《飞机电气控制系统》 课件 第16次课-防火与过热保护

16防火与过热保护

在飞机上着火是非常严重的危害，必须采取所有预防措施来最大限度地减少着火的风险。如果着火确实发生了，飞机上必须有适用的消防手段。防火包括着火探测手段和灭火手段。消防理论的内容本身就是工程领域的一个分支。本章讨论基本的防火理论，以便向读者提供足够的信息，了解防火理论是如何通过飞机电气系统进行实施的。本章重点讨论用于探测火焰和烟雾的设备和系统以及喷洒灭火剂的手段。第15次课-飞机电气系统-16.1概述

飞机上配备的防火系统和设备的种类可以按照飞机的具体区域划分：

●发动机/APU;

●货舱；

●客舱。

16.1概述

燃烧可以定义为一种产生了光和热的快速、复杂的化学反应。飞机上的所有设备都经过仔细设计和测试，使其着火和维持燃烧的可能性很低。引起和维持燃烧需要三个因素：

●燃料；

●热；

●氧气。

16.1概述

燃料包括固体、液体和气体燃料。每种燃料都需要达到并保持一个最低温度。氧气通常可以从周围大气中获得。配备的火警探测器和灭火剂的种类主要取决于有可能燃烧的燃料。16.1概述

火警的探测可以用下列一种或多种策略来实现：

●热学传感器；

●光学传感器；

●烟雾探测器。16.1概述

灭火可以用下列一种或多种策略来实现：

●限制或去除燃料；

●限制或去除氧气；

●降低火的温度；

●干扰着火的化学反应。16.1概述

火警可以按照燃烧的燃料类型分类，这反过来又决定了探测和灭火策略。每种灭火剂都有不同的特性。水减少火的热量。它常常与添加刺乙二醇混合，以便能够在零下温度使用。气化液能够减少火的热量，但它们的主要贡献是干扰火的化学反应。二氧化碳和干粉都能降低燃料的温度和含氧量。16.2发动机/APU的防火

当其他系统、程序和安全设置不能防止危险情况进一步发展时，发动机/APU火警探测器就会派上用场。热学火警探测器感测火源辐射的热能。它们可以是单元探测器（有时称为点探测器）或线列探测器。光学火警探测器基于感测紫外(UV)或红外(IR)能量。燃料和／或润滑油输送管路的破坏会使着火持续。用于给器件冷却的通风中带有氧气。

16.2发动机/APU的防火

探测到着火以后，告警系统会启动一个告警电铃并点亮飞行舱内的红色告警灯。当机组人员确认发动机着火后操作一个灭火器手柄一先拉出再转动。16.2发动机/APU的防火

灭火手柄的拉出通过下列操作启动关闭发动机的微动开关：

●闭合燃料关闭阀；

●断开着火发动机的发电机磁场电路；

●关闭从发动机到气路系统的引出气供应；

●闭合液压系统的发动机驱动泵的关闭阀。16.2.1热学防火

探测着火和过热有各种技术，包括单元探测器（或称点探测器）、线列探测器和光学传感器。16.2.1热学防火

16.2.1.1单元火警探测器

属于基于双金属原理的自动调温式过热开关。图16.1示出了一种典型过热开关的外部特征、内部结构和电气简图。16.2.1热学防火

16.2.1.1单元火警探测器

两个触头与弓形弹簧片相连，安装时它们被压缩，并由开关的外壳分开。当探测器受热时，它开始膨胀，两个触头闭合，因而接通告警电路。16.2.1热学防火

16.2.1.1单元火警探测器

有些开关的端盖上有一个调节螺钉，用于对探测器的工作温度进行微调。16.2.1热学防火

16.2.1.1单元火警探测器

这种探测器可用于发动机火警探测系统。它也可以用于引出气过热探测系统。这种探测器只能感测局部区域的火警和过热；最好使用多个探测器，以提高探测的概率。16.2.1热学防火

16.2.1.1单元火警探测器

小型燃气涡轮发动机一般配备6个这样的探测器。

大型飞机机翼前缘配备的过热开关可能多达20个。这些开关采用并联，见图16.2。16.2.1热学防火

16.2.1.1单元火警探测器

单元火警探测器的实际告警温度通过弓形弹簧片的压缩量来设定。在飞机设计阶段，被保护区域的环境温度是确定的。系统设计师应仔细选择火警探测器的告警温度设定。16.2.1热学防火

16.2.1.1单元火警探测器

如果设定得太接近标称环境温度，就会有虚警的风险。设定的温度如果比区域的标称环境温度高得太多，开关动作（如果发生的话）就会延迟。16.2.1热学防火

16.2.1.1单元火警探测器

飞机的技术条件和设计多种多样，但一般来说，探测器设定的启动温度与环境温度相差大约为50℃。在同一个回路中，有时会配备不同告警温度的探测器，这考虑了不同区域环境温度的变化。发动机整流罩内较冷的前部区域的典型没置为230℃，后部区域为370℃。16.2.1.2线列火警探测器

采用线列火警探测器可以实现对发动机整流罩更大的覆盖。飞机上使用3种类型的线列火警探测器，它们基于平均或分立的探测器。

16.2.1.2线列火警探测器

平均线列探测器的告警温度取决于受热元件的长度。

分立线列探测器系统的告警基本上与受热元件的长度无关；它们是低熔点盐。16.2.1.2线列火警探测器

平均线列探测器基于热敏电阻或气动原理。两种探测器都由细传感器(直径一般为2mm)构成，布置在发动机周围。传感器用卡子和绝缘管连接到发动机上。16.2.1.2线列火警探测器

热敏电阻式火警探测器以同轴电缆的形式制成，带有抗锈蚀外壳（一般为不锈钢）、镍铬中心导线和温度敏感隔离（绝缘）层（一般为非常细的硅化合物颗粒）。16.2.1.2线列火警探测器

图16.4示出了探测器的结构特征、探测器回路和电阻一温度特性。它构成了一个完整的电路，即火警探测器回路。16.2.1.2线列火警探测器

热敏电阻式火警探测器以同轴电缆的形式制成，带有抗锈蚀外壳（一般为不锈钢）、镍铬中心导线和温度敏感隔离（绝缘）层（一般为非常细的硅化合物颗粒）。16.2.1.2线列火警探测器

当该温度达到告警温度t2时，控制单元感测到一个预先确定的值。控制单元中一个继电器的触头闭合，从而启动告警电路。16.2.1.2线列火警探测器

火被扑灭后，传感器温度降下来，从而使绝缘层的电阻增加，继电器断开，告警电路放关闭。热敏电阻火警探测器是一种平均式探测器，依据受热元件的长度做出响应，见图16.5。我们可以看到，如果告警器在等效电阻为R2的地方启动，则表示较短的长度对应较高的温度。热敏电阻火警探测器可以认为是连在中心导线和外壳之间的无数个电阻。

如果其中一个这样的想象电阻受热，也就是说元件很短的长度受热，R1必须达到一个较高的温度，其电阻才能降到告警点。如果其中大量的想象电阻受热，也就是说元件较长的长度受热，由于电阻R1～R10是并联，探测器就会在一个较低的温度上达到告警点。

有些故障条件可能会引起虚假火警。潮气进入传感器和／或传感器导线短路都可能导致这种情况的发生。研制的控制单元现在可以区分着火条件和故障条件。通过密封接线端可以防止潮气进入连接器。

通过飞行舱内的一个测试开关可以对系统进行测试。测试电路启动后，可以检查下列内容：

●中心元件的连续性；

●绝缘材料的电阻；

●告警电路。16.2.1.2线列火警探测器

低熔盐过热探测器由装满一种盐化合物的细导管(直径一般为2mm)构成。当只有一段较短的元件受热时，这种探测器特别有效。参见图16.6，这种探测器的绝缘材料为在某个特定温度上熔化的盐化合物。在这个温度下，所有的成分都去晶化，绝缘层改变状态成为溶液。16.2.1.2线列火警探测器

和热敏电阻系统一样，一个控制单元监测内部导体和外壳之间的电阻。当盐熔化时，其电阻急剧下降，控制单元发出告警。当内部导体和外壳之间的电阻降低时，控制单元把这种情况感测为火警和／或过热条件。

当温度降低时，盐化合物变成固体，电阻增加，因而重置告警系统的输出。这种探测器既用于发动机火警探测，也用于引出气过热探测。分立探测器特别适用于下列位置热气泄漏的探测：

●机翼前缘；

●起落架轮舱；

●地板下部。16.2.1.2线列火警探测器

气动火警探测器包含—个充有有氮气的细传感器导管和一个充气的金属氢化物芯线。导管在一端封闭，另一端与压力感测装置（响应器）相连。响应器组件与传感器导管电气隔离，它包含两个压力开关,一个电阻器和连接器，见图16.7。

16.2.1.2线列火警探测器

当传感器导管的一大段受热时，氮气增加的压力使告警开关闭合；这样就旁通了电阻器，监控电路对这种条件发出告警信号。当过热条件去除时，气压降低，开关断开。

有一小段传感器导管受热，氨气压力就不足以启动告警开关。芯线由金属氢化物构成，快速受热时会释放出氢气，这样就有足够的压力启动告警开关。当传感器温度降下来时，氢气被吸收到芯线中，压力降低，告警开关断开。

光学探测器感测火焰发出的光，与人识别着火的方法基本相同。光学火警探测器的设计就是探测这两个频段中的一种或两种辐射。所用探测技术的种类取决于多种因素，包括：

●对火警的响应速度；

●探测器所处位置的环境温度；

●虚警最有可能的来源。16.2.2光学火警探测

飞机货舱(即行李舱）最有可能的火源来自有机材料，广泛使用的探测方法是烟雾探测器。这种场合的主要设计考虑是确保烟雾及时到达探测器。开放区域的烟雾探测器依赖悬浮颗粒在火源和探测器之间通过对流进行的传递。货舱／行李区中来自燃烧材料的烟雾常常分层。在货舱／行李区火警的早期阶段，热能不足以使烟雾通过对流到达探测器。烟雾最终会聚集在货舱／行李区的天花板区域，因此，探测器就应布置在这个区域。较大的货舱／行李区会安装几个探测器，以缩短探测时间（探测时间可能高达60s）。有的飞机从几个地点提取空气样本，提供给集中式管路烟雾探测器。16.2.2光学火警探测烟雾探测器使用的基本原理有两个：电离作用和光电效应。16.3.1.1电离式烟雾探测嚣

当燃烧的电离产物通过一个电场时，电离式烟雾探测器对其进行监测。这种烟雾探测器能够探测小得眼睛常常看不到的烟雾颗垃。它使用非常少量的放射性同位素作为阿尔法辐射源。辐射通过一个充满空气的腔体，腔体位于两个电极之间。辐射使得电极之问有一个恒定的低电流。进入腔体的烟雾吸收阿尔法粒子，因而降低电离，中断电流；电流的中断用于启动一个告警电路。电离式烟雾探测器与光学探测器相比，制造成本较低。但它们也有一些缺点：

●如果灰尘和／或小水滴进入腔体，它们也会告警；

●探测器的灵敏度随着压力（即高度）和老化而变化。16.3.1烟雾探测器原理

光电烟雾探测器测量腔体内光的衰减和反射。采样空气经管道或导管送给探测器，见图16.11。采样空气通过一个迷宫式腔体，光电探测器与光束成直角布置。当烟雾颗粒进入腔体时，有些光被反射，从颗粒上散布出去，使能量落入第二个探测器。16.3.1.2光电式烟雾探测器

有些飞机使用开放区域探测器，烟雾样品直接通过腔体。开放区域货舱烟雾探测器如图16.12所示布置在飞机上。16.3.1.2光电式烟雾探测器

货运飞机一般使用如图16.13所装的管道式烟雾探测器。这种结构在每个区域有一对烟雾探测器，与带小孔的集管相连。一个集中式真空集管把空气吸入所有烟雾探测器。当烟雾进入任何一个采样小孔时，告警系统根据区域发出告警信号。16.3.1.2光电式烟雾探测器

灭火器用于发动机、APU、货舱、客舱和飞行舱。飞机上使用的灭火荆的类型以及灭火器的启动方法取决于灭火器的应用场合。使用灭火剂的类型主要取决于着火的类型，其他要考虑的因素包括有害性和存储温度。灭火器由一个金属壳体制成，它带有灭火剂和把灭火剂喷洒到火焰上的手段。有些灭火剂（如水和干粉）通过高压气体喷洒出来。自些灭火剂（如二氧化碳）在室温下为气体，可在高压下以液体形式存放。容器配有喷洒头，喷洒头带有阀门，打开时就可以喷洒灭火剂。喷洒阀可以手动、电动或遇热自动打开。16.4.2客舱／飞行舱

手持灭火器可以携带，使用时先拔下安全销，再按压手柄。这种本能的按压动作戳破了喷洒头内的一层隔膜，灭火剂在高压下由隔膜的破口喷出。

客舱厕所内的垃圾桶很容易由丁乘客扔烟头而着火。这种危险在禁止吸烟的飞机上基本上被消除，但单个的灭火器仍然在使用。灭火器配有导管，导管头部装有热熔堵头。当管头暴露在预定温度（一般为75℃）时，堵头熔化，灭火剂自动喷向火焰。16.4灭火16.4.1概述发动机/APU和货舱灭火器同定在飞机或发动机结构上，位于相应防火区域外部。灭火剂通过管路输送到防火区。在有些飞机上，这样的管路接到一个集管，来输送灭火剂。容器（常常称为灭火瓶）要么是圆柱形，要么是球形。一种典型的发动机灭火瓶安装16.4.3发动机/APU和货舱这种灭火器充有气化液，与干燥的氮气一起在20℃下加压到450Ib/in2(llb/in2=232.56Pa)。图16.15示出了一种两出口灭火器。喷洒头带有火药筒组件，火药筒由带有加热线圈的小型火工品装置（有时称为电爆管）构成。16.4.3发动机/APU和货舱火警开关启动后．电流通过加热器线圈，这使得火工品柱点燃，喷洒头内的压力急剧增加，因而戳破易碎隔膜。灭火剂在压力下经隔膜的破口喷出。灭火剂喷出后，一个喷洒堵头移向喷洒头的端部，这使得一个指示销展露出来。在飞机机身上，一个聚乙烯堵头被顶到如图16.16所示的位置，这就进一步确认灭火器已经启动过。如果灭火器所处的温度高出给定的温度范围，一个压力释放阀就会打开。里面的灭火剂被排出机外。16.4.3发动机/APU和货舱

根据灭火器构造的不同，有些灭火剂可能会溢出喷洒头。有些灭火器是密封的，有些带有密封垫。一定要检测气压和／或灭火剂的损失。一种确认方法是定期给灭火器称重。这种方法的缺点是带来拆卸/安装成本、运往车间的搬运成本以及备件的需求。大部分灭火器都有指示灭火剂压力的手段，这可以是压力表（一般为布尔登管式压力计），或者是与指示系统相连的压力开关，用于向机组人员提供告警——由于泄漏引起的压力过低或者由于灭火器启动产生的压力过低。

16.4.4灭火器维护练习题l．扭动火警手柄就会闭合微动开关，从而：(a)启动发动机灭火器(b)取消告警(c)关闭燃料2．低熔盐熔化时，中心导线与外壳之间的电阻：(a)迅速下降，控制单元重置告警系统(b)迅速提高，控制单元发出告警信号(c)迅速下降，控制单元发出告警信号3．开放区域烟雾探测器的启动需要通过什么途径使悬浮颗粒从火源传递到探测器？(a)对流(b)辐射(c)传导4．双路火警探测系统可以设置成只有当下列哪种情况发生时才告警？(a)两路都感测到火警，降低虚警的概率(b)任何一路感测到火警，降低虚警的概率(