一种飞机货舱细水雾灭火系统和方法
阅读说明：本技术 一种飞机货舱细水雾灭火系统和方法 (Water mist fire extinguishing system and method for aircraft cargo compartment ) 是由 叶沉然 宣扬 梁爱侠 陈彦伟 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：一种飞机货舱细水雾灭火系统,包括一个或多个机上水源、一个或多个机上气源、货舱灭火管路、灭火系统控制装置、驾驶舱灭火控制单元,还包括：所述机上水源包括连接至所述货舱灭火管路的水源管路,所述机上气源包括连接至所述货舱灭火管路的气源管路,所述货舱灭火管路延伸至货舱内且包括多个双流体灭火喷嘴；用于控制所述机上水源的第一配电单元；用于控制所述机上气源的第二配电单元；用于控制所述货舱灭火管路的第三配电单元；所述第一配电单元、所述第二配电单元、所述第三配电单元由所述灭火驾驶舱灭火控制单元控制。本发明利用飞机上现有水资源和压力气源取代传统HALON灭火剂而实现由驾驶舱控制的货舱内高效灭火。本发明还涉及利用以上飞机货舱细水雾灭火系统的灭火方法。(The utility model provides an aircraft cargo hold water mist fire extinguishing systems, includes one or more on-board water source, one or more on-board air supply, cargo hold fire extinguishing pipeline, fire extinguishing systems controlling means, cockpit fire extinguishing control unit, still includes: the onboard water source comprises a water source pipeline connected to the cargo compartment fire-extinguishing pipeline, the onboard air source comprises an air source pipeline connected to the cargo compartment fire-extinguishing pipeline, and the cargo compartment fire-extinguishing pipeline extends into the cargo compartment and comprises a plurality of dual-fluid fire-extinguishing nozzles; a first power distribution unit for controlling the on-board water source; a second power distribution unit for controlling the onboard air supply; a third power distribution unit for controlling the cargo compartment fire suppression piping; the first power distribution unit, the second power distribution unit and the third power distribution unit are controlled by the fire extinguishing control unit of the fire extinguishing cockpit. The invention utilizes the existing water resource and pressure gas source on the airplane to replace the traditional HALON fire extinguishing agent to realize the high-efficiency fire extinguishing in the cargo hold controlled by the cockpit. The invention also relates to a fire extinguishing method using the water mist fire extinguishing system for the cargo compartment of the airplane.)
技术领域
本发明涉及飞机制造领域，尤其是涉及飞机货舱细水雾灭火系统和方法。
背景技术
根据CCAR 25.857条货舱等级，C款规定，针对民用运输类飞机C级货舱需配置有从驾驶舱处可操纵的、经批准的固定式灭火或抑制系统。目前使用HALON1301灭火剂的HALON货舱灭火系统在民用飞机领域得到了广泛的应用。
HALON1301灭火剂是一种高效、稳定的卤代烷灭火剂，但其因含有溴原子，对臭氧层的破坏作用极强，其臭氧耗损潜能ODP和温室效应潜能GWP分别为10.0和5.1。随着国际社会对环保领域的日益重视，联合国环境规划署(UNEP)于上世纪70年代起就开始关注臭氧层破坏问题，并经一系列讨论与规划，在1987年和1990年召开会议通过了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，《议定书》明确规定了5类氯氟烃物质和3种HALON物质的生产、使用控制时间表。
针对航空领域，《议定书》也兼顾了技术现状和有序淘汰的原则，允许HALON灭火剂的暂时使用，但由于国际社会对臭氧层保护的态度坚决，HALON灭火剂的生产已被禁止，因此在航空领域的HALON灭火系统替代工作也刻不容缓。同时欧盟也通过相关立法明确规定了2018年12月31日后向EASA新申请TC证飞机的货舱固定式灭火系统不允许使用HALON类灭火剂。
在保护臭氧层的大环境下，HALON替代环保灭火剂的开发也应运而生。目前使用潜力较好的包括卤代烃类、超细干粉类、惰性气体类和细水雾类等。其中细水雾由于其清洁高效、无污染、破坏小等特点，作为HALON替代环保灭火剂之一备受青睐。
针对以上所述的各种替代HALON方案，业内已开发了多种系统和方法，例如：
JP06096124B2《混合货舱灭火剂分配系统(HYBRID TYPE CARGO-COMPARTMENTFIRE EXTINGUISHER DISCHARGE RELEASE SYSTEM)》，该专利提供了一种混合货舱灭火剂分配系统和方法。混合货物灭火剂分配系统至少包括可分配至少一种灭火剂的车辆管路装置。此外，初级灭火供应源装置与车辆管道装置结合，并且可以提供初步灭火剂的高体积流量。但该系统和装置是主要应用于车辆内灭火剂管理装置，并没有涉及取代HALON灭火剂的方案。
CN209967489U涉及一种双通道低压流体雾化喷头，该专利提供了一种双通道低压流体雾化喷头，该喷头至少包括：气体通道、液体通道、回转腔体和水雾出口，属于消防领域，涉及一种高效、节能、环保的消防喷头。该喷头能够将液体雾化成细微颗粒，从而实现液体的低能耗高效率雾化。但该喷头并没有涉及取代HALON灭火剂的整体货舱灭火系统。
EP1547651B1《用于飞机货舱的灭火系统，具有用于排出流体的两个容器以及连接到控制阀上以将流体释放到货舱空间中的过滤器(FIRE FIGHTING SYSTEM FOR CARGOHOLD OF AIRCRAFT HAS TWO CONTAINERS FOR EXTINGUISHING FLUID AND FILTERCONNECTED TO CONTROL VALVES RELEASING FLUID INTO SPACE CONTAINING CARGO)》提出了用于飞机货舱的整体灭火系统，特别是采用液体或泡沫淹没货舱。安装在飞机上的灭火系统设有两个用于灭火液的容器。如果检测到火灾，第一个容器被加压，流体流动，直到容器空，然后阀门打开，让液体从第二个容器流入货舱。显然，该现有技术并没有涉及取代HALON灭火剂的整体货舱灭火系统。
CN112316350A涉及一种应用于大型民机货舱火灾抑灭的水基验证系统平台，该现有技术包括标准实验舱、细水雾发生装置和控制模块，所述细水雾发生装置位于所述标准实验舱内。该水基验证系统平台用于模拟货舱火警细水雾抑制，但与并未提供与飞机货舱实际应用场景下的连接与配置关系，因此并不能作为取代传统HALON灭火剂的整体货舱灭火系统。
CN212187528U涉及一种直升机用的细水雾消防装置，该现有技术利用细水雾耗水量且提高了灭火效率，减少了直升机下降蓄水的次数，但其并未涉及飞机货舱内灭火系统。
发明内容
鉴于现有技术的上述情况，本发明提出了一种飞机货舱细水雾灭火系统和方法，利用飞机上现有水资源和压力气源取代传统HALON灭火剂而实现由驾驶舱控制的货舱内高效灭火。
为此，本发明提供了一种飞机货舱细水雾灭火系统，包括机上水源、一个或多个机上气源、货舱灭火管路、灭火系统控制装置、驾驶舱灭火控制单元，其特征在于，还包括：
所述机上水源连接至所述货舱灭火管路的水源管路，所述机上气源连接至所述货舱灭火管路的气源管路，所述货舱灭火管路延伸至货舱内且包括多个双流体灭火喷嘴；
用于控制所述机上水源的第一配电单元；
用于控制所述机上气源的第二配电单元；
用于控制所述货舱灭火管路的第三配电单元；
所述第一配电单元、所述第二配电单元、所述第三配电单元由所述驾驶舱灭火控制单元控制。
藉由本发明的以上方案实现细水雾灭火系统在民用飞机货舱中的应用需解决的技术问题主要包括：灭火剂“水”及生成细水雾所需“高压气体”的取用问题，因民用飞机对重量控制有严格要求，额外增加“水源”或“气源”将对飞机运营经济性造成损害，为解决上述技术问题，本发明中“水源”可取自机上已有水源(例如水废水系统的水箱)，“气源”可取自机上已有气源(例如发动机引气或APU引气)。
同时，本发明还提供了一种飞机货舱细水雾灭火方法，包括机上水源、一个或多个机上气源、货舱灭火管路、灭火系统控制装置、驾驶舱灭火控制单元，其特征在于，还包括：
将所述机上水箱连接至所述货舱灭火管路的水源管路，将所述机上气源连接至所述货舱灭火管路的气源管路，将所述货舱灭火管路延伸至货舱内且提供多个双流体灭火喷嘴；
提供用于控制所述机上水源的第一配电单元；
提供用于控制所述机上气源的第二配电单元；
提供用于控制所述货舱灭火管路的第三配电单元；
由所述驾驶舱灭火控制单元控制所述第一配电单元、所述第二配电单元、所述第三配电单元。
藉由以上本发明的系统和方法，本发明提供了可替代HALON灭火剂的整体货舱灭火系统，满足ICAO和EASA最新的环保要求；且细雾化水所需双流体均可取自民用飞机机载系统(水废水系统和气源系统)可有效降低灭火成本，可以最大程度地减少细水雾灭火系统机上替换对飞机构型的影响。
附图简述
图1是本发明飞机货舱细水雾灭火系统的结构示意图；
图2是利用本发明图1所示灭火系统的操作流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种飞机货舱细水雾灭火系统，该系统包括机上水源，该机上水源具有水箱1，水箱1包括出口活门101。该机上水源可来自于机上的专用灭火水箱，也可以是机上已有的其它水箱，如机上废水系统的水箱，因此并不会额外增加水源，而可以满足民用飞机严格控制重量的需求。同时，由于货舱往往离机上水箱有一定距离或高度差，为实现及时的灭火水源释放，机上水源还包括增压装置，保证了水箱内有充足的压力可在货舱火情的情况下及时排出，且最终快速地向货舱内释放细水雾。水箱1中安装有压力传感器(图中未示出)以实时监控水箱内部压力。
在一个实施例中，前述的增压装置可由一机上气源2实现，该机上气源是机上已有气源，例如包括发动机引气、APU引气，藉由一气源管路201引出到水箱1中以对水箱1增压。然而，本领域技术人员亦可以更理解的是，增压装置亦可以是一机械增压泵(图中未示出)以对水箱1内的水进行机械增压。
在水箱1由持续引气增压至正常工作压力P1的情况下，该压力可保证在水箱出口活门101开启后向灭火系统提供正常工作所需水流量。水箱上还可安装泄压装置(图中未示出)，当水箱1内部压力大于设定阈值P2时，泄压装置自动开启释压，防止内部压力过高损坏水箱。同时水箱1上还安装有加温装置104，将水箱内部温度控制在正常工作温度T1以上，确保飞机运行环境内水不会结冰而妨碍灭火系统正常工作。
本发明还包括用于控制机上水源供给灭火系统的第一配电单元102，该第一配电单元102在接到指令时可向水箱1上的出口活门101供电，以打开该出口活门，使得水箱1中的水可通过水源管路103流出，该水源管路103与通向货舱的货舱灭火管路3连通。
本发明的机上气源2有一个或多个，除用于向水箱1增压外，还用于直接向货舱灭火管路3供气。在一实施例中，气源管路201除用于对水箱1增压外，还与货舱灭火管路3连通，且在该管路201上设有引气调压活门202，一用于控制机上气源供给的第二配电单元203向气源管路201上的该引气调压活门202供电，以打开引气调压活门。该引气调压活门202在气源管路201压力变化时可自动调节引气压力，使得引气压力不低于P3，该压力可提供灭火系统正常工作所需的气相压力。
因机上发动机或APU引气往往温度较高，为了解决“气源”的温度适用性问题，例如已超过水的沸点温度而无法直接取用，在本发明中“机上气源”的下游管路、即气源管路201上还可安装有热交换器204，可将高温气源温度降至合适温度。
货舱灭火管路3延伸至货舱4内，在货舱4内的管路3上设有多个双流体灭火喷嘴301，这些喷嘴较佳地可以是双流体超音速灭火喷嘴以获得更佳的细水雾化效果。当有多个货舱时，如图1所示的实施例中包括两个货舱4，则灭火管路3可分支至此两个货舱内。本领域技术人员亦可以理解，可以根据机上货舱的实际数量来配置货舱灭火管路3以确保每个货舱内皆布置有本发明的细水雾灭火系统。
在货舱灭火管路3上还设有控制阀门302，该控制阀门由第三配电单元303供电，而打开阀门形成灭火通路。
本发明的飞机货舱灭火系统还包括灭火系统控制装置5，该装置5连接于机上的航电网络6，而可向驾驶舱内、由飞行员操作的驾驶舱灭火控制单元7发出报警指示。
以下结合图2将对本发明的货舱灭火系统的操作过程进行举例说明：
当货舱4产生起火烟雾时，货舱内的烟雾探测器探测到烟雾后发出烟雾告警信号，灭火系统控制装置5接收到告警信号后通过航电网络6传输报警信号给驾驶舱内的灭火控制单元7，飞行员在接收到报警指示后，操作指定货舱的灭火开关执行货舱灭火程序。
灭火系统执行货舱灭火程序(例如可通过驾驶舱灭火控制单元7或通过灭火系统控制装置5)将灭火信号Si发送给第一配电单元102、第二配电单元203和第三配电单元303。由第一配电单元102向机上水箱1的出口活门101供电，打开出口活门101以排出水流。
为保证排出的水流能够满足灭火系统正常工作所需的状态，水箱1内安装有压力传感器，用于实时监控水箱1内部压力。水箱1可由增压装置，如机上气源2持续引气增压至P1，该压力可保证水箱出口活门101开启后提供灭火系统正常工作所需水流量。水箱1上还可安装有泄压装置，当水箱1内部压力大于设定阈值P2时，泄压装置自动开启释压，防止内部压力过高损坏水箱。同时水箱1上安装有加温装置104，将水箱内部温度控制在T1以上，确保在飞机正常运行环境内箱内水不会结冰，妨碍灭火系统正常工作。当水箱内部压力下降至小于P1时，灭火系统控制装置5将在驾驶舱内发出水箱低压告警指示，提示飞行员系统故障。例如，飞行员可以执行加压操作，可由第二配电单元203向气源管路201上的引气调压活门202供电，打开活门，高压引气首先通过热交换器204进行降温，随后通向水箱以对水箱1内水进行增压。引气调压活门202在气源管路压力变化时可自动调节引气压力，使得引气压力不低于P3，该压力可提供灭火系统正常工作所需的气相压力。
同时，当第二配电单元203接收到灭火信号Si时，第二配电单元203向气源管路201上的引气调压活门202供电，打开活门202，高压引气首先通过热交换器204进行降温，通过气源管路201向货舱灭火管路3供气。
当接收到灭火信号Si时，第三配电单元303控制阀门302供电，打开阀门形成灭火通路。水箱1上的出口活门101开启后，在供水压力的驱动下，水经过水源管路103进入灭火管路3而抵达位于货舱4内的多个灭火喷嘴301处。气源管路201上引气调压活门202开启后，气源经过气源管路进入灭火管路3而抵达货舱灭火喷嘴301处。此时水在高压引气的作用下经过双流体超音速喷嘴301雾化，形成满足要求的小粒径细水雾滴(一般小于200μm)。通过细水雾在货舱4的释放，实现货舱内火灾的扑灭和抑制。
此外，因机上“气源”和“水源”的使用场景繁多，故无法通过源头参数变化反映“气源”和“水源”的使用情况，本发明通过在水箱1与货舱灭火管路3之间的水源管路103和机上气源2与货舱灭火管路3之间的气源管路201上分别设有水流量传感器106和压力传感器105和气流量传感器206和压力传感器205，分别反馈“水源”和“气源”的释放情况，能帮助飞行员更好地了解实际灭火实施情况。例如，当水的流量或压力低于阈值时，灭火系统将提示故障，或当气体压力低于阈值时，灭火系统将提示故障。
藉由以上结合具体实施例描述的本发明灭火系统，本领域技术人员可以了解到，本发明相比现有技术具在以下优点：
1)本发明的细水雾灭火系统属于货舱环保灭火系统，满足ICAO和EASA最新的环保要求；
2)本发明灭火系统中细雾化水所需双流体均可取自民用飞机机载系统(废水系统和气源系统)不采用额外的灭火剂，可有效降低灭火成本；
3)本发明灭火系统中细雾化水所需双流体均可取自民用飞机机载系统(废水系统和气源系统)，可以最大程度的减少细水雾灭火系统机上替换对飞机构型的影响。
相应地，本发明明还提供了一种飞机货舱细水雾灭火方法，包括一个或多个机上水源1、一个或多个机上气源2、货舱灭火管路3、灭火系统控制装置5、驾驶舱灭火控制单元7，其中还包括：将所述机上水箱1连接至所述货舱灭火管路3的水源管路103，将所述机上气源2连接至所述货舱灭水管路3的气源管路201，将货舱灭火管路3延伸至货舱4内且提供多个双流体细水雾喷嘴301；提供用于控制所述机上水箱1的第一配电单元102；提供用于控制所述机上气源2的第二配电单元203；提供用于控制所述货舱灭火管路1的第三配电单元303；由所述驾驶舱灭火控制单元7控制所述第一配电单元102、所述第二配电单元203、所述第三配电单元303。
虽然以上结合附图和实施例对本发明的作出描述，但是本领域技术人员可以理解，在本发明构思范围内作出的任何变型或改型以及本文所述具体特征的等同替换，皆落入所附权利要求书的保护范围内。
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