計算模型和設計要求

1.計算模型

發動機短艙滅火系統共分四套，每臺發動機一套單獨系統，并在同側兩臺發動機滅火系統間設置T型單向閥以達到二次噴射的效果。由于四套管路特性基本相同，只是外發短艙管路較長，為簡化起見，只計算一側外發滅火系統。

2.設計要求

根據美國聯邦航空局咨詢通告[2]和飛機滅火系統安裝和試驗要求[3]中的規定，滅火劑噴射后在其作用區的所有部分中形成的滅火劑體積濃度應至少為6.5%，在正常巡航狀態下該滅火劑濃度在其作用區的所有部分中持續的時間應不少于0.5s。

滅火劑選擇

在民用航空領域，二氟一氯一溴甲烷（哈龍1211）和三氟一溴甲烷（哈龍1301）以其高滅火率、低毒性、良好的擴散性能和無殘留作為發動機艙滅火劑已經廣泛使用多年，能夠快速有效地撲滅火災。雖然哈龍滅火劑由于其對臭氧層的破壞作用受到越來越嚴格的限制，但目前尚未研制出可以完美替代的新型滅火劑，是現階段唯一的選擇[4]。參考其他機型經驗，選擇哈龍1211作為發動機短艙滅火劑。

滅火劑用量計算

根據飛機建模結果，發動機短艙靜容積約為4.351m3，飛機處于巡航狀態時發動機短艙內空氣流量約為1.6kg/s。對于使用哈龍1211滅火劑的發動機短艙，可用經驗公式估算需要噴射的最小滅火劑量。發動機艙側壁通常有一些開口，用來冷卻發動機艙內的附件及其高溫部件，當有氣流流動時，必然存在著滅火劑從排氣口中的流失。為了保證一定的滅火濃度，必須補償該流失量，通常采用過量噴射法，認為每秒由于通風流失的滅火劑量等于流入的空氣質量流量[5]。按滅火劑濃度持續時間不小于1s考慮，應該增加1.6kg滅火劑。因此滅火劑總用量為3.686kg，考慮到滅火瓶內殘留和噴射管路內壁上黏附的損耗，在以上計算基礎上增加15%的滅火劑用量，即共需要4.239kg滅火劑。

管網流體計算

1.管網布局

管網布局應考慮從滅火瓶到發動機短艙的距離盡可能短，以減少流動損失。由于發動機短艙近似圓形截面，不宜用噴嘴而應采用噴射孔形式，即在環形管側壁開噴射口。

2.管網計算

管網中的各種閥門如容器閥、單向閥等成品的流動損失應由生產廠家給出，管路及管路附件如三通、四通、彎頭等的流動損失可由飛機設計手冊[5]和流體力學[6]書查得。經過計算，得到滅火瓶外部管路阻力特性曲線。根據滅火劑用量要求和成品廠現有滅火瓶的型號規格，選用一個充填6kg哈龍1211滅火劑的滅火瓶，其充填壓力為85kg/cm2。在滅火劑開始噴射時，滅火瓶出口壓力為充填壓力。將滅火瓶出口特性曲線和外管路阻力特性曲線繪制在一起見圖2，得到t=0s時，滅火器出口與外管路特性曲線的交點值3.68L/s。當t=0.2s時，由于滅火器內部壓力降低，滅火器出口特性曲線發生了變化，同樣繪制出特性曲線見圖5，得到交點值3.24L/s。用同樣的方法得到0.4s、0.6s、0.8s、1.0s、1.2s時的體積流量，繪制出體積流量對應時間曲線。△t時間內噴射滅火劑質量，計算得到噴出滅火劑質量對應時間曲線。根據G-t曲線得出滅火劑的噴完時間為1.15s。根據滅火劑濃度曲線可以得出△t=3.25-0.4=2.85s（滅火劑濃度在6.5%以上持續時間）。

結語

（1）通過對滅火系統的分析，建立了一種發動機短艙滅火系統的計算方法；（2）通過對管網流體計算，確定了現有設計滿足相關規定的要求；（3）通過對某型民用飛機發動機短艙滅火系統的設計計算，得到了一套飛機滅火系統計算行之有效的算法。本文的研究方法和研究結果可為飛機其他部位的滅火系統設計和計算提供參考。

本文作者：田傲 屈昕 單位：廣東珠海 中航通飛研究院有限公司