民用飞机短舱结构防火条款分析和符合性方法

刘建国

【摘 要】短舱作为包裹发动机风扇火区和核心火区的结构，承担着防火墙的功能，其设计应满足防火条款的要求。本文通过对CCAR-25部短舱防火条款的分析，对其符合性方法进行了研究，提出了符合性设计与验证的思路，为短舱设计提供指导参考。

【关键词】短舱结构；防火条款；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

民用飞机短舱结构主要包括进气道、风扇罩、反推装置及尾喷结构。短舱结构主要用于包裹发动机及其系统附件，飞行时主要承受气动载荷，起整流的作用。短舱火区主要分为风扇舱火区和核心舱火区。风扇舱火区，主要分布在短舱风扇罩内部，由进气道后隔板、风扇罩、风扇机匣及反推前墙形成完整的火区包裹范围，属于25部取证范围。核心舱火区包裹着发动机燃烧室、高压涡轮等，属于33部取证范围，如图1所示。若飞机发动机出现火灾，火焰窜出短舱，会引起机翼燃油箱起火，造成十分惨重的后果。因此，在短舱的设计阶段中考虑适航条款的要求，是十分必要的。本文简述了短舱结构适用的防火条款，并对条款的符合性验证方法进行了说明。

1 短舱防火条款

民用飞机短舱结构适用的防火条款主要有：CCAR25.865，25.11 82，25.1191，25.1193。短舱结构的防火条款要求如表1所示。

2 短舱防火设计要求

防火设计要求包括防火（Fireproof）和耐火（FireResistant）两种。根据AC20-135的定义[1]：防火（Fireproof）：材料或结构在2000℉ ±150℉的火焰下冲击15分钟，能够完成设计要求的功能。耐火（Fire Resistant）：材料或结构在2000℉ ±150℉的火焰下冲击5 分钟，能够完成设计要求的功能。短舱结构防火设计主要考虑：

1）短舱火区需有防火墙将其与非火区隔离开来；

2）短舱火区除布置防火墙外，还需布置起封严作用的防火密封件；

3）短舱防火密封件的设计需满足重量、互换性、工作环境、材料、压力和机械载荷等要求；

4）短舱内的材料和零部件需满足防火或耐火的要求；

5）对于采用温度限制材料的短舱罩体和隔板，需要设计护罩保护以防止火焰的直接冲击；

6）对于金属结构，通过文献[2]定义的金属材料厚度进行适航符合性说明。对于非金属结构，如橡胶密封件，只能通过对比分析和试验验证的方式进行适航符合性验证。

3 短舱防火条款分析及符合性方法

3.1 CCAR25.865的分析及符合性方法

该条款提出了位于指定火区或其邻近可能受到着火影响区域的飞行操纵系统、发动机架和其它飞行结构的防火要求。可采用设计说明、试验室试验等验证方法表明符合性。例如，靠近火区的结构可选用不需验证试验即可使用的防火材料钛合金、不锈钢、防火涂层、防火密封条、防火毯等。对某些尚未在防火性能上得到证实的材料或试验件则需进行防火与耐火试验。

例如，某型号进气道后隔板之后的风扇舱火区的一部分采用了防火材料，直接满足要求，剩余部分有的采用防火毯保护，有的则采用试验的方法表明符合性。

3.2 CCAR25.1182的分析及符合性方法

该条款的目的是保证每个直接位于防火墙后面的短舱区域和包含可燃液体导管的发动机吊舱连接结构的每一部分，必须满足本条款要求。防火墙后面的短舱区域一般装有燃油和滑油系统的导管和附件，以及电缆、灭火瓶等，这个区域在指定火区着火情况下，要承受高温的影响，因此应按不低于指定火区的要求设计。

可采用设计说明和试验室试验等验证方法表明符合性。例如，防火墙后的附件和导管采用耐火材料制造，并与防火墙保持一定的距离；防火墙上所有开口都采取封严措施，失火后保证火焰不会由此穿过。如果具有类似构型的飞机的服役经验，也可以采用对比分析说明其符合性。对比分析是指将该型号的具体设计细节（如截面、载荷、工作环境等）与经过适航验证的成熟机型的设计相对比，若该型号设计的具体细节与成熟机型类似，或者优于成熟机型的设计，则认为该设计满足条款的要求。也可采用发动机短舱着火模拟试验来验证。试验验证是在FAA AC 20-135的指导下进行，试验时将试验件放在距离火焰1/4英寸距离内，火焰温度范围2000°F+/-150°F，热通量密度不小于9.3BTU/ft2-sec。测试飞行载荷下承受15分钟的火焰而不被烧穿。为了说明防火墙在任意飞行包线内均满足要求，试验应选取最严酷的工况开展。

3.3 CCAR25.1191的分析及符合性方法

该条款对于火区的隔离提出了要求，必须采用防火墙和防火罩将火区与非火区隔离开来，且对于防火墙的功能，提出了必须满足的要求。防火墙是防火安全的重要措施，其主要功能是当发动机着火时，把着火限制于发动机短舱内，防止火焰穿入临近的机身或机翼部分，以减少着火造成的危险。

可采用设计说明，试验室试验、地面和飞行试验等验证方法表明符合性，具体如表2所示。

如果防火墙是发动机短舱整流罩，且具有约小于或等于0.5psi的发动机短舱增压，试验时可以不考虑短舱增压，只使用气流冲击。如果防火墙是位于短舱内低通风、低循环气流、小压力载荷区域的薄板或简单的非承载隔板，在通常实验室环境条件下的简单防火试验即可证明其防火特性。对于粘结式构造的防火墙（复合材料或粘结金属基），试验过程不但要加压，还要考虑振动。

3.4 CCAR25.1193的分析及符合性方法

该条款的目的是保证短舱蒙皮的设计，能满足飞行中的载荷、通风排液、防火等要求。可采用设计说明，分析/计算，试验室试验、地面和飞行试验等验证方法表明符合性，如表3所示。

该条款的符合性方法主要有：

1）设计说明

通过短舱蒙皮设计和安装说明符合条款要求。通过动力装置防火系统和发动机短舱通风冷却系统描述说明符合本条款规定。

2）分析/计算

根据整流罩及短舱蒙皮的材料、构造以及强度分析报告，分析说明符合本条要求。

3）试验室试验

通过材料的防火试验，表明符合本条 （d）款和（e）（3）部分的要求。

4 总结

本文通过对民用飞机短舱适航防火条款进行分析，提出了相应条款的符合性验证方法，对民用飞机短舱结构的设计及防火条款的适航验证具有一定的指导作用。

【参考文献】

[1]运输类飞机适航标准.中国民用航空规章.第25 部，CCAR-25-R4[S].中国民航总局，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.

[責任编辑：田吉捷]endprint