飞机防火试验用油燃烧器的应用及特点介绍

李志强，陈 元，于新华，谢 飞，包雯婷，刘又瑞，李文艳

(中国民航局第二研究所，四川 成都 610041)

飞机防火试验用油燃烧器的应用及特点介绍

李志强，陈 元，于新华，谢 飞，包雯婷，刘又瑞，李文艳

(中国民航局第二研究所，四川 成都 610041)

本文主要对3种型号飞机防火试验用油燃烧器进行介绍，这3种型号的油燃烧器具有不同的构造特点，构造特点的不同导致油燃烧器在使用中表现出不同的稳定特性。通过试验比对发现，在相同环境条件和不同环境条件下，Sonic油燃烧器温度和热流密度的校正稳定性优于Carlin 200型油燃烧器和OBSC型油燃烧器。

防火；油燃烧器；校正；稳定性

1 前 言

飞机材料防火试验用油燃烧器最早应用于20世纪50年代，主要考查飞机动力组件(如金属部件、防火墙、软管等)的防火性能[1-2]。随着新材料特别是高分子材料和复合材料在飞机上的大量应用，飞机材料的防火安全引起了人们的广泛关注[3-4]。

为保证飞机的防火安全性，美国联邦航空管理局(FAA)于上世纪80年代在联邦航空法规中提出飞机货舱衬板和座椅垫均需满足油燃烧器防火试验的适航规章[5-7]。1998年瑞士航空111号班机空难发生后，FAA于2003年颁布了隔热隔音材料也需满足油燃烧器耐烧穿试验的适航规章[8-9]。中国民航局也要求运输类飞机的座椅垫、货舱衬板和隔热隔音材料均需满足适航规章的防火要求[10]。随着这些适航规章的提出和制造业的发展，防火试验用油燃烧器也在不断地更新改进[11]。

本文主要就目前在使用的、且在飞机防火试验用油燃烧器演变过程中具有代表性的3种型号的油烧器(OBSC型燃烧器、Carlin 200型燃烧器和Sonic燃烧器)进行介绍，以助于对飞机材料防火试验用油燃烧器的认识。

2 不同类型油燃烧器的构造特点

2.1 不同类型油燃烧器的外观构造

用于飞机材料防火试验的油燃烧器外观构造如图1所示。通过这3台设备的外观比对发现，OBSC型和Carlin 200型油燃烧器的外观相似，这两种类型油燃烧器的构造及工作原理如图2(1)所示。而Sonic油燃烧器的外观构造则与OBSC型、Carlin 200型油燃烧器不同，其构造及工作原理如图2(2)所示。通过工作原理可以看出，OBSC型和Carlin 200型油燃烧器在燃烧时，其入口空气的温度、湿度和燃油温度会随着试验环境的变化而变化，而Sonic燃烧器在燃烧时，其入口空气的温度、湿度通过压缩机控制，燃油温度则通过冷藏油箱控制，这种构造有助于油燃烧器使用时火焰温度的稳定性。基于工作原理的不同，通常将OBSC型和Carlin 200型油燃烧器统称一代油燃烧器(Current Oil Burner)，而Snoic油燃烧器称为新一代油燃烧器(Next-Generation Oil Burner[14])。

(1)OBSC型油燃烧器

(2)Carlin 200型油燃烧器

(3)Sonic油燃烧器图1 不同类型油燃烧器的外观构造

(1)一代油燃烧器

(2)新一代油燃烧器图2 不同类型油燃烧器构造及工作原理

2.2 不同类型油燃烧器的内部结构

用于飞机材料防火试验的油燃烧器内部结构如图3所示。通过3种类型油燃烧器的内部结构比对发现，这3种类型油燃烧器的主要区别在于固定片和火焰保持头。对一代油燃烧器而言，经改进后，Carlin 200型油燃烧器使用了比OBSC型油燃烧器更有利于火焰分布的火焰保持头。而对新一代油燃烧器而言，其主要通过固定片和火焰保持头的整体改变来实现火焰的均匀分布。

固定片 火焰保持头(1)OBSC型油燃烧器

固定片 火焰保持头(2)Carlin 200型油燃烧器

固定片 火焰保持头(3)Sonic油燃烧器图3 不同类型油燃烧器的内部结构

3 不同类型油燃烧器的使用特性

3.1 不同类型油燃烧器相同环境条件下的校正比对

在环境温度25℃、环境湿度为(60±1)%RH的条件下，不同类型油燃烧器的校正结果如图4-图6所示。

图4 OBSC型油燃烧器校正结果

图5 Carlin 200型油燃烧器校正结果

图6 Sonic型油燃烧器校正结果

在相同环境条件下，不同类型油燃烧器校正稳定性结果如表1所示。

表1 不同类型油燃烧器校正稳定性结果

从表1可以看出，在相同环境条件下，Sonic油燃烧器7根热电偶温度校正标准偏差最小，表明在试验过程中其火焰分布最均匀，OBSC型油燃烧器7根热电偶温度校正标准偏差最大，在试验过程中其火焰分布均匀性略差于Carlin 200型油燃烧器和Sonic油燃烧器。而从3次温度校正标准偏差和热流密度校正标准偏差结果可以看出，Sonic油燃烧器校正标准偏差最小，表明每次试验油燃烧器的重启对Sonic油燃烧器温度分布和热流密度大小的影响最小，其性能最稳定，使用效果优于Carlin 200型油燃烧器和OBSC型油燃烧器。

3.2 不同类型油燃烧器不同环境条件下的校正比对

在不同环境条件下，不同类型油燃烧器的校正结果如图7-图9所示，不同类型油燃烧器校正稳定性结果见表2。

图7 OBSC型油燃烧器校正结果

图8 Carlin 200型油燃烧器校正结果

图9 Sonic油燃烧器校正结果

油燃烧器类型7根热电偶温度校正标准偏差5℃、60%RH环境下校正15℃、59%RH环境下校正25℃、60%RH环境下校正不同环境下温度校正标准偏差不同环境下热流校正标准偏差OBSC49．250．752．511．10．15Carlin20045．246．346．3100．17Sonic45．642．845．17．80．07

从表2可以看出，在不同环境条件下，Sonic油燃烧器温度校正标准偏差和热流密度校正标准偏差最小。结果表明，Sonic油燃烧器的校正温度和热流密度基本不受环境因素的影响，而Carlin 200型油燃烧器和OBSC型油燃烧器的校正温度会随着环境温度的升高有增长的趋势，即高的环境温度有利于获得相对高的校正温度和热流密度。不同环境条件下的校正结果同样表明，Sonic油燃烧器温度和热流密度校正最稳定，使用效果优于Carlin 200型油燃烧器和OBSC型油燃烧器。

3.3 不同类型油燃烧器校正稳定性分析

从表1结果可以看出，Sonic油燃烧器7根热电偶的温度均匀性优于Carlin 200型油燃烧器和OBSC型油燃烧器。通过对这3种类型燃烧器内部结构分析可知，这一现象是由于固定片和火焰保持头的结构特点引起的。因为，不同的固定片和火焰保持头会引起套筒出口有不同的风速分布，风速的不同分布会使火焰在套筒出口形成不同的温度场。

不同类型燃烧器套筒出口处的风速分布如图10所示。从图中可以看出，Sonic油燃烧器在燃烧筒出口的风速对称分布，有利于火焰温度校正的均匀性，所以Sonic油燃烧器温度和热流密度的校正标准偏差最小。Carlin 200型油燃烧器和OBSC型油燃烧器在燃烧筒出口的风速未对称分布，导致温度校正的均匀性降低。

图10 不同类型油燃烧器燃烧筒出口风速分布

而从表2结果可以看出，在不同环境条件下，Sonic油燃烧器温度校正标准偏差和热流密度校正标准偏差最小。通过对这3种类型油燃烧器构造分析可知，导致这一现象的原因是由于Sonic油燃烧器入口空气的温度、湿度通过空气冷却干燥压缩机控制，燃油温度通过冷却装置控制，不受外界试验环境条件的影响。而Carlin 200型油燃烧器和OBSC型油燃烧器入口空气的温度、湿度及燃油温度会随着环境条件的改变而改变，试验室温度升高时，燃烧器入口的空气温度和燃油温度也会相应升高，升高的环境温度和燃油温度可获得相对高的校正温度和热流密度。

4 结 论

(1)用于飞机材料防火试验用的OBSC型油燃烧器、Carlin 200型油燃烧器和Sonic油燃烧器有不同的构造特点和工作原理；

(2)在相同环境条件下，Sonic油燃烧器温度和

热流密度校正的稳定性最好，Carlin 200型油燃烧器次之；

(3)在不同环境条件下，Sonic油燃烧器温度和热流密度校正的稳定性最好；

(4)Sonic油燃烧器温度和热流密度校正的稳定性优于OBSC型油燃烧器和Carlin 200型油燃烧器，更便于飞机材料防火试验工作的顺利开展。

[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]杨燕,寇延清,杨成茂.飞机发动机短舱结构防火设计与试验验证[J].航空科学技术,2014,(6):58-61.

[4]李俊昌,雷波.复合材料在民用飞机结构上的应用[J].全面腐蚀控制,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]中国民航局.中国民用航空规章第25部 运输类飞机适航标准[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

李志强(1981—)，男，广西桂林人，助理研究员，主要从事飞机材料防火的测试与研究工作。

V216.8

B

10.3969/j.issn.1674-3407.2016.04.025