议民用飞机发动机短舱灭火系统设计计算

计算模型和设计要求

1.计算模型

发动机短舱灭火系统共分四套，每台发动机一套单独系统，并在同侧两台发动机灭火系统间设置T型单向阀以达到二次喷射的效果。由于四套管路特性基本相同，只是外发短舱管路较长，为简化起见，只计算一侧外发灭火系统。

2.设计要求

根据美国联邦航空局咨询通告[2]和飞机灭火系统安装和试验要求[3]中的规定，灭火剂喷射后在其作用区的所有部分中形成的灭火剂体积浓度应至少为6.5%，在正常巡航状态下该灭火剂浓度在其作用区的所有部分中持续的时间应不少于0.5s。

灭火剂选择

在民用航空领域，二氟一氯一溴甲烷（哈龙1211）和三氟一溴甲烷（哈龙1301）以其高灭火率、低毒性、良好的扩散性能和无残留作为发动机舱灭火剂已经广泛使用多年，能够快速有效地扑灭火灾。虽然哈龙灭火剂由于其对臭氧层的破坏作用受到越来越严格的限制，但目前尚未研制出可以完美替代的新型灭火剂，是现阶段唯一的选择[4]。参考其他机型经验，选择哈龙1211作为发动机短舱灭火剂。

灭火剂用量计算

根据飞机建模结果，发动机短舱静容积约为4.351m3，飞机处于巡航状态时发动机短舱内空气流量约为1.6kg/s。对于使用哈龙1211灭火剂的发动机短舱，可用经验公式估算需要喷射的最小灭火剂量。发动机舱侧壁通常有一些开口，用来冷却发动机舱内的附件及其高温部件，当有气流流动时，必然存在着灭火剂从排气口中的流失。为了保证一定的灭火浓度，必须补偿该流失量，通常采用过量喷射法，认为每秒由于通风流失的灭火剂量等于流入的空气质量流量[5]。按灭火剂浓度持续时间不小于1s考虑，应该增加1.6kg灭火剂。因此灭火剂总用量为3.686kg，考虑到灭火瓶内残留和喷射管路内壁上黏附的损耗，在以上计算基础上增加15%的灭火剂用量，即共需要4.239kg灭火剂。

管网流体计算

1.管网布局

管网布局应考虑从灭火瓶到发动机短舱的距离尽可能短，以减少流动损失。由于发动机短舱近似圆形截面，不宜用喷嘴而应采用喷射孔形式，即在环形管侧壁开喷射口。

2.管网计算

管网中的各种阀门如容器阀、单向阀等成品的流动损失应由生产厂家给出，管路及管路附件如三通、四通、弯头等的流动损失可由飞机设计手册[5]和流体力学[6]书查得。经过计算，得到灭火瓶外部管路阻力特性曲线。根据灭火剂用量要求和成品厂现有灭火瓶的型号规格，选用一个充填6kg哈龙1211灭火剂的灭火瓶，其充填压力为85kg/cm2。在灭火剂开始喷射时，灭火瓶出口压力为充填压力。将灭火瓶出口特性曲线和外管路阻力特性曲线绘制在一起见图2，得到t=0s时，灭火器出口与外管路特性曲线的交点值3.68L/s。当t=0.2s时，由于灭火器内部压力降低，灭火器出口特性曲线发生了变化，同样绘制出特性曲线见图5，得到交点值3.24L/s。用同样的方法得到0.4s、0.6s、0.8s、1.0s、1.2s时的体积流量，绘制出体积流量对应时间曲线。△t时间内喷射灭火剂质量，计算得到喷出灭火剂质量对应时间曲线。根据G-t曲线得出灭火剂的喷完时间为1.15s。根据灭火剂浓度曲线可以得出△t=3.25-0.4=2.85s（灭火剂浓度在6.5%以上持续时间）。

结语

（1）通过对灭火系统的分析，建立了一种发动机短舱灭火系统的计算方法；（2）通过对管网流体计算，确定了现有设计满足相关规定的要求；（3）通过对某型民用飞机发动机短舱灭火系统的设计计算，得到了一套飞机灭火系统计算行之有效的算法。本文的研究方法和研究结果可为飞机其他部位的灭火系统设计和计算提供参考。

本文作者：田傲 屈昕 单位：广东珠海 中航通飞研究院有限公司