談志晶

摘 ? 要：民用飛機(jī)短艙結(jié)構(gòu)作為包裹發(fā)動(dòng)機(jī)火區(qū)的結(jié)構(gòu)，是防火墻的一部分，必須能夠?qū)⒒饏^(qū)與非火區(qū)進(jìn)行有效的隔離。除了主體結(jié)構(gòu)的防火，防火墻的邊緣也必須能夠阻止火焰的穿透，因此需要布置防火密封件進(jìn)行火焰的封堵。本文從短艙防火適航條款入手，分析了短艙防火適航要求，介紹了短艙防火密封設(shè)計(jì)方法。通過某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外部涵道與核心艙之間的Ω型防火密封件的設(shè)計(jì)和防火試驗(yàn)為例，表明本文所設(shè)計(jì)的密封件滿足防火性能。

關(guān)鍵詞：短艙 ?火區(qū) ?防火墻 ?密封件

中圖分類號(hào)：V223 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（b）-0007-02

用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)短艙是包裹發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，除為其提供合適的進(jìn)氣通道、風(fēng)扇排氣通道及光滑流線的氣動(dòng)外表面外，還為安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣外的系統(tǒng)附件、管路、元件提供保護(hù)。根據(jù)CCAR-25-R4第25.1181條“指定火區(qū)的范圍”，發(fā)動(dòng)機(jī)的核心艙為指定火區(qū)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)附件齒輪箱安裝在風(fēng)扇機(jī)匣，風(fēng)扇艙也為指定火區(qū)。短艙中部分結(jié)構(gòu)作為包裹住火區(qū)的結(jié)構(gòu)，是防火墻的一部分，必須將火區(qū)與非火區(qū)進(jìn)行有效的隔離，以避免火區(qū)的火焰進(jìn)入到非火區(qū)，導(dǎo)致非火區(qū)的結(jié)構(gòu)或設(shè)備功能失效，進(jìn)而影響整個(gè)飛機(jī)的飛行安全。

因此本文重點(diǎn)闡述防火密封件設(shè)計(jì)及其防火試驗(yàn)方法的研究，以滿足適航條款的要求。

1 ?短艙防火密封件設(shè)計(jì)

短艙結(jié)構(gòu)上一般用到中空型密封件（可細(xì)分為P型密封件、Ω型密封件、枕型密封件）、長條型密封件和實(shí)心密封件?？梢愿鶕?jù)不同結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選擇適當(dāng)形式的密封件，例如風(fēng)扇罩兩個(gè)半罩體之間通常采用Ω型密封件進(jìn)行火焰封堵;短艙大部分維護(hù)口蓋（例如發(fā)動(dòng)機(jī)滑油口蓋）通常采用長條型密封件進(jìn)行火焰封堵。密封件更多的結(jié)構(gòu)形式可參考《近年橡膠密封技術(shù)進(jìn)展》。

參考《飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙防火墻結(jié)構(gòu)和密封設(shè)計(jì)要求》 以及《民用渦扇飛機(jī)短艙結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)》，防火密封件要根據(jù)整個(gè)飛行包線內(nèi)的空氣壓差載荷和機(jī)械載荷的大小綜合確定。

關(guān)于短艙防火密封件設(shè)計(jì)的適航符合性驗(yàn)證方法，由于其防火性能與設(shè)計(jì)尺寸、安裝環(huán)境、使用工況等緊密相關(guān)，因此通常需要以試驗(yàn)驗(yàn)證的方式來驗(yàn)證其滿足防火要求。

2 ?典型防火密封件設(shè)計(jì)

本節(jié)以某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外部涵道與核心艙之間的防火密封件為例，詳細(xì)介紹密封件的設(shè)計(jì)過程。由于該處分界面結(jié)構(gòu)為搭接形式，且密封件隔離兩側(cè)壓差較大，該密封件必須能夠承受發(fā)動(dòng)機(jī)核心區(qū)高溫高壓氣流，并阻止火焰的燒穿進(jìn)而危害到整個(gè)飛機(jī)的飛行安全，故此區(qū)域采用高壓球形硅橡膠密封件（Ω型）。

其次，影響密封件防火性能的最重要的兩個(gè)參數(shù)為相對(duì)位移量和壓力載荷。密封件擋板相對(duì)于密封件的相對(duì)位移量主要由裝配公差、熱變形和機(jī)械受載變形決定，將三者引起的相對(duì)變化量相加即得到相對(duì)位移量。壓力載荷主要由密封件內(nèi)外兩側(cè)的壓差引起，選取飛機(jī)典型的各種工況作為分析軟件的數(shù)據(jù)輸入，最終計(jì)算得到最大壓差作為密封件的設(shè)計(jì)輸入。

依據(jù)上述得到的相對(duì)位移量以及壓力載荷數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)Ω型密封件的截面尺寸。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般防火密封件的壓縮范圍在15%～55%之間。密封件的設(shè)計(jì)往往需要得到試驗(yàn)的驗(yàn)證，不斷地迭代更新而得到最終滿意的產(chǎn)品。

3 ?Ω型密封件防火性能試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)FAA AC 20-135，試驗(yàn)時(shí)將密封件放在距離火焰1/4英寸距離內(nèi)，火焰溫度范圍為1 100℃±65℃，熱通量密度范圍為116kW/m2±10kW/m2。測試防火密封件正常飛行載荷下承受15min的火焰而不被燒穿。

3.1 試驗(yàn)設(shè)備

首先需要一個(gè)煤油燃燒器提供火源，F(xiàn)AA AC 20-135對(duì)火焰的燃燒溫度以及熱通量提出了具體要求，因此需要分別使用熱電偶和熱流計(jì)來校準(zhǔn)火焰的溫度和熱通量。短艙在空中飛行工況下，受到發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)影響，一直處于振動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)ISO2685的要求，需要振動(dòng)臺(tái)架模擬真實(shí)狀態(tài)。最后需要攝像設(shè)備記錄整個(gè)試驗(yàn)過程。

3.2 試驗(yàn)件

本試驗(yàn)選取三組等直段Ω型密封件，作為防火試驗(yàn)樣件。

3.3 防火密封件裝夾工裝

因飛機(jī)真實(shí)的飛行工況下，該處密封件內(nèi)外側(cè)存在壓差，工裝除了提供夾持的功能之外，還需能夠調(diào)節(jié)密封件內(nèi)外側(cè)壓差。

3.4 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)按照如下步驟如下：

（1）將試驗(yàn)件安裝到試驗(yàn)夾具上，布置好測溫?zé)犭娕?，拍攝試驗(yàn)件安裝后的照片。

（2）調(diào)整熱電偶耙、熱流計(jì)安裝支架位置。

（3）火焰參數(shù)調(diào)試：校準(zhǔn)熱電偶耙以及熱流計(jì)。

（4）選定攝影和攝像的拍攝角度，開始拍攝。

（5）溫度、熱流滿足要求后將燃燒器迅速定位到試驗(yàn)位置，根據(jù)飛行與地面狀態(tài)的振動(dòng)條件啟動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，同時(shí)開啟計(jì)時(shí)和溫度記錄，對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行15min防火試驗(yàn)。

（6）在試驗(yàn)時(shí)間到達(dá)后，關(guān)閉燃燒器，記錄試驗(yàn)現(xiàn)象和試驗(yàn)件溫度，拍攝試驗(yàn)件燃燒后的照片。

3.5 試驗(yàn)判據(jù)

（1）整個(gè)測試過程中，在密封件背面（非火焰噴燒處）不允許有明顯火焰。

（2）試驗(yàn)件要能夠承受至少15min火焰燃燒而不發(fā)生被燒穿。

（3）燃燒器火焰移除后，允許密封件燃燒，但密封件殘余火焰需在1min內(nèi)熄滅。

（4）燃燒器火焰移除后，不允許發(fā)生密封件材料再次復(fù)燃。

3.6 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過15min的火焰灼燒，試驗(yàn)件完成了防火測試，證明了其良好的防火性能。

4 ?結(jié)語

本文從短艙防火適航條款入手，分析了短艙防火適航要求，并以防火適航要求作為依據(jù)介紹了短艙防火密封設(shè)計(jì)方法。通過某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外部涵道與核心艙之間的Ω型防火密封件的設(shè)計(jì)和防火試驗(yàn)為例，驗(yàn)證了防火密封件的密封設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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