計(jì)算模型和設(shè)計(jì)要求

1.計(jì)算模型

發(fā)動(dòng)機(jī)短艙滅火系統(tǒng)共分四套，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)一套單獨(dú)系統(tǒng)，并在同側(cè)兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)滅火系統(tǒng)間設(shè)置T型單向閥以達(dá)到二次噴射的效果。由于四套管路特性基本相同，只是外發(fā)短艙管路較長(zhǎng)，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，只計(jì)算一側(cè)外發(fā)滅火系統(tǒng)。

2.設(shè)計(jì)要求

根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦航空局咨詢通告[2]和飛機(jī)滅火系統(tǒng)安裝和試驗(yàn)要求[3]中的規(guī)定，滅火劑噴射后在其作用區(qū)的所有部分中形成的滅火劑體積濃度應(yīng)至少為6.5%，在正常巡航狀態(tài)下該滅火劑濃度在其作用區(qū)的所有部分中持續(xù)的時(shí)間應(yīng)不少于0.5s。

滅火劑選擇

在民用航空領(lǐng)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(kuò)散性能和無(wú)殘留作為發(fā)動(dòng)機(jī)艙滅火劑已經(jīng)廣泛使用多年，能夠快速有效地?fù)錅缁馂?zāi)。雖然哈龍滅火劑由于其對(duì)臭氧層的破壞作用受到越來(lái)越嚴(yán)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(xiàn)階段唯一的選擇[4]。參考其他機(jī)型經(jīng)驗(yàn)，選擇哈龍1211作為發(fā)動(dòng)機(jī)短艙滅火劑。

滅火劑用量計(jì)算

根據(jù)飛機(jī)建模結(jié)果，發(fā)動(dòng)機(jī)短艙靜容積約為4.351m3，飛機(jī)處于巡航狀態(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)空氣流量約為1.6kg/s。對(duì)于使用哈龍1211滅火劑的發(fā)動(dòng)機(jī)短艙，可用經(jīng)驗(yàn)公式估算需要噴射的最小滅火劑量。發(fā)動(dòng)機(jī)艙側(cè)壁通常有一些開(kāi)口，用來(lái)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的附件及其高溫部件，當(dāng)有氣流流動(dòng)時(shí)，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(bǔ)償該流失量，通常采用過(guò)量噴射法，認(rèn)為每秒由于通風(fēng)流失的滅火劑量等于流入的空氣質(zhì)量流量[5]。按滅火劑濃度持續(xù)時(shí)間不小于1s考慮，應(yīng)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?jī)?nèi)殘留和噴射管路內(nèi)壁上黏附的損耗，在以上計(jì)算基礎(chǔ)上增加15%的滅火劑用量，即共需要4.239kg滅火劑。

管網(wǎng)流體計(jì)算

1.管網(wǎng)布局

管網(wǎng)布局應(yīng)考慮從滅火瓶到發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的距離盡可能短，以減少流動(dòng)損失。由于發(fā)動(dòng)機(jī)短艙近似圓形截面，不宜用噴嘴而應(yīng)采用噴射孔形式，即在環(huán)形管側(cè)壁開(kāi)噴射口。

2.管網(wǎng)計(jì)算

管網(wǎng)中的各種閥門如容器閥、單向閥等成品的流動(dòng)損失應(yīng)由生產(chǎn)廠家給出，管路及管路附件如三通、四通、彎頭等的流動(dòng)損失可由飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[5]和流體力學(xué)[6]書查得。經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到滅火瓶外部管路阻力特性曲線。根據(jù)滅火劑用量要求和成品廠現(xiàn)有滅火瓶的型號(hào)規(guī)格，選用一個(gè)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(kāi)始噴射時(shí)，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(jiàn)圖2，得到t=0s時(shí)，滅火器出口與外管路特性曲線的交點(diǎn)值3.68L/s。當(dāng)t=0.2s時(shí)，由于滅火器內(nèi)部壓力降低，滅火器出口特性曲線發(fā)生了變化，同樣繪制出特性曲線見(jiàn)圖5，得到交點(diǎn)值3.24L/s。用同樣的方法得到0.4s、0.6s、0.8s、1.0s、1.2s時(shí)的體積流量，繪制出體積流量對(duì)應(yīng)時(shí)間曲線。△t時(shí)間內(nèi)噴射滅火劑質(zhì)量，計(jì)算得到噴出滅火劑質(zhì)量對(duì)應(yīng)時(shí)間曲線。根據(jù)G-t曲線得出滅火劑的噴完時(shí)間為1.15s。根據(jù)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(xù)時(shí)間）。

結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)滅火系統(tǒng)的分析，建立了一種發(fā)動(dòng)機(jī)短艙滅火系統(tǒng)的計(jì)算方法；（2）通過(guò)對(duì)管網(wǎng)流體計(jì)算，確定了現(xiàn)有設(shè)計(jì)滿足相關(guān)規(guī)定的要求；（3）通過(guò)對(duì)某型民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，得到了一套飛機(jī)滅火系統(tǒng)計(jì)算行之有效的算法。本文的研究方法和研究結(jié)果可為飛機(jī)其他部位的滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)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