李龍彬，隋立軍

(1.航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院 第十研究所, 西安 710089) (2.中國(guó)民用航空適航審定中心 西安航空器審定中心， 西安 710065)

0 引 言

飛機(jī)上發(fā)生火災(zāi)極易導(dǎo)致災(zāi)難事故。對(duì)于飛機(jī)內(nèi)部使用的材料，要求火災(zāi)發(fā)生后能夠具有防止火勢(shì)蔓延的能力，確保一定時(shí)間內(nèi)駕駛員對(duì)相關(guān)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)等的控制，同時(shí)也要求材料不產(chǎn)生過(guò)量的煙霧、有害氣體，防止和減少人員的傷亡。電線電纜在飛機(jī)上的用量大，起著連接飛機(jī)各大系統(tǒng)的樞紐作用，因此其防火的性能要求是選用時(shí)考慮的重要指標(biāo)。國(guó)內(nèi)對(duì)阻燃防火線纜的研究多集中在國(guó)內(nèi)外公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)的比對(duì)，具體試驗(yàn)方法的研究，飛機(jī)使用材料整體的適航符合性探討，也給出了當(dāng)前線纜環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì),但對(duì)飛機(jī)上選用何種線纜能滿足適航規(guī)章的要求，及滿足適航要求的試驗(yàn)方法的選用很少有系統(tǒng)性的研究。

本文從研究適航規(guī)章對(duì)電線電纜防火性能的要求開(kāi)始，分析線纜標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其防火性能的要求以及線纜防火阻燃試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法，探討線纜的適航符合性驗(yàn)證途徑，總結(jié)航空線纜防火適航驗(yàn)證的思路。

1 適航規(guī)章對(duì)電線電纜防火性能要求分析

對(duì)于民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)，在適航規(guī)章CCAR-25-R4中，與艙內(nèi)材料防火性能要求直接相關(guān)的條款是CCAR25.853、855、856，分別針對(duì)座艙內(nèi)部設(shè)施、貨倉(cāng)和行李艙、隔熱/隔音材料。CCAR25.856針對(duì)隔熱/隔音材料，不涉及電線電纜。

在CCAR25.853中，條款(a)要求：艙內(nèi)材料(包括用于材料的涂層或飾面)必須滿足本部附錄F第Ⅰ部分規(guī)定的適用試驗(yàn)準(zhǔn)則或其他經(jīng)批準(zhǔn)的等效試驗(yàn)方法，無(wú)論飛機(jī)的客座量為多少。

在CCAR25.855中，條款(c)要求：C級(jí)貨艙的天花板和側(cè)壁的襯墊必須滿足本部附錄F第Ⅲ部分規(guī)定的試驗(yàn)或其他經(jīng)批準(zhǔn)的等效試驗(yàn)方法的要求；條款(d)要求: 構(gòu)成貨艙或行李艙的所有其他材料必須滿足本部附錄F第Ⅰ部分或其他經(jīng)批準(zhǔn)的等效試驗(yàn)方法規(guī)定的適用試驗(yàn)準(zhǔn)則。

根據(jù)CCAR25.853、855條款的指向，在附錄F第Ⅰ部分(a)材料試驗(yàn)準(zhǔn)則的第(3)條中，可找到線纜進(jìn)行放置角度為60°燃燒的相關(guān)要求，即：電器系統(tǒng)部件，裝于機(jī)身任何區(qū)域的電線或電纜的絕緣層，在按本附錄第Ⅰ部分規(guī)定進(jìn)行60°試驗(yàn)時(shí)，必須是自熄的；平均燒焦長(zhǎng)度不得超過(guò)76 mm，移開(kāi)火源后的平均燃燒時(shí)間不得超過(guò)30 s，試樣的滴落物在跌落后繼續(xù)燃燒的時(shí)間平均不得超過(guò)3 s。

從上述條款看出，由于電線電纜一般位于內(nèi)飾與結(jié)構(gòu)之間或結(jié)構(gòu)空間內(nèi)部，如果按照狹義理解，電線電纜容易被排除在CCAR25.853、855條款涉及的材料之外，按照條款CCAR25.853、855的指向，也不能直接判斷出電線電纜是否需要強(qiáng)制進(jìn)行指定項(xiàng)目的驗(yàn)證試驗(yàn)。

適航條款CCAR25.1713、CCAR25.831，分別針對(duì)飛機(jī)的電氣互聯(lián)系統(tǒng)(EWIS)防火以及飛機(jī)的通風(fēng)。EWIS系統(tǒng)是飛機(jī)上任何部位的用于在兩個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)之間傳輸電能(包括數(shù)據(jù)和信號(hào))的任何導(dǎo)線、布線裝置或其組合。在CCAR25.1713中，要求EWIS系統(tǒng)：

(a) 所有EWIS部件必須符合CCAR25.831(c)適用的防煙防火要求。

(b) 位于指定火區(qū)和應(yīng)急程序使用的EWIS部件必須是耐火的。

(c) 安裝于飛機(jī)任何區(qū)域的電氣導(dǎo)線和電纜的絕緣，以及對(duì)導(dǎo)線和電纜提供額外保護(hù)的材料。按本部附錄F第Ⅰ部分的適用部分進(jìn)行測(cè)試，必須是自熄的。

在CCAR25.831中，條款(c)要求：必須有措施保證，在通風(fēng)、加溫、增壓或其他系統(tǒng)和設(shè)備出現(xiàn)有合理可能的故障或功能失常后，仍能滿足本條(b)的規(guī)定，即要求機(jī)組或旅客艙的空氣不得含有達(dá)到有害或危險(xiǎn)濃度的氣體或蒸汽，一氧化碳在空氣中的濃度不超過(guò)1/20 000(認(rèn)為是危險(xiǎn)的)，必須表明飛行期間通常有旅客或者機(jī)組乘坐的艙內(nèi)二氧化碳的濃度不得超過(guò)0.5%。

綜上，條款CCAR25.1713、CCAR25.831(c)的結(jié)合，更加清晰地指出了電線電纜要進(jìn)行放置角度為60°燃燒試驗(yàn)的要求，以及在飛機(jī)系統(tǒng)級(jí)層面的防煙防火、有害氣體等的要求。對(duì)于防煙防火、耐火、有害氣體在系統(tǒng)級(jí)層面給出的結(jié)果性需求，在進(jìn)行飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行需求指標(biāo)的逐級(jí)分解，以保證線纜最終滿足規(guī)章的要求。在電線電纜防火性能要求方面，CCAR25.1713、CCAR25.831的結(jié)合比CCAR25.853、CCAR25.855條款更直接明確。

2 電線電纜標(biāo)準(zhǔn)要求分析

2.1 國(guó)外電線電纜標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)際上已形成了一系列的電線電纜規(guī)范、試驗(yàn)方法、標(biāo)準(zhǔn)等，形成了完備的體系，主要分歐洲標(biāo)準(zhǔn)系列(IEC、ISO、BS、DIN等)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)系列(UL、ASTM、AEIC、SAE等)，歐洲國(guó)家內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)BS、DIN要求一般高于IEC的要求。在防火阻燃電線電纜或材料的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方面，這兩個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)最大的區(qū)別是對(duì)成束線纜的垂直燃燒的要求。對(duì)于任何線纜,其面向?qū)ο髲V泛的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對(duì)驗(yàn)證項(xiàng)目和指標(biāo)的要求，一般是最低要求,通常都必須滿足。國(guó)外對(duì)線纜實(shí)行認(rèn)證制度，一種是對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)行評(píng)估認(rèn)證，一種是對(duì)線纜產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證。認(rèn)證可提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，當(dāng)前國(guó)際電線電纜行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，因此企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)要求多高于國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)際上電線電纜絕緣材料正在向耐溫、耐介質(zhì)、耐濕熱環(huán)境、阻燃、低煙無(wú)毒、不含有害重金屬、可回收性等方面發(fā)展。飛機(jī)使用環(huán)境特殊，對(duì)線纜有著特殊的要求，如重量輕、可靠性高、相對(duì)較高的耐溫等。飛機(jī)線纜主要是銅及銅合金導(dǎo)體，由于減重的需要，出現(xiàn)了鋁及鋁合金導(dǎo)體，線纜外部絕緣材料有聚四氟乙烯、聚酰亞胺、乙烯-四氟乙烯共聚體、輻照交聯(lián)乙烯-聚四氟乙烯共聚體以及聚四氟乙烯/聚酰亞胺復(fù)合體等。可以看出，飛機(jī)上線纜還在大量使用含鹵素的絕緣材料，并沒(méi)有及時(shí)采用最新的技術(shù)，后續(xù)發(fā)展需要進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)更替。針對(duì)飛機(jī)相關(guān)線纜規(guī)范，當(dāng)前國(guó)際上比較重要的有ANSI/NEMA WC 27500 《航空和工業(yè)電纜》系列，SAE-AS-22759 《銅及銅合金線芯氟聚合物絕緣電線》系列。在NEMA WC 27500規(guī)范中除了規(guī)定與功能和環(huán)境相關(guān)的性能指標(biāo)外，在防火性能方面規(guī)定了可燃性指標(biāo)；在SAE-AS-22759中，還增加了冒煙指標(biāo)；SAE-AS-4373-2012《絕緣電線測(cè)試方法》中，給出了航空航天上使用線纜的試驗(yàn)方法。

2.2 國(guó)內(nèi)電線電纜防火性能標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)線纜標(biāo)準(zhǔn)采取跟隨和借鑒國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的方式制定，國(guó)標(biāo)GB/T 19666《阻燃和耐火電線電纜》發(fā)布于2005年，其制定時(shí)等效采用了IEC標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)于飛機(jī)上要求的阻燃防火電線電纜，國(guó)標(biāo)沒(méi)有強(qiáng)制認(rèn)證的要求和規(guī)定，即對(duì)標(biāo)式結(jié)構(gòu)、電性能、機(jī)械性能、阻燃性能等的試驗(yàn)認(rèn)證，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)在國(guó)軍標(biāo)(GJB)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(HB)中,如表1所示。在GJB 773B-2015中，對(duì)燃燒性、冒煙、燃燒煙密度、燃燒有害氣體釋放、毒性給出了要求，GJB 76.X、GJB 77.X對(duì)燃燒性能進(jìn)行了規(guī)定，HB 7274、HB 7275和HB 6215對(duì)阻燃性和冒煙特性進(jìn)行了規(guī)定。上述GJB和HB中要求的耐火和防火性能測(cè)試方法為GJB 17.X給出的試驗(yàn)方法，GJB 17.X于1984年發(fā)布，其編制主要參考了美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)Mil-W-5086C、Mil-W-22759D、Mil-W-81381A、ISO R 1220-1970和ISO R 1491-1970等，這些標(biāo)準(zhǔn)分別發(fā)表于1983年、1973年、1967年、1970年和1970年，目前已被替代廢止并且新標(biāo)準(zhǔn)多次升版，因此國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)急需更新。HB發(fā)布了部分最新的耐火和防火試驗(yàn)方法，例如HB 5469、HB 6577、HB 7066。其中HB 5469-1991中60°燃燒試驗(yàn)示意圖有誤，在HB 5469-2014中得到了更正。

表1 國(guó)內(nèi)飛機(jī)用電纜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)國(guó)外航空相關(guān)線纜標(biāo)準(zhǔn)分析可以看出：在防火方面，標(biāo)準(zhǔn)中一般會(huì)對(duì)電線電纜燃燒性、冒煙指標(biāo)給出要求，但對(duì)于線纜燃燒釋放的氣體毒性方面，沒(méi)有給出要求，當(dāng)前對(duì)線纜的環(huán)境友好性要求不斷在加強(qiáng)。這些公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范給出的是最低要求，企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品規(guī)范中，技術(shù)要求則高于規(guī)范要求。這些國(guó)外線纜標(biāo)準(zhǔn)中全部指標(biāo)要求的提出，應(yīng)是考慮了飛機(jī)系統(tǒng)對(duì)其的需求，是在經(jīng)過(guò)了大量試驗(yàn)后確定的，否則適航驗(yàn)證就會(huì)存在風(fēng)險(xiǎn)，電線電纜不能裝機(jī)使用。通過(guò)國(guó)外民用飛機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，其使用的產(chǎn)品，性能并沒(méi)有出現(xiàn)不滿足適航規(guī)章要求的情況。

也可看出：國(guó)內(nèi)目前HB中電線電纜標(biāo)準(zhǔn)編制于20多年前，版本較舊，對(duì)低煙無(wú)毒、不含有害重金屬、可回收性等國(guó)際上具有發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)要求都沒(méi)有納入。部分GJB的技術(shù)要求相對(duì)較新，但整體配套的試驗(yàn)方法較老。在進(jìn)行煙密度試驗(yàn)時(shí)，GJB 773B、HB 6577-1992、SAE-AS-4373只要求了有焰燃燒試驗(yàn)，而ASTM E662要求包含有焰和無(wú)焰試驗(yàn)。有研究報(bào)告指出，材料的阻燃性合格，煙密度性能不一定合格，其熱釋放率也不一定合格。綜上，對(duì)于國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)使用起來(lái)不配套、不協(xié)調(diào)。在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)方面，建議參照國(guó)外先進(jìn)企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)來(lái)制定選用線纜的性能指標(biāo)；在試驗(yàn)方面，建議選用國(guó)外最新滿足適航要求的試驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的適航符合性驗(yàn)證，如SAE-AS-4373-2012標(biāo)準(zhǔn)給出的試驗(yàn)方法；在工程應(yīng)用方面，在驗(yàn)證試驗(yàn)規(guī)劃充分，可后續(xù)化解風(fēng)險(xiǎn)的條件下，按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的約定方法執(zhí)行。

3 電線電纜適航符合性驗(yàn)證思路

適航規(guī)章CCAR-25的603條款從宏觀層面對(duì)材料的使用提出了要求，規(guī)章通過(guò)603條款來(lái)對(duì)民用飛機(jī)上使用的材料進(jìn)行管控，通過(guò)613條款對(duì)材料的強(qiáng)度性能數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)值指標(biāo)的制定給出具體要求，電線電纜作為飛機(jī)上使用的一種重要材料，必須滿足這兩個(gè)條款的要求，其中613條款雖然在文字上是針對(duì)材料強(qiáng)度指標(biāo)確定和使用提出的要求，但對(duì)于線纜的其他性能指標(biāo)，體現(xiàn)的理念可作為確定數(shù)值時(shí)的指導(dǎo)。在實(shí)際工程中，需要603、613條款與其他應(yīng)用指標(biāo)相關(guān)的條款結(jié)合，如防火相關(guān)條款1713與831(c)，表明材料在飛機(jī)上使用是安全的。

603條款要求材料的適用性和耐久性：(a) 建立在經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)的基礎(chǔ)上；(b) 符合經(jīng)批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)(如工業(yè)或軍用標(biāo)準(zhǔn)，或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定)，保證這些材料具有設(shè)計(jì)資料中采用的強(qiáng)度和其他性能；(c) 考慮服役中預(yù)期的環(huán)境條件，如溫度和濕度的影響。

在603條款中，(b) 條是核心，要求使用的材料應(yīng)符合某種材料規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)，材料規(guī)范應(yīng)具備保證材料具有約定的強(qiáng)度和其他性能的功能。

613條款除對(duì)具體的材料強(qiáng)度性能和設(shè)計(jì)值指標(biāo)提出要求，還要求材料的強(qiáng)度性能必須以足夠的材料試驗(yàn)為依據(jù)，在試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上制定設(shè)計(jì)值，并對(duì)特殊條件下材料值的使用給出了要求。

在工程實(shí)踐中，包括飛機(jī)上使用的線纜材料，按照603、613條款的要求，表明滿足條款的符合性驗(yàn)證過(guò)程一般有兩個(gè)層次，第一個(gè)層次是材料規(guī)范中性能指標(biāo)的制定滿足條款的要求，第二個(gè)層次是型號(hào)中使用的材料滿足材料規(guī)范中給出的性能指標(biāo)的要求。沒(méi)有使用經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)累積，則必須進(jìn)行第一層次和第二層次符合性驗(yàn)證過(guò)程；有使用經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)累積，則進(jìn)行第二層次的驗(yàn)證。

根據(jù)國(guó)內(nèi)當(dāng)前現(xiàn)狀，在工作中，要使線纜滿足適航條款中對(duì)防火性能的要求，滿足規(guī)章對(duì)線纜材料性能的要求，建議借鑒國(guó)外先進(jìn)企業(yè)滿足適航要求的產(chǎn)品性能指標(biāo)，定義國(guó)內(nèi)飛機(jī)上使用電線電纜產(chǎn)品的性能要求；在有效舉證的情況下，不進(jìn)行第一層次的驗(yàn)證，只進(jìn)行第二層次的驗(yàn)證過(guò)程，這是一種有效的工作方法。在驗(yàn)證過(guò)程中，試驗(yàn)大綱要得到局方的批準(zhǔn)，試驗(yàn)過(guò)程要接受局方的監(jiān)控，試驗(yàn)報(bào)告要得到局方的批準(zhǔn)。材料在已經(jīng)取證并在飛機(jī)上成功運(yùn)行的使用經(jīng)歷，材料在相似型號(hào)上的服役經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或材料在相似型號(hào)上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以作為材料的使用經(jīng)驗(yàn)。材料的數(shù)據(jù)累積要得到申請(qǐng)人和局方的認(rèn)可，或者由局方充分信任的行業(yè)協(xié)會(huì)把關(guān)。

4 結(jié) 論

(1) 適航條款CCAR25.1713、CCAR25.831(c)和附錄F的結(jié)合，明確地給出了電線電纜阻燃防火方面的適航要求。

(2) 飛機(jī)線纜的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與其試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)不配套、不協(xié)調(diào)。

(3) 對(duì)于飛機(jī)上使用線纜，采用國(guó)外先進(jìn)企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)來(lái)制定線纜的性能指標(biāo)，能降低適航驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)。適航規(guī)章中對(duì)于電線電纜防火性能的要求是最基本的，目前行業(yè)先進(jìn)的線纜公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的耐火和防火性能都是最低要求。

(4) 對(duì)于飛機(jī)線纜，可按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)約定的試驗(yàn)方法進(jìn)行符合性驗(yàn)證，但推薦選用國(guó)外最新滿足適航要求的試驗(yàn)方法/標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的適航符合性驗(yàn)證，有利于選取合適環(huán)保的材料。