阅读说明：本技术 复合材料火焰蔓延测试装置及测试方法 (Composite material flame spread testing device and testing method ) 是由 陈元 于新华 谢飞 刘又瑞 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及飞机测试技术领域,公开了一种复合材料火焰蔓延测试装置,包括支撑部、放置部和点火部；所述支撑部,用来支撑放置部；所述放置部,用来放置复合材料板,放置部与复合材料板之间形成供空气通过的缝隙；所述放置部通过调节与支撑部的连接位置调节放置部与复合材料板的倾斜角度；所述点火部,用来点燃放置部上放置的复合材料板。本发明还公开了一种复合材料火焰蔓延测试方法,能够模拟飞机真实场景更加精准地测试飞机上各种复合材料的火焰蔓延情况。(The invention relates to the technical field of airplane testing, and discloses a composite material flame spread testing device which comprises a supporting part, a placing part and an ignition part, wherein the supporting part is arranged on the placing part; the supporting part is used for supporting the placing part; the placing part is used for placing the composite material plate, and a gap for air to pass through is formed between the placing part and the composite material plate; the placing part adjusts the inclination angle of the placing part and the composite plate by adjusting the connecting position of the placing part and the supporting part; the ignition part is used for igniting the composite material plates placed on the placing part. The invention also discloses a composite material flame spread testing method, which can simulate the real scene of an airplane to more accurately test the flame spread condition of various composite materials on the airplane.)

复合材料火焰蔓延测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及飞机测试技术领域，具体涉及一种复合材料火焰蔓延测试装置及测试方法。

背景技术

飞机是重要的交通运输工具。现在飞机机身上的非金属复合材料越来越多，包括机身外壳和结构部件，相比于传统的金属材料，这些新的非金属符合材料的可燃性评估是飞机合格审定中的重要一环。尤其是对隐藏火灾火焰的传播对于这些复合材料的影响，将直接关系到飞机在使用这些复合材料时的安全性。

在飞机机舱中，很多细小的缝隙往往成为隐藏火灾火焰产生和蔓延的途径，因此，需要模拟飞机机舱真实环境来对复合材料的外部热损失对板内火焰传播进行测试。

发明内容

本发明意在提供一种复合材料火焰蔓延测试装置，用来模拟飞机真实环境对复合材料的外部热损失和内部火焰传播情况进行测试。

本发明提供基础方案是：复合材料火焰蔓延测试装置，包括支撑部、放置部和点火部；

所述支撑部，用来支撑放置部；

所述放置部，用来放置复合材料板，放置部与复合材料板之间形成供空气通过的缝隙；所述放置部通过调节与支撑部的连接位置调节放置部与复合材料板的倾斜角度；

所述点火部，用来点燃放置部上放置的复合材料板。

基础方案的工作原理及有益效果是：

本方案通过放置部来放置复合材料制成的复合材料板，通过调节复合材料板的倾斜角度能够找到有利于测试火焰蔓延的角度，尽可能真实地模拟飞机起火时的环境。同时，放置部与复合材料板之间形成的缝隙，模拟飞机客舱中无法进入的区域，便于测试隐藏火焰蔓延情况。

通过本方案能够有效模拟飞机真实情况对复合材料的外部热损失和内部火焰传播情况进行测试。

放置部与复合材料板的倾斜角度范围为0-80度，即放置部与水平面或者复合材料板与水平面的夹角范围为0-80度。这样有利于模拟出任意倾斜设置的结构，方便更加真实地对形成相应结构的复合材料进行火焰蔓延测试。

进一步，所述支撑部，包括底框以及与底框垂直连接的支架，所述支架位于底框上方。

通过底框使支撑部放置在地上，通过支撑架，使支撑部与放置部连接。

进一步，所述放置部包括与支架可拆卸连接的活动框，所述活动框倾斜设置。

在点火测试的时候，活动框与支架连接，在测试完成后，活动框与支架拆卸分开。活动框倾斜设置，便于点火部的火焰沿着倾斜方向向上蔓延。

进一步，所述活动框内卡接有试验盘，所述试验盘包括用来放置复合材料板的底板，所述底板的底面设有多个电热偶。

通过底板上设置的电热偶，能够通过测试底板的温度来间接测试底板上放置的复合材料板的温度，进而测试复合材料板的燃烧情况。

进一步，所述试验盘包括与底板垂直的两个卡槽，试验盘通过卡槽与活动框连接。

通过卡槽，使试验盘与活动框连接，使试验盘的底板与活动框平行，使试验盘的底板与活动框一样倾斜设置，进而使放置在底板上的复合材料板也倾斜放置。

进一步，两个卡槽的相对面之间设置有用来放置复合材料板的安装槽，所述安装槽与试验盘平行，所述安装槽与试验盘底板的顶面之间具有一定距离。

安装槽与试验盘底板顶面之间的距离就是复合材料板与试验盘底板之间形成的缝隙宽度。

安装槽内连接有限位块，通过限位块能够调节复合材料板与试验盘之间的缝隙宽度。这个缝隙宽度的范围为1.53厘米到4.58厘米。

进一步，所述安装槽与试验盘底板顶面之间的距离为2.54厘米。

复合材料板在放到试验盘之后，与试验盘之间的缝隙宽度为2.54厘米，方便模仿机舱中隐蔽空间，进行火焰蔓延测试。

在安装槽内还安装有隔热板，隔热板与复合材料板贴合，且位于复合材料板的顶面，即复合材料板在隔热板和试验盘底板之间，用来模拟飞机上的隔热层，对复合材料的在这个方向的火焰蔓延起到阻挡作用，模拟真实飞机中隔热层的作用，使复合材料板在遇到隔热板后的火焰蔓延情况更加真实，测试结果更加准确，有利于通过试验获得更加准确的火焰蔓延速率和复合材料板温度分布情况等测试结果。

同样的，在安装槽内还可以安装有隔音棉，隔音棉与复合材料板贴合，且位于复合材料板的顶面，即复合材料板在隔音棉和试验盘底板之间，用来模拟飞机上的隔音层，对复合材料的在这个方向的火焰蔓延起到阻挡作用，模拟真实飞机中隔音层的作用，使复合材料板在遇到隔音棉后的火焰蔓延情况更加真实，测试结果更加准确，有利于通过试验获得更加准确的火焰蔓延速率和复合材料板温度分布情况等测试结果。

本发明还提供了一种复合材料火焰蔓延测试方法，包括以下步骤：

步骤一，调节放置部的倾斜角度；

步骤二，将金属片放置到放置部中，调整放置部的高度，使金属片与点火部的火源接触；

步骤三，取走金属片，将复合材料板放置到调好的放置部中；

步骤四，点燃点火部，燃烧复合材料板；

步骤五，燃烧结束后，取下复合材料板进行测试。

本方法的优点在于；

通过复合材料火焰蔓延测试装置能够通过简单操作，完成对飞机场景的模拟，进行火焰蔓延测试，操作步骤简单方便。

进一步，在步骤一中，通过调节活动框的倾斜角度，调节放置部。

活动框是整个放置部的基本结构，调节活动框的倾斜角度，就能够调节放置在放置部中复合材料板的角度。

进一步，在步骤四中，燃烧复合材料板时，火焰沿着复合材料板的顶面燃烧的同时，火焰沿着复合材料板与放置部之间的缝隙向上燃烧。

复合材料板直接通过明火燃烧的同时，通过缝隙模拟飞机机舱的狭小空间进行隐藏火焰燃烧，隐藏通过复合材料板的顶面和底面两种不同情况的燃烧，方便模拟实际情况对复合材料板进行火焰蔓延测试。

附图说明

图1为本发明复合材料火焰蔓延测试装置实施例一的结构示意图。

图2为图1的另一视角图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：试验盘11、支架12、连接件13、底框14、加强板15、活动框16、泡沫块火源21、热电偶31。

实施例一

实施例一基本如附图1和附图2所示：复合材料火焰蔓延测试装置，包括支撑部、放置部和点火部。

支撑部，包括矩形结构的底框14，底框14的顶面焊接有支架12，支架12包括位于前端的两根短支杆和位于后端的两根长支杆。其中，两根短支杆高度相同，两根长支杆高度相同。长支杆比短支杆高。在支架12和底框14之间焊接有类似三角形的加强板15，用来增加整个支撑部的支撑力。

放置部，包括通过四个连接件13连接在支架12上的活动框16。活动框16上卡接有试验盘11。

活动框16同样为矩形框架结构。本实施例中的连接件13为扣件和销钉的组合，通过扣件将活动框16前端的左侧和右侧分别和两个短支杆扣合，然后通过销钉将扣件扣合。同样，通过扣件将活动框16后端的左侧和右侧分别和两个长支杆扣合，然后通过销钉将扣件扣合。

试验盘11，包括用来和活动框16左杆和右杆卡接的卡槽，以及连接在两个卡槽之间的底板。底板的底面安装有多个热电偶31，本实施例中安装有均匀分布的八个热电偶31，用来对底板进行温度测试。

试验盘11的两个卡槽之间开有用来放置复合材料的安装槽，安装槽位于两个卡槽相对的立板上，安装槽沿着活动框16的长度方向，安装槽与底板之间的距离形成复合材料与底板之间的缝隙，用来模拟飞机机舱中的狭小环境，用来模拟隐藏火灾时，对复合材料火焰蔓延的测试。

活动框16倾斜安装在短支杆和长支杆之间，活动框16与水平面的夹角在0-80度范围内，通常在30度。

点火部，包括位于两个短支杆之间的泡沫块火源21，以及用来按放置泡沫块火源21的放置盘，放置盘位于两个短支杆之间，且正对活动框16的倾斜向下端。

安装槽垂直于底板的方向上等距离均匀开有多个限位槽，限位槽中可对应卡接向内限位块。通过限位块来重新定义整个安装槽的底面位置，调节安装槽底面与试验盘底板顶面之间的距离，而复合材料板在放在安装槽上时，复合材料板的底面是紧贴着限位块顶面的，即通过限位块能够调节复合材料板与试验盘底板之间的距离，即调节复合材料板底面与试验盘底板之间的缝隙宽度，能够针对不同厚度的复合材料板模拟出更多缝隙宽度不同的隐蔽环境。本实施例中，这个缝隙宽度的可调节范围为1.53厘米到4.58厘米。

在安装槽内还卡接有隔热板，隔热板与复合材料板紧贴在一起，且位于复合材料板的顶面，即复合材料板在隔热板和试验盘底板之间，用来模拟飞机上的隔热层，对复合材料的在这个方向的火焰蔓延起到阻挡作用。隔热板可以选用陶瓷纤维板，或者其他通用的隔热材料板，隔热板的厚度可以选用0.76厘米到1.78厘米，本实施例中选用的为1.27厘米，用来模拟真实飞机中隔热层的作用，使复合材料板在遇到隔热板后的火焰蔓延情况更加真实，测试结果更加准确，有利于通过试验获得更加准确的火焰蔓延速率和复合材料板温度分布情况等测试结果。

具体地，用复合材料火焰蔓延测试装置用来模拟飞机客舱中一个无法进入的区域。试验盘11的内侧用绝缘金属板包裹，用来模拟客舱边墙的绝缘和背面。从试验盘11的顶面到安装槽之间的距离为2.54厘米。

利用上述复合材料火焰蔓延测试装置，进行复合材料火焰蔓延测试时，将复合材料通过安装槽安装在试验盘11上，将复合材料的外侧暴露在实验室的环境条件下。试验盘11底部的放置盘为绝缘外壳，泡沫块火源21为一个10.16×10.16×22.86厘米未经处理的聚氨酯泡沫块，底部浸泡了10毫升的庚烷，庚烷均匀浸入泡沫块上表面，以促进均匀燃烧。在放置盘的中间焊接有一个钉子来固定泡沫块火源21。在泡沫块周围放置一个用玻璃纤维球棒绝缘的半圆形金属护套，以防止热损失，并将热导向试验盘11。试验盘11与水平面成30度角。在测试过程中，使用k型热电偶31测量试验盘11温度，该热电偶31放置在试验盘11底板内表面1/8长度范围内，底板垂直中心线两侧各7.62厘米，采用两种方法之一控制试验盘11的外、背面热损失率。第一种方法是将12.7mm厚的陶瓷纤维板(CFB)直接放在试验盘11的外表面，其尺寸为宽457.2mm×长1219.2mm。

所有试验均在一个26'×52'的实验室中进行，该实验室的天花板为边长6米，温度相对恒定，范围为60°F-80°F(15.5℃-26.6℃)。泡沫块火源21是通过在量筒中测量出10毫升的庚烷而制备的。庚烷被倒进放置盘，泡沫块的底部(10.16厘米见方的一面)用来从放置盘中吸收庚烷。然后泡沫块的中心被泡沫块支架12上的尖刺刺穿并向下推，使泡沫块浸透庚烷的一端与泡沫块支架12表面齐平。然后将泡沫块支架12放入测试设备的火箱端，水平对齐在试验盘11中心线上。将一块宽457.2mm×长304.8mm的平板金属片通过安装槽放入活动框16中，以确定试验盘11到泡沫块之间的距离，如图2所示。泡沫块上边缘与金属片的内表面接触。然后，金属板被移走，换上复合材料板安装到试验盘11上。

为避免复合材料板在加热过程中发生弯曲，提前用夹子将复合材料板固定在当前被金属板测试好的位置上。用手持打火机点燃泡沫块，然后工作人员离开房间，远程观察测试。当测试仪器没有发出任何可见烟雾时，就认为测试已经完成。随后，实验室用排气扇进行了疏散，工作人员重新进入房间移除试验盘11。当试验盘11冷却后，测量烧伤的长度和宽度。烧伤区域被认为是那些显示出树脂损耗和表面暴露碳纤维的证据。完成测试。

在测试过程中，通过底板上安装的多个热电偶实时测量温度分布情况，随着时间变化测量到的峰值温度、到峰值的时间和峰值宽度，通过现有方法画出时间温度曲线，得到温度剖面宽度和测量到的燃烧长度之间的关系。通过上述复合材料火焰蔓延测试装置测得的温度分布、燃烧长度、对流热损失等相应数据，根据测试结果能够不断调整和筛选对应的复合材料。

实施例二

与实施例一的区别在于，本实施例中，在安装槽内还可以卡接安装有隔音棉，隔音棉与复合材料板贴合，且位于复合材料板的顶面，即复合材料板在隔音棉和试验盘底板之间。为了使隔音棉能够更好地与复合材料板贴合又不会因为增加其它材料而影响测试结果，在隔音棉的四周的非受火区域，做成一个用来张开隔音棉的框，隔音棉与这个框一起形成具有一定重量的片状结构，更加容易卡接在安装槽内，同时放在复合材料板上面。通过这样安装隔音棉，用来模拟飞机上的隔音层，对复合材料的在这个方向的火焰蔓延起到阻挡作用，模拟真实飞机中隔音层的作用，使复合材料板在遇到隔音棉后的火焰蔓延情况更加真实，测试结果更加准确，有利于通过试验获得更加准确的火焰蔓延速率和复合材料板温度分布情况等测试结果。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。