析表明其符合性。

2.2 可接受的驗證試驗判據

飛機防火系統驗證試驗中可接受的判據如下：

1)APU艙滅火劑濃度測試飛行試驗中，APU艙內所有采樣點達到并保持6%容積濃度的最少時間為0.5 s；2)發動機艙滅火劑濃度測試飛行試驗中，發動機艙內所有采樣點達到并保持6%容積濃度的最少時間為0.5 s；3)貨艙煙霧穿透試驗中，局方或適航當局認可的審查員直接觀察前、后貨艙是否存在煙霧穿透進入客艙或駕駛艙的狀況。若觀察到客艙或駕駛艙有少量煙霧進入，煙霧高度不應超過客艙旅客座椅扶手。若發現在客艙的旅客座椅扶手上方出現有少量煙縷，必須立即消散，不能出現形成層霧或者薄霧的狀況[13]；4)在前/后貨艙滅火劑濃度測試中，(1)貨艙內Halon 1301滅火劑初始體積濃度不小于5%，貨艙內滅火劑體積濃度保持在3%及以上的時間不小于75 min；客艙內Halon 1301滅火劑體積濃度小于5%；(2)試驗過程中，后貨艙內的煙霧探測器不會因為前貨艙內滅火劑的釋放而報警，前貨艙內的煙霧探測器不會因為后貨艙內滅火劑的釋放而報警。

2.3 防火系統技術交聯工作

為研究各相關專業之間符合性驗證工作的技術交聯，以方便適航審查中各專業之間技術協作及審查工作協調。飛機防火系統與全機其他系統的交聯系統為軟件和硬件系統。其中，防火系統軟件為防火控制盒中的軟件，為全機軟件系統的一部分。因此，防火系統控制盒軟件審查需按照全機軟件審查計劃和要求進行。飛機防火系統機載電子硬件為防火控制盒硬件，為全機電子硬件系統的一部分。因此，防火系統控制盒硬件審查需按照硬件審查計劃和要求進行。

3 防火系統審定要素和評審建議

局方在審定時需要關注的要素和建議如下：

1)客艙中手提式滅火瓶的數量布局；2)防火系統部件的安裝可達性；3)防火系統的安全性分析；4)發動機艙、APU艙滅火劑濃度，測試地面及飛行試驗時滅火劑濃度；5)前、后貨艙煙霧穿透試驗時如何保持貨艙的密封性以達到試驗條件；6)在進行滅火瓶環境溫度測量試驗時，環境溫度最高溫和最低溫的界定；7)客艙中手提式滅火瓶內滅火劑的安全特性。

在CCAR 25部中，局方可關注的關于防火系統涉及到的條款的適航審定關注點如表1所示。

表1 防火系統涉及的適航關注點

4 結論

本文首先對可防火系統的功能及架構進行研究，然后依據CCAR 25部規章要求，針對防火系統的相關條款，闡明防火系統可接受符合性方法和符合性驗證，并針對防火系統涉及的條款，進一步給出防火系統適航審查工作需要重點關注的基本要素和技術要點。旨在為民用飛機防火系統適航審定提供技術支持和工作指導。本研究可為運輸類飛機的防火系統研制人員提供參考，同時也可為研究編制防火系統適航審定工作指南或草案提供技術支撐。