李志強(qiáng)，陳 元，于新華，謝 飛，包雯婷，劉又瑞，李文艷

(中國民航局第二研究所，四川 成都 610041)

飛機(jī)防火試驗(yàn)用油燃燒器的應(yīng)用及特點(diǎn)介紹

李志強(qiáng)，陳 元，于新華，謝 飛，包雯婷，劉又瑞，李文艷

(中國民航局第二研究所，四川 成都 610041)

本文主要對(duì)3種型號(hào)飛機(jī)防火試驗(yàn)用油燃燒器進(jìn)行介紹，這3種型號(hào)的油燃燒器具有不同的構(gòu)造特點(diǎn)，構(gòu)造特點(diǎn)的不同導(dǎo)致油燃燒器在使用中表現(xiàn)出不同的穩(wěn)定特性。通過試驗(yàn)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，在相同環(huán)境條件和不同環(huán)境條件下，Sonic油燃燒器溫度和熱流密度的校正穩(wěn)定性優(yōu)于Carlin 200型油燃燒器和OBSC型油燃燒器。

防火；油燃燒器；校正；穩(wěn)定性

1 前 言

飛機(jī)材料防火試驗(yàn)用油燃燒器最早應(yīng)用于20世紀(jì)50年代，主要考查飛機(jī)動(dòng)力組件(如金屬部件、防火墻、軟管等)的防火性能[1-2]。隨著新材料特別是高分子材料和復(fù)合材料在飛機(jī)上的大量應(yīng)用，飛機(jī)材料的防火安全引起了人們的廣泛關(guān)注[3-4]。

為保證飛機(jī)的防火安全性，美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)于上世紀(jì)80年代在聯(lián)邦航空法規(guī)中提出飛機(jī)貨艙襯板和座椅墊均需滿足油燃燒器防火試驗(yàn)的適航規(guī)章[5-7]。1998年瑞士航空111號(hào)班機(jī)空難發(fā)生后，F(xiàn)AA于2003年頒布了隔熱隔音材料也需滿足油燃燒器耐燒穿試驗(yàn)的適航規(guī)章[8-9]。中國民航局也要求運(yùn)輸類飛機(jī)的座椅墊、貨艙襯板和隔熱隔音材料均需滿足適航規(guī)章的防火要求[10]。隨著這些適航規(guī)章的提出和制造業(yè)的發(fā)展，防火試驗(yàn)用油燃燒器也在不斷地更新改進(jìn)[11]。

本文主要就目前在使用的、且在飛機(jī)防火試驗(yàn)用油燃燒器演變過程中具有代表性的3種型號(hào)的油燒器(OBSC型燃燒器、Carlin 200型燃燒器和Sonic燃燒器)進(jìn)行介紹，以助于對(duì)飛機(jī)材料防火試驗(yàn)用油燃燒器的認(rèn)識(shí)。

2 不同類型油燃燒器的構(gòu)造特點(diǎn)

2.1 不同類型油燃燒器的外觀構(gòu)造

用于飛機(jī)材料防火試驗(yàn)的油燃燒器外觀構(gòu)造如圖1所示。通過這3臺(tái)設(shè)備的外觀比對(duì)發(fā)現(xiàn)，OBSC型和Carlin 200型油燃燒器的外觀相似，這兩種類型油燃燒器的構(gòu)造及工作原理如圖2(1)所示。而Sonic油燃燒器的外觀構(gòu)造則與OBSC型、Carlin 200型油燃燒器不同，其構(gòu)造及工作原理如圖2(2)所示。通過工作原理可以看出，OBSC型和Carlin 200型油燃燒器在燃燒時(shí)，其入口空氣的溫度、濕度和燃油溫度會(huì)隨著試驗(yàn)環(huán)境的變化而變化，而Sonic燃燒器在燃燒時(shí)，其入口空氣的溫度、濕度通過壓縮機(jī)控制，燃油溫度則通過冷藏油箱控制，這種構(gòu)造有助于油燃燒器使用時(shí)火焰溫度的穩(wěn)定性?；诠ぷ髟淼牟煌ǔBSC型和Carlin 200型油燃燒器統(tǒng)稱一代油燃燒器(Current Oil Burner)，而Snoic油燃燒器稱為新一代油燃燒器(Next-Generation Oil Burner[14])。

(1)OBSC型油燃燒器

(2)Carlin 200型油燃燒器

(3)Sonic油燃燒器圖1 不同類型油燃燒器的外觀構(gòu)造

(1)一代油燃燒器

(2)新一代油燃燒器圖2 不同類型油燃燒器構(gòu)造及工作原理

2.2 不同類型油燃燒器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

用于飛機(jī)材料防火試驗(yàn)的油燃燒器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。通過3種類型油燃燒器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，這3種類型油燃燒器的主要區(qū)別在于固定片和火焰保持頭。對(duì)一代油燃燒器而言，經(jīng)改進(jìn)后，Carlin 200型油燃燒器使用了比OBSC型油燃燒器更有利于火焰分布的火焰保持頭。而對(duì)新一代油燃燒器而言，其主要通過固定片和火焰保持頭的整體改變來實(shí)現(xiàn)火焰的均勻分布。

固定片 火焰保持頭(1)OBSC型油燃燒器

固定片 火焰保持頭(2)Carlin 200型油燃燒器

固定片 火焰保持頭(3)Sonic油燃燒器圖3 不同類型油燃燒器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3 不同類型油燃燒器的使用特性

3.1 不同類型油燃燒器相同環(huán)境條件下的校正比對(duì)

在環(huán)境溫度25℃、環(huán)境濕度為(60±1)%RH的條件下，不同類型油燃燒器的校正結(jié)果如圖4-圖6所示。

圖4 OBSC型油燃燒器校正結(jié)果

圖5 Carlin 200型油燃燒器校正結(jié)果

圖6 Sonic型油燃燒器校正結(jié)果

在相同環(huán)境條件下，不同類型油燃燒器校正穩(wěn)定性結(jié)果如表1所示。

表1 不同類型油燃燒器校正穩(wěn)定性結(jié)果

從表1可以看出，在相同環(huán)境條件下，Sonic油燃燒器7根熱電偶溫度校正標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，表明在試驗(yàn)過程中其火焰分布最均勻，OBSC型油燃燒器7根熱電偶溫度校正標(biāo)準(zhǔn)偏差最大，在試驗(yàn)過程中其火焰分布均勻性略差于Carlin 200型油燃燒器和Sonic油燃燒器。而從3次溫度校正標(biāo)準(zhǔn)偏差和熱流密度校正標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果可以看出，Sonic油燃燒器校正標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，表明每次試驗(yàn)油燃燒器的重啟對(duì)Sonic油燃燒器溫度分布和熱流密度大小的影響最小，其性能最穩(wěn)定，使用效果優(yōu)于Carlin 200型油燃燒器和OBSC型油燃燒器。

3.2 不同類型油燃燒器不同環(huán)境條件下的校正比對(duì)

在不同環(huán)境條件下，不同類型油燃燒器的校正結(jié)果如圖7-圖9所示，不同類型油燃燒器校正穩(wěn)定性結(jié)果見表2。

圖7 OBSC型油燃燒器校正結(jié)果

圖8 Carlin 200型油燃燒器校正結(jié)果

圖9 Sonic油燃燒器校正結(jié)果

油燃燒器類型7根熱電偶溫度校正標(biāo)準(zhǔn)偏差5℃、60%RH環(huán)境下校正15℃、59%RH環(huán)境下校正25℃、60%RH環(huán)境下校正不同環(huán)境下溫度校正標(biāo)準(zhǔn)偏差不同環(huán)境下熱流校正標(biāo)準(zhǔn)偏差OBSC49．250．752．511．10．15Carlin20045．246．346．3100．17Sonic45．642．845．17．80．07

從表2可以看出，在不同環(huán)境條件下，Sonic油燃燒器溫度校正標(biāo)準(zhǔn)偏差和熱流密度校正標(biāo)準(zhǔn)偏差最小。結(jié)果表明，Sonic油燃燒器的校正溫度和熱流密度基本不受環(huán)境因素的影響，而Carlin 200型油燃燒器和OBSC型油燃燒器的校正溫度會(huì)隨著環(huán)境溫度的升高有增長的趨勢(shì)，即高的環(huán)境溫度有利于獲得相對(duì)高的校正溫度和熱流密度。不同環(huán)境條件下的校正結(jié)果同樣表明，Sonic油燃燒器溫度和熱流密度校正最穩(wěn)定，使用效果優(yōu)于Carlin 200型油燃燒器和OBSC型油燃燒器。

3.3 不同類型油燃燒器校正穩(wěn)定性分析

從表1結(jié)果可以看出，Sonic油燃燒器7根熱電偶的溫度均勻性優(yōu)于Carlin 200型油燃燒器和OBSC型油燃燒器。通過對(duì)這3種類型燃燒器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析可知，這一現(xiàn)象是由于固定片和火焰保持頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引起的。因?yàn)椋煌墓潭ㄆ突鹧姹３诸^會(huì)引起套筒出口有不同的風(fēng)速分布，風(fēng)速的不同分布會(huì)使火焰在套筒出口形成不同的溫度場。

不同類型燃燒器套筒出口處的風(fēng)速分布如圖10所示。從圖中可以看出，Sonic油燃燒器在燃燒筒出口的風(fēng)速對(duì)稱分布，有利于火焰溫度校正的均勻性，所以Sonic油燃燒器溫度和熱流密度的校正標(biāo)準(zhǔn)偏差最小。Carlin 200型油燃燒器和OBSC型油燃燒器在燃燒筒出口的風(fēng)速未對(duì)稱分布，導(dǎo)致溫度校正的均勻性降低。

圖10 不同類型油燃燒器燃燒筒出口風(fēng)速分布

而從表2結(jié)果可以看出，在不同環(huán)境條件下，Sonic油燃燒器溫度校正標(biāo)準(zhǔn)偏差和熱流密度校正標(biāo)準(zhǔn)偏差最小。通過對(duì)這3種類型油燃燒器構(gòu)造分析可知，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是由于Sonic油燃燒器入口空氣的溫度、濕度通過空氣冷卻干燥壓縮機(jī)控制，燃油溫度通過冷卻裝置控制，不受外界試驗(yàn)環(huán)境條件的影響。而Carlin 200型油燃燒器和OBSC型油燃燒器入口空氣的溫度、濕度及燃油溫度會(huì)隨著環(huán)境條件的改變而改變，試驗(yàn)室溫度升高時(shí)，燃燒器入口的空氣溫度和燃油溫度也會(huì)相應(yīng)升高，升高的環(huán)境溫度和燃油溫度可獲得相對(duì)高的校正溫度和熱流密度。

4 結(jié) 論

(1)用于飛機(jī)材料防火試驗(yàn)用的OBSC型油燃燒器、Carlin 200型油燃燒器和Sonic油燃燒器有不同的構(gòu)造特點(diǎn)和工作原理；

(2)在相同環(huán)境條件下，Sonic油燃燒器溫度和

熱流密度校正的穩(wěn)定性最好，Carlin 200型油燃燒器次之；

(3)在不同環(huán)境條件下，Sonic油燃燒器溫度和熱流密度校正的穩(wěn)定性最好；

(4)Sonic油燃燒器溫度和熱流密度校正的穩(wěn)定性優(yōu)于OBSC型油燃燒器和Carlin 200型油燃燒器，更便于飛機(jī)材料防火試驗(yàn)工作的順利開展。

[1]Robert I. Ochs. Development of the Next Generation Fire Test Burner for Powerplant Fire Testing Applications[R].USA:FAA Fire Safety Team AJP-6322,2010.

[2]Federal Aviation Administration. Powerplant Engineering Report No.3A Standard Fire Test Apparatus and Procedures[S].1978.

[3]楊燕,寇延清,楊成茂.飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證[J].航空科學(xué)技術(shù),2014,(6):58-61.

[4]李俊昌,雷波.復(fù)合材料在民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用[J].全面腐蝕控制,2006,20(6):29-31.

[5]Federal Register. Amendment No.25-59,Compartment interiors[S].1984.

[6]Federal Register. Amendment No.25-60,Compartment interiors[S].1986.

[7]Federal Aviation Administration. Technical Standard Order C72c INDIVIDUAL FLOATATION DEVICES [S].1987.

[8]Federal Register, Amendment No.25-111,Compartment interiors[S].2003.

[9]Federal Aviation Administration. Airworthiness Standards: Transport Category Airplanes (Title 14 CFR Part 25)[S].2003.

[10]中國民航局.中國民用航空規(guī)章第25部 運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].2011.

[11]Federal Aviation Administration. Advisory Circular No.25.856-2A INSTALLATION OF THERMAL/ACOUSTIC INSULATION FOR BURNTHROUGH PROTECTION[S].2008.

Application and Characteristics of Oil Burner Used in Aircraft Fire Test

Li Zhiqiang, Chen Yuan, Yu Xinhua, Xie Fei, Bao Wenting, Liu Yourui, Li Wenyan

(The Second Research Institute of CAAC, Chengdu 610041, Sichuan, China)

Three types of oil burners used in aircraft fire test are introduced in this paper. It is found that the three types of oil burners have different structural characteristics, which makes the oil burner has different stability. The comparison tests show that the stability of Sonic burner is better than Carlin 200 burner and OBSC burner in the same and different test conditions.

fire resistance; oil burner; calibration; stability

2016-10-31

李志強(qiáng)(1981—)，男，廣西桂林人，助理研究員，主要從事飛機(jī)材料防火的測(cè)試與研究工作。

V216.8

B

10.3969/j.issn.1674-3407.2016.04.025