民用飞机防火系统适航审定技术分析与研究

朱日兴 朱兆优

(1.中国民航大学 适航学院，天津 300300；2.东华理工大学 机械与电子工程学院,南昌 330013)

0 引言

民机上发生火情将危害飞机安全可靠运行。据统计，火灾是导致飞机最终发生坠毁事故的重要因素[1]。因此，防火系统对于民用飞机至关重要，是飞机安全性的重要保障。对于防火系统的研究，欧美国家在民用飞机的防火系统设计与验证方面早已广泛开展且经验丰富，然而我国在民机防火系统的研究起步较晚，与国外著名的飞机制造商相比仍有一定差距[2]。防火系统主要由探测、告警及灭火系统共同组成。其中，灭火系统的主要功能是对指定防护区域提供有效的灭火或者火情抑制措施，防火系统的主要功能包含探测和告警。在民用飞机适航取证时，防火系统正是局方需关注的。

适航审定对于民用飞机的研制至关重要，是其商业成功的前提[3]。本文依据适航条款对防火系统适航审定工作进行研究，介绍了防火系统功能及组成，借鉴国外经验总结了防火系统划分，提供适航当局在防火系统适航审查工作中需要关注的技术要点及审定要素。研究可为国产大飞机后续研究防火系统相关问题提供指导与参考。

1 防火系统功能要求的组成

1.1 防火系统功能要求

防火系统的主要功能是对指定防护区进行探测、监控和报警，并提供有效应对火情的灭火或者抑制措施[4-5]。一旦探测到防护区发生过热、烟雾或火情等危险故障，系统会向机组发出告警，以便机组采取相应处理措施。系统提供灭火措施，可对火情进行抑制或扑灭，保证飞机和人员的安全。系统对设备的工作状态进行状态监测和故障诊断，显示、记录飞行过程中的系统故障并进行故障隔离。因此，防火系统可按照探测和灭火功能进行划分。

1.1.1 探测功能

防火系统的探测功能在民机中主要监视探测的区域有：1)左、右发动机舱火警探测、监控和报警；2)APU舱火警探测、监控和报警；3)货舱烟雾探测、监控和报警；4)主起落架舱过热探测、监控和报警；5)引气导管过热探测、监控和告警；6)盥洗室烟雾探测、监控和报警。

1.1.2 灭火功能

防火系统的灭火功能在民机上主要防护灭火的区域有：1)左/右发动机舱灭火；2)APU舱灭火；3)货舱灭火和火焰抑制；4)盥洗室废物箱自动灭火；5)客舱手提式灭火瓶灭火。

1.2 防火系统架构和组成

防火系统包含探测和灭火两个分系统，由防火控制器、探测和灭火系统共同完成防火功能。防火系统原理图如图1所示，防火系统采用综合控制系统方法，通过内部控制器进行探测与灭火，并实现与中央管理系统(CMS)以及其他系统进行通信。

图1 防火系统架构框图

目前，美国航空运输协会ATA章节号已广泛应用于大部分民航机构，以便对飞机本体及各部分设备进行定义与管理，其中，防火系统按照ATA章节划分如下。

1.2.1 探测(ATA26-10)

1)发动机火警探测子系统(ATA26-11)；2)APU火警探测子系统(ATA26-12)；3)盥洗室烟雾探测子系统(ATA26-13)；4)货舱烟雾探测子系统(ATA26-17)；5)主起落架舱过热探测子系统(ATA26-15)；

1.2.2 灭火(ATA26-20)

1)发动机灭火子系统(ATA26-21)；2)APU灭火子系统(ATA26-22)；3)盥洗室废物箱灭火瓶(ATA26-24)；4)货舱灭火和抑制子系统(ATA26-26)；5)手提式灭火瓶(ATA26-27)。

2 防火系统适航审查

2.1 可接受的防火系统符合性方法和技术

按照《航空器型号合格审定程序》(AP-21-AA-2011-03-R4)的内容，目前国际通用的符合性方法(method of compliance，简称MC)有10种[6]，防火系统需验证的条款为25.851、25.854、25.855、25.857、25.858、25.863、25.869、25.1195、25.1197、25.1199、25.1201、25.1203、25.1301、25.1309[7]。

2.1.1 MC1符合性说明[8-12]

1)通过描述发动机火警探测器需符合相应的TSO标准，并且能够探测每个指定火区以及发动机相应部件内的火情来符合25.1203(a)条款。描述发动机火警探测器需通过振动、冲击等设备鉴定试验，对发动机火警探测器机组告警功能、自测试功能进行描述，对发动机火警探测器的安装位置环境进行描述，表明对25.1203(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)的符合性；

2)通过简述APU火警探测器的构造需符合相应的TSO标准，描述探测线安装以及所处位置，探测线部件经过设备鉴定试验，对APU火警探测器机组告警功能、自测试功能进行描述，表明对25.1203(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)的符合性；

3)通过对盥洗室烟雾探测系统的功能以及工作机理描述表明对25.854(a)的符合性；

4)通过描述货舱烟雾探测系统在货舱的布置情况以及烟雾探测器部件符合响应的TSO标准来表明对25.857(c)(1)的符合性，通过对货舱烟雾探测系统工作机制的描述以及对运行中环境的符合性表明25.855和25.857(c)(1)的符合性；通过对货舱烟雾探测系统地面和飞行过程中进行功能测试来表明对25.858(d)的符合性；

5)通过描述引气导管过热探测系统、主起舱过热探测系统的功能和安全性分析表明对25.1301和25.1309的符合性；

6)通过描述发动机舱灭火系统的功能和系统部件的设备鉴定情况表明对25.1195、25.1197、25.1199、25.1201的符合性；

7)通过描述APU舱灭火系统的功能和系统部件的设备鉴定情况表明对25.1195、25.1197、25.1199、25.1201的符合性；

8)通过描述盥洗室废物箱灭火瓶的布置情况、工作机理、灭火剂的成分、设备鉴定情况来表明对25.1301、25.1309的符合性；

9)通过描述货舱灭火系统的组成和功能，以及地面、飞行试验验证灭火剂浓度的情况来表明对25.851、25.855、25.857的符合性；

10)通过描述驾驶舱/客舱手提灭火瓶的布置情况，灭火瓶符合相应的TSO标准，灭火瓶针对不同火情类型的适用性表明对25.851、25.1301、25.1309的符合性。

2.1.2 MC2分析/计算

1)通过计算分析防火系统、动力装置系统、APU系统、发动机吊挂区域的防火特性；2)通过与相似机型部分结构防护设计对比，进行相似性分析，主要指申请人有详细设计经验的机型。

2.1.3 MC3安全评估

通过安全性分析评估防火系统的安全特性满足要求。

2.1.4 MC5地面试验

1)通过地面试验验证防火系统的机上地面功能；2)通过地面试验验证发动机舱灭火剂浓度、APU舱灭火剂浓度、前/后货舱烟雾探测系统功能，前/后货舱烟雾穿透试验，表明对25.854、25.857、25.858的符合性。通过对灭火瓶环境温度测量试验表明对25.1199的符合性。

2.1.5 MC6飞行试验

通过飞行试验验证防火系统功能、发动机舱灭火剂浓度、APU舱灭火剂浓度、前/后货舱烟雾探测系统功能、前/后货舱烟雾穿透、灭火瓶环境温度测量、后盥洗室烟雾探测系统功能等。

2.1.6 MC7航空器检查

通过机上检查验证防火系统的功能，检查内容包括行李箱中手提灭火瓶的数量、安装位置、种类和标识，方便使用情况，对手提灭火瓶进行称重，检查所有货舱灭火瓶、发动机和APU灭火瓶、盥洗室固定灭火瓶的安装位置，检查灭火喷嘴的安装位置和角度，检查火警探测系统的安装位置。

2.1.7 MC9设备合格性

通过对防火系统设备(FOCU、叉型阀、手提式灭火瓶、滤湿调节器、货舱低速灭火瓶、货舱高速灭火瓶、盥洗室灭火瓶、APU灭火瓶、T型阀、发动机灭火瓶、货舱和盥洗室烟雾探测器)的合格鉴定或者通过与相似性设备进行相似性对比分析表明其符合性。

2.2 可接受的验证试验判据

飞机防火系统验证试验中可接受的判据如下：

1)APU舱灭火剂浓度测试飞行试验中，APU舱内所有采样点达到并保持6%容积浓度的最少时间为0.5 s；2)发动机舱灭火剂浓度测试飞行试验中，发动机舱内所有采样点达到并保持6%容积浓度的最少时间为0.5 s；3)货舱烟雾穿透试验中，局方或适航当局认可的审查员直接观察前、后货舱是否存在烟雾穿透进入客舱或驾驶舱的状况。若观察到客舱或驾驶舱有少量烟雾进入，烟雾高度不应超过客舱旅客座椅扶手。若发现在客舱的旅客座椅扶手上方出现有少量烟缕，必须立即消散，不能出现形成层雾或者薄雾的状况[13]；4)在前/后货舱灭火剂浓度测试中，(1)货舱内Halon 1301灭火剂初始体积浓度不小于5%，货舱内灭火剂体积浓度保持在3%及以上的时间不小于75 min；客舱内Halon 1301灭火剂体积浓度小于5%；(2)试验过程中，后货舱内的烟雾探测器不会因为前货舱内灭火剂的释放而报警，前货舱内的烟雾探测器不会因为后货舱内灭火剂的释放而报警。

2.3 防火系统技术交联工作

为研究各相关专业之间符合性验证工作的技术交联，以方便适航审查中各专业之间技术协作及审查工作协调。飞机防火系统与全机其他系统的交联系统为软件和硬件系统。其中，防火系统软件为防火控制盒中的软件，为全机软件系统的一部分。因此，防火系统控制盒软件审查需按照全机软件审查计划和要求进行。飞机防火系统机载电子硬件为防火控制盒硬件，为全机电子硬件系统的一部分。因此，防火系统控制盒硬件审查需按照硬件审查计划和要求进行。

3 防火系统审定要素和评审建议

局方在审定时需要关注的要素和建议如下：

1)客舱中手提式灭火瓶的数量布局；2)防火系统部件的安装可达性；3)防火系统的安全性分析；4)发动机舱、APU舱灭火剂浓度，测试地面及飞行试验时灭火剂浓度；5)前、后货舱烟雾穿透试验时如何保持货舱的密封性以达到试验条件；6)在进行灭火瓶环境温度测量试验时，环境温度最高温和最低温的界定；7)客舱中手提式灭火瓶内灭火剂的安全特性。

在CCAR 25部中，局方可关注的关于防火系统涉及到的条款的适航审定关注点如表1所示。

表1 防火系统涉及的适航关注点

4 结论

本文首先对可防火系统的功能及架构进行研究，然后依据CCAR 25部规章要求，针对防火系统的相关条款，阐明防火系统可接受符合性方法和符合性验证，并针对防火系统涉及的条款，进一步给出防火系统适航审查工作需要重点关注的基本要素和技术要点。旨在为民用飞机防火系统适航审定提供技术支持和工作指导。本研究可为运输类飞机的防火系统研制人员提供参考，同时也可为研究编制防火系统适航审定工作指南或草案提供技术支撑。