谢孟恺

【摘 要】本文通过对适航条款的分析，提出液压能源系统火灾特殊风险防护的必要性；进而阐述液压系统针对火灾特殊风险的设计方案。为民机的工程应用提供指导意义。

【关键词】民用飞机；液压系统；火灾特殊风险

【Abstract】This article proposes the necessity of preventing fire particular risk analysis for civil aircraft by analyzing the certification regulations， and then describes the hydraulic system design principle aim to fire particular risk analysis. This article provides the guidance to the civil aircraft engineering application.

【Key words】Civil aircraft； Hydraulic power system； Fire particular risk

不管是在飞行中还是在地面上，火灾对民用飞机而言是最危险的威胁之一。民航失火是飞机使用、维护过程中发生次数最多的事故之一。很多民航发生事故时都伴有起火爆炸现象。据统计，美国民航飞机坠毁事故中由坠毁后起火烧死的人数占到了全部死亡人数的15%，而在那些撞击可生存的事故中，烧死的比例更是高达约为40%。在民用飞机的设计过程中，始终致力于降低民用飞机火灾产生的可能性，及当民用飞机发生火灾后，防止火灾扩散，将火灾对飞机和乘客的影响降至最小。

民用飞机液压能源系统为飞机的安全飞行提供充足且可靠的能源保障。当前的民用飞机液压系统普遍使用磷酸酯基液压油，属于可燃液体的范畴；又由于液压用户和液压管路遍布民机的大部分区域，故针对火灾特殊风险的液压系统设计是民用飞机防火设计的极其重要组成部分。本文将通过对适航条款的分析，提出液压系统火灾特殊风险防护的必要性；进而阐述液压系统针对火灾特殊风险的设计方案。

1 火灾特殊风险的定义

燃烧是指易燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。火灾是指时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。火灾/着火是由易燃材料、空气和点火源三要素共同作用产生的。飞机上的各个区域中空气通常都是存在的，因此应对飞机上的易燃材料和点火源进行控制，以降低火灾产生的可能性。

2 适航条款分析

CCAR和FAR第1435条“液压系统”中的章程25.1435（b）（4）明确定义了采用可燃液压流体的液压能源系统需要满足的要求：“如果使用了可燃性的液压流体，需要达到第25.863条、第25.1183条、第25.1185条和第25.1189条的应用要求。”通过对第25.863条、第25.1183条、第25.1185条和第25.1189条的条款分析如下：

25.863章节认为液压能源系统需要增强部件和管路的耐火耐热能力；减少液压油和其蒸气点燃的概率；需提供着火探测设备和相关报警；加装防火切断阀。

25.1183章节认为液压能源系统元件不能位于火区，如果位于火区必须能够防火。

25.1185章节针对液压油，要求其容器不能位于火区内。

25.1189章节提供了加装防火切断阀的要求。

除了25.1435“液压系统”中关于火灾的相关要求外，章程25.869“系统防火”和25.981“燃油箱点燃防护”也对液压能源系统的防火提出要求。

25.863章节认为位于指定火区内的导管和接头必须是防火的。

25.981章节认为布置在燃油箱内的液压导管温度低于燃油的最低自燃温度，液压系统采取措施避免各种状况导致液压系统产生点火源。

3 液压能源系统防火灾设计

3.1 液压能源系统元件级防火设计

液压能源系统在设计中考虑预防火灾及火灾扩大的影响。元件级的相关设计有：

无扩口接头：现今民用飞机液压导管采用可拆卸接头基本为无扩口接头，泄漏率极低，约为10-6量级，加上平时的维修检测，将液压导管泄漏的可能性大大降低，几乎认为不存在泄漏的可能。

电搭接：通过搭接使得飞机液压能源系统设备、管路与飞机结构之间提供稳定的低阻抗电气通路，防止它们之间产生电磁干扰电平，提供电源电流返回通路，是防电击、静电防护、雷电防护的必要措施，进而避免火灾的产生。

防火切断阀：用来切断液压油防止其流入或流过任何指定火区。防火切断阀自身必须是防火的，或者必须安置和防护得使火区内的任何着火不会影响其工作；其切断动作不得影响其它设备（诸如螺旋桨顺桨装置）以后的应急使用；防火切断阀关闭后，不得有危险量的可燃液体排入任何指定火区，避免液压油进入火灾范围造成火灾扩散；必须有措施防止切断装置被误动；防火切断阀的安装位置必须使动力装置或发动机安装的结构破损不会影响该阀工作；防火切断阀必须具有释放聚积过大压力的措施。

热保险接头：热保险接头一般直接安装在液压油箱的回油口上，用于避免液压系统过热的油液通过燃油箱时可能点燃燃油蒸汽的危险，为液压系统提供独立的防止系统过热的冗余方法。当液压油温度超过设定阀值时，低熔点的金属会融化，从而将过热的液压油排放至机体外，避免火灾的发生。

热交换器：民机液压能源系统多采用被动冷却方式，即在液压系统中采用传统的热交换器。液压能源系统通过热交换器对液压泵的壳体回油管路与燃油箱燃油进行被动冷却换热的方式，交换耗散液压泵的低效率带来的系统热量，减少油液过热的可能。热交换器的散热区域大小根据热模拟分析结果确定。

3.2 液压能源系统级防火设计

由于液压管路遍布全机的大多数区域，并且在燃油箱中存在布置。过热的液压油极易造成液压元件的密封圈失效进而导致液压油泄漏，同时过热的液压油也会成为燃油箱火灾的重大隐患，故液压能源系统合理的温度主动控制方案是防火设计的重要组成部分。

首先必须确定影响民机液压系统温度的主要因素，结合飞行剖面和液压系统布局进行分析，考察了液压泵的容积效率、环境温度和管道散热对大型客机液压系统温度的影响，取得了大型客机在全飞行剖面下液压系统各关键点处的动态温度分布，并提出了合理的温度主动控制方案。温度主动控制方案合理地设置温度传感器的位置，实现对液压能源系统的温度监控，通过设定温度控制阀值，结合机组告警对液压系统超温状态和火灾状态采取相应措施，避免火灾和火灾扩散的可能性。

图1为某机型1#液压能源系统温度主动控制方案简图。从中可以看出随着液压能源系统的温度升高，机组提示开始为系统高温“HI TEMP”，温度继续升高时则提示系统过热“OVERHEAT”，相应的驾驶员操作提示为要求飞行员关闭电动泵和关闭发动机驱动泵（如无发动机驱动泵切断功能，则关闭防火切断阀）；同时在温度的上升过程中，如驾驶员没有采取手动控制，液压系统会依次自动关闭电动泵和防火切断阀，当采取上述措施无法使系统降温时，位于液压油箱处的热保险接头将熔断，将过热的液压油排至机体之外，系统出现油量低的信号“LOQTP”，飞机将失去1#液压能源系统的液压能。

3.3 液压能源系统飞机级防火设计

根据飞机各个不同区域的火灾风险情况，对全机进行防火区域划分，以国外某民用180座机型为例，将防火区域归类为指定火区、临近指定火区、可燃液体泄漏区、易燃区、和非危险区五类防火区域。其中布置有液压能源系统元件和管路的区域只涉及表1中深灰色背景的区域。

3.3.1 指定火区

指定火区是指按照CCAR 25.1181定义的飞机区域，液压能源系统全机布置安装涉及到指定火区的区域为发动机短舱，区域内安装有液压管路及系统部件发动机驱动泵。

发动机短舱内的液压导管材料需采用21-6-9不锈钢材质，其具有耐高温特性，最大限度地保证在发生火灾特定风险时油液传输特性；发动机驱动泵依据CCAR 25.869的规定设计为耐火的以满足短舱的热环境。液压安装区域需设计为通风冷却区域，区域内设置有防火探测及灭火管，确保发生火灾时及时地采取相关灭火措施。

3.3.2 邻近指定火区

邻近指定火区是指定火区的邻近区域，液压能源系统全机布置安装涉及到邻近指定火区的区域为吊挂区域和尾舱区域（除APU舱以外的尾舱区域）。吊挂区域布置有防火切断阀和管路；尾舱区域布置有液压系统元件及管路。

邻近指定火区与指定火区的分界面上采用防火墙区域进行隔离，有效隔离指定火区发生的火灾特定风险，阻止火区蔓延至吊挂和尾舱区域。

吊挂区域应设计为通风区域，避免可燃液体蒸气聚集；吊挂区域需设计排液管路，有效地排放由于渗漏产生的可燃液体，极大地降低了火灾扩大的可能性。吊挂区域液压导管材料设计为21-6-9不锈钢材质，具有耐高温特性，最大限度地保证在发生火灾时油液传输特性。防火切断阀位于吊挂后缘区域，其上方应不能存在其他液压管路，减小易燃液体直接喷射或泄漏到电子电气设备的可能。短舱发生火灾时，如没有采取灭火措施至火灾蔓延，过热油液回流至液压油箱将触发液压系统过热报警，位于吊挂处的防火切断阀将切断通往发动机短舱的液压油通路，减小火灾蔓延可能性。

尾舱区域应设计为通风区域，避免可燃液体蒸气聚集；另尾舱区域空间较大，液压元件和管路与APU舱的间距需要满足大于要求的13mm间隙；结构底板需设计排液孔，有效地排放由于渗漏产生的可燃液体，极大地降低了火灾扩大的可能性。使用定位分析尽量减小易燃液体直接喷射或泄漏到电子电气设备中的可能；此区域存在电动泵，故在电动泵中需设置过热/过电流切断功能，减小成为点火源的可能。

3.3.3 易燃区域

易燃区指正常使用期间，存在易燃液体或蒸气，但无点燃源的区域。液压能源系统全机布置安装涉及到易燃区域的有中央翼区域和机翼盒段区域，液压能源系统在此区域布置液压管路。

中央翼及机翼翼盒区域属于燃油箱范畴，经过惰化后的燃油箱不存在点火源；液压管路在进出入燃油箱必须进行了严格的密封措施，防止可燃液体及蒸气外溢；燃油箱内全部液压管路采用永久接头，降低液压油泄漏概率；此外液压管路在燃油箱内需进行切实有效的电搭接，尽可能避免闪电效应带来点火源的可能。

3.3.4 可燃液体泄漏区

易燃液体泄漏区，指在使用期间，由于某种失效或渗漏，预计出现易燃液体或蒸气的区域，但无潜在点火源。液压能源系统安装布置涉及到可燃液体泄漏区的有RAT舱、前起落架舱、主起落架舱、垂尾、平尾、翼身整流罩、机翼前缘和机翼后缘。液压能源系统在翼身整流罩布置有绝大部分系统元件；在其他区域只布置有液压管路。上述区域需设计为非密封区域，可以有效地避免可燃液体蒸气聚集；液压系统元件及管路布置相关区域的结构需设置了排液孔，有效地排放由于渗漏产生的可燃液体，并能防止排液进入飞机的其他区域，极大地降低了火灾扩大的可能性。使用定位分析尽量减小易燃液体直接喷射或泄漏到电子电气设备中的可能。由于翼身整流罩区域存在电动泵，故在电动泵中需设置过热/过电流切断功能，减小其成为点火源的可能。

3.3.5 非危险区

非危险区指载有机组或旅客和（或）装有电气或电子设备的区域，易燃液体及其蒸气应与此类区域隔绝。液压能源系统安装布置涉及到非危险区的有中E-E舱、后货舱、散货舱、水/废水舱，液压能源系统在此区域布置有液压管路。

液压系统管路在非危险区的布置遵循尽可能少布置的原则，减少火灾蔓延的可能性；管路布置相关区域的结构需设置了排液孔，有效地排放由于渗漏产生的可燃液体，并能防止排液进入飞机的其他区域，极大地降低了火灾扩大的可能性。

4 结语

火灾特殊风险作为飞机飞行安全的潜在危险，日益受到航空业界和适航当局的高度重视。本文通过对适航条款的分析，提出液压能源系统火灾特殊风险防护的必要性；进而阐述液压系统针对火灾的设计方案。为民机的工程应用提供指导意义。

【参考文献】

[1]张瑞华.民机液压能源系统防火安全性适航条款符合性分析[J].航空科学技术，2012（5）.

[责任编辑：王楠]