[發明專利]飛機外部火災的模擬實驗裝置

在審

• 申請號: 202010529827.7
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111681520A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 王堅;楊銳;張輝;楊文杰;陶振翔;李聰;劉全義
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王佳璐

本發明公開了一種飛機外部火災的模擬實驗裝置，包括實驗臺主體、火源系統和數據測量系統，實驗臺主體的筒型艙用于模擬實際飛機中部艙段，實驗臺主體的支撐架上端支撐筒型艙且高度可調；火源系統用于模擬飛機機身外部各區域受到的不同功率的火源；數據測量系統包括溫度分布測量系統、熱輻射通量測量系統和火羽流及射流測量系統，分別用來測量實驗過程中筒型艙外部表面溫度分布情況、筒型艙外不同位置的熱輻射通量變化情況及筒型艙外部的火焰形態、火羽流及射流特性。本發明可以在實驗室中對飛機機身外部不同部位受到不同功率火源的作用時飛機外部表面溫度分布及熱輻射通量變化規律、火羽流及其射流特性進行全面研究，具有成本低、測量準確等優點。

技術領域

本發明涉及飛機外部火災安全技術領域，尤其是涉及一種飛機外部火災的模擬實驗裝置。

背景技術

飛機是現代高新技術的高度集成，普通民用飛機價格十分昂貴。然而，隨著航空業的不斷發展，停場飛機的外部火災事故時有發生，飛機外部火災問題引起人們的廣泛關注和深刻思考。飛機在停場進行牽引、檢修、加油及裝卸貨等過程中，外部環境相對復雜，不可避免會發生火災事故。外部火災的火焰的熱輻射和熱對流均會對飛機表面造成不同程度的損傷，影響飛機外表面完整性、結構支持性、耐腐蝕性等，更有可能影響飛機內部設備受熱影響,導致產生難以估量的損傷。

飛機周圍的載荷發生火災所產生的火焰高溫熱輻射和熱對流，對飛機機體內外造成不同程度的損失。飛機周圍的火災載荷來源多種多樣，機場周圍航站樓廊橋火災、機場周圍施工工地、飛機外掛的相關裝置、牽引車輛、泄露的飛機燃油等等。不同載荷燃燒的火源功率、火源形態、火羽流及射流均不相同，同時著火物與飛機的相對位置不同對飛機造成的影響也不相同，因此，很難判斷飛機表面受損最嚴重區域，更無法確定火災對飛機內部設備造成的損失情況。

對于開放環境下火災燃燒，無論是固體火災、液體火災、氣體火災、前人通過使用木材、紙箱、正庚烷、航空煤油、甲烷、丙烷等燃料作為實驗對象，對其燃燒特性、火焰形態、火羽流及射流等方面開展了大量的深入研究，但是研究主要集中在火災本身的一些特征上面。尤其是美國的NIST和中國科學技術大學火災重點實驗室開展了大量研究，其中NIST的Hamins等人應用傳熱原理和能量守恒定律分析燃燒過程中的熱傳遞模式，建立了計算穩態燃燒過程平均燃燒速率的模型。周魁斌基于火焰形態特性提出了一種用于預測火焰輻射的模型。火災與頂棚、側壁等相互作用也有大量的實驗研究，但都是基于建筑火災、隧道火災等受限條件下進行的。Hasemi通過實驗研究火源撞擊平面頂棚無側墻限制時，火源拓展長度與火源功率關系，并建立了無量綱預測模型。Ji等在隧道實驗室內研究火源與側墻的距離對隧道頂棚最高煙氣溫度的影響，發現頂棚下最高溫升與無限制空間時和火災發生在縱向中心線上時相比有所增加。然而，飛機本身處在開放環境中，且飛機機身為圓筒型，機身表面為弧面，不同相對位置和不同功率火源對飛機造成的何種影響，卻鮮有研究。以往的實驗數據和燃燒模型均不能很好的預測對弧面頂棚和側壁的影響。

由于全尺寸火災實驗需要調動大量的人力物力，經濟耗費大，受各種因素影響大，條件難以控制，可重復性差，因此不易開展。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種飛機外部火災的模擬實驗裝置，可以在實驗室中對飛機機身外部不同部位受到不同功率火源的作用時飛機外部表面溫度分布及熱輻射通量變化規律、火羽流及其射流相互作用的演化規律進行研究，操作控制簡單、成本低、可再現性良好、測量結果可信度高且可重復性強，為機場飛機停放設計、機場滅火救援戰術、飛機結構防護等提供科學依據與數據支撐。

根據本發明實施例的飛機外部火災的模擬實驗裝置，包括：

實驗臺主體，所述實驗臺主體包括筒型艙和支撐架，所述筒型艙用于模擬實際飛機中部艙段且整體體積小于實際飛機中部艙段，所述支撐架的上端支撐所述筒型艙且所述支撐架高度可調，以使所述筒型艙根據實驗需要處于水平狀態或傾斜狀態，以模擬實際飛機所處的狀態；