一种应用于大型民机货舱火灾抑灭的水基验证系统平台

技术领域

本发明涉及飞机防灭火试验技术领域，具体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。

背景技术

航空工业普遍认为哈龙机载灭火系统是飞机机舱最有效的灭火系统，但由于哈龙灭火剂会消耗大气中的臭氧物质，国际环保组织便要求民航界用洁净灭火器包括机载灭火器，为此进行了飞机哈龙替代灭火技术研究，经过欧美等国开展的大量研究工作，目前细水雾已经成为民用飞机货舱哈龙替代的理想选择。美国FAA先后制定出四部关于机载哈龙替代的最低性能标准(MinimumPerformanceStandard，简称MPS)和实验验证方法。新的飞机货舱灭火系统需要满足四种不同的防火测试场景分别为：大尺度固体火、集装箱固体火、表面燃油池火和气瓶爆炸。在2000ft3(8.11m×4.16m×1.67m)的FAA标准飞机货舱中每个火灾场景至少进行5次实验，将数据采集分析后，将新型灭火剂的灭火性能与通用标准进行比较，并决定改灭火剂是否通过测试。在FAA专门制定MPS标准后，研发的细水雾灭火抑火系统必须通过FAA 标准并在接近真实环境中得到检验。

现有的民机货舱细水雾灭火实验平台无法满足多种防火测试场景实验下的细水雾的控制需求。细水雾灭火平台需要有高效率高精度的情形下才能达到接近真实环境下进行一系列的民机货舱细水雾抑灭火的实验研究，而因货舱环境变化较为剧烈、细水雾控制平台搭建精度不高，使得实验需求精度较低。为了满足实验研究的科学性和准确性，需要设计一种能够模拟飞机货舱内部环境以及精确的民机货舱火灾抑灭的水基验证系统平台。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的民机货舱细水雾灭火实验平台无法满足多种防火测试场景实验下的细水雾的控制需求，目的在于提供一种应用于大型民机货舱火灾抑灭的水基验证系统平台，解决了精准模拟飞机货舱内部环境以及精确的民机货舱火灾抑灭，民机货舱细水雾灭火实验平台满足多种防火测试场景实验下的细水雾的控制需求的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种应用于大型民机货舱火灾抑灭的水基验证系统平台，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；所述细水雾发生装置包括供水调节模块、供水管道、供气管道、多个水气计量模块和多个细水雾喷头，所述供水调节模块、供水管道、多个水气计量模块和多个细水雾喷头依次连接，所述供气管道、多个水气计量模块和多个细水雾喷头依次连接；所述控制模块信号连接所述供水调节模块和所述多个水气计量模块；所述多个水气计量模块与所述多个细水雾喷头一一对应设置，所述水气计量模块用于计量和控制进入所述细水雾喷头的水量和气量。

本发明通过控制模块对细水雾发生装置进行控制，从而控制细水雾喷头喷出的雾量状态，实现了精准控制细水雾工作时的流量、压力等参数，使得试验工况更加贴合MPS标准，能够实现在同等变量下多个细水雾喷头任意一种组合的开启与关闭，进行对于细水雾抑灭火的实验研究。本发明的细水雾属于低压双流体细水雾，是一端进气一端进水，在细水雾喷头中作用后达到细水雾的效果。本发明包括了标准实验舱和细水雾发生装置模块，标准实验舱使得实验要求的环境得到保证，可模拟飞机货舱内部环境，在满足MPS的标准下进行多种类型的火灾、爆炸及灭火实验研究。

进一步的，所述供水调节模块连接外供水源或水箱，所述供气管道连接空压机供气源。

进一步的，所述控制模块包括输入端，所述输入端用于获取实验所用的参数。

进一步的，所述标准实验舱按照美国制定的MPS的标准进行设计。

进一步的，所述标准实验舱的材质采用国产优质碳钢。

进一步的，所述标准实验舱包括多段舱壳，所述多段舱壳可分离的拼装在一起，所述舱壳上设置有舱门、高强度观察窗和检测安装接口，所述高强度观察窗的材质采用防火玻璃，所述标准实验舱底部设置有排水口。

进一步的，所述水气计量模块包括供水电磁阀、水流量计和压力传感器，所述供水电磁阀、水流量计和压力传感器依次连接于所述供水管道和所述细水雾喷头之间；所述水气计量模块包括供气电磁阀、电动调节阀、数字电控减压阀和气体流量计，所述供气电磁阀、电动调节阀、数字电控减压阀和气体流量计依次连接于所述供气管道和所述细水雾喷头之间。

进一步的，所述供水管道和所述供气管理均采用钢化软管。

进一步的，所述标准实验舱内设置有多种仪器接口，所述多种仪器接口用于接入多种测试仪器。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明通过控制模块控制细水雾发生装置的各种阀位的开启，可以得到所要求的细水雾状态，使得实验的参数和变量更加精确，精准模拟飞机货舱内部环境以及精确的民机货舱火灾抑灭。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构框架图；

图2为实施例结构图；

图3为实施例结构明细图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-细水雾喷头，2-供水电磁阀，3-水流量计，4-压力传感器，5-气体流量计，6-数字电控减压阀，7-电动调节阀，8-供气电磁阀，9-变频水泵，10-精密过滤器，11-带压外供水源， 12-空压机供气源。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例1是一种应用于大型民机货舱火灾抑灭的水基验证系统平台，包括标准实验舱、细水雾发生装置和控制模块，细水雾发生装置位于标准实验舱内；细水雾发生装置包括供水调节模块、供水管道、供气管道、多个水气计量模块和多个细水雾喷头1，供水调节模块、供水管道、多个水气计量模块和多个细水雾喷头1依次连接，供气管道、多个水气计量模块和多个细水雾喷头1依次连接；控制模块信号连接供水调节模块和多个水气计量模块；多个水气计量模块与多个细水雾喷头1一一对应设置，水气计量模块用于计量和控制进入细水雾喷头1的水量和气量。如图1和图2所示。

供水调节模块连接外供水源或水箱，供气管道连接空压机供气源12。控制模块包括输入端，输入端用于获取实验所用的参数。标准实验舱按照美国制定的MPS的标准进行设计。标准实验舱的材质采用国产优质碳钢。标准实验舱包括多段舱壳，多段舱壳可分离的拼装在一起，舱壳上设置有舱门、高强度观察窗和检测安装接口，高强度观察窗的材质采用防火玻璃，标准实验舱底部设置有排水口。水气计量模块包括供水电磁阀2、水流量计3和压力传感器4，供水电磁阀2、水流量计3和压力传感器4依次连接于供水管道和细水雾喷头1之间；水气计量模块包括供气电磁阀8、电动调节阀7、数字电控减压阀6和气体流量计5，供气电磁阀 8、电动调节阀7、数字电控减压阀6和气体流量计5依次连接于供气管道和细水雾喷头1之间。如图3所示。供水管道和借气管理均采用钢化软管。标准实验舱内设置有多种仪器接口，多种仪器接口用于接入多种测试仪器。控制模块采用PLC变频控制器。供水调节模块连接外供水源或水箱，供气管道连接空压机供气源12。控制模块包括输入端，输入端用于获取实验所用的参数。标准实验舱按照美国制定的MPS的标准进行设计。标准实验舱的材质采用国产优质碳钢。标准实验舱包括多段舱壳，多段舱壳可分离的拼装在一起，舱壳上设置有舱门、高强度观察窗和检测安装接口，高强度观察窗的材质采用防火玻璃，标准实验舱底部设置有排水口。水气计量模块包括供水电磁阀2、水流量计3和压力传感器4，供水电磁阀2、水流量计3和压力传感器4依次连接于供水管道和细水雾喷头1之间；水气计量模块包括供气电磁阀8、电动调节阀7、数字电控减压阀6和气体流量计5，供气电磁阀8、电动调节阀7、数字电控减压阀6和气体流量计5依次连接于供气管道和细水雾喷头1之间。供水管道和借气管理均采用钢化软管。标准实验舱内设置有多种仪器接口，多种仪器接口用于接入多种测试仪器。控制模块采用PLC变频控制器。

本实施例1通过控制模块对细水雾发生装置进行控制，从而控制细水雾喷头喷出的雾量状态，实现了精准控制细水雾工作时的流量、压力等参数，使得试验工况更加贴合MPS标准，能够实现在同等变量下多个细水雾喷头任意一种组合的开启与关闭，进行对于细水雾抑灭火的实验研究。本实施例1的细水雾属于低压双流体细水雾，是一端进气一端进水，在细水雾喷头中作用后达到细水雾的效果。本实施例1包括了标准实验舱和细水雾发生装置模块，标准实验舱使得实验要求的环境得到保证，可模拟飞机货舱内部环境，在满足MPS的标准下进行多种类型的火灾、爆炸及灭火实验研究。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上，一种应用于大型民机货舱火灾抑灭的水基验证系统平台，满足美国FAA制定的四部关于机载哈龙替代的最低性能标准(MinimumPerformanceStandard，简称MPS)，模拟飞机货舱内部环境以及提供精确的细水雾灭火实验平台，有助于开展多种细水雾抑灭火的实验研究。

整合集成了标准实验舱和细水雾发生装置，其中标准实验舱是按照美国制定的MPS的标准进行设计，尺寸为8.11m×4.16m×1.67m；细水雾发生装置通过控制模块，采用一键式控制，拥有八个细水雾喷头平均分布于标准实验舱中，实现了精准控制细水雾工作时的流量、压力等参数，使得试验工况更加贴合MPS标准，能够实现在同等变量下八只喷头任意一种组合的开启与关闭，进行对于细水雾抑灭火的实验研究。

标准实验舱是一种多功能全尺寸模拟试验装置，用于模拟飞机货舱内部的环境，并可在舱内开展多种类型的火灾、爆炸及灭火实验研究等。可模拟开展不同高度条件下的货舱内散装货物火灾、货箱货物火灾、可燃液体火灾等适航标准实验，并可实时测量火灾实验过程的温度分布、热辐射、烟密度、气体组分和参数等。参考机舱失火为测试标准实验，主要做以下几种：舱内纸箱燃烧实验、舱内小集装箱(内含纸箱)燃烧实验、油盆燃烧实验，后续还可做相对的灭火设备测试实验。整个实验舱是由国产优质碳钢(Q235)材质构成，舱体包括三段可分离拼装的舱壳、舱门、高强度观察窗、检测安装接口。其中舱体内腔尺寸：8110mm(L) ×4160mm(W)×1670mm(H)，内腔容积为56.6±2.8m

细水雾发生装置模块由细水雾供水调节模块、喷头水气计量模块(共八个)、供水管道、供气管道和细水雾喷头组成。其中细水雾供水调节模块是对传统的供水的改良，此处加入了电脑端的一键控制模式，从控制柜的电脑界面端输入供水调节阀数值和回水调节阀数值 (0～100％)，供水阀数值一般为100％，表示全开，回水调节阀的数值决定此时供水流量参数 (0～5lpm)；此外输入空气减压阀的设定值(0～1Mpa)可以控制空气流量(0～950lpm)参数；水气计量模块设置了八组，主要由计量模块支架、调节阀、电磁阀、管道、电空减压阀组、温压补偿式涡街流量计、齿轮流量计和端子箱等部件组成，与八只细水雾喷头结合使用，平均分布于标准实验舱中，水气计量模块目的在于精确记录与控制细水雾的进气与进水的用量，本实施例2的细水雾属于低压双流体细水雾，是一端进气，另一端进水，在喷头中作用后达到细水雾的效果，如图3所示；供水管道使用钢化软管的结构，对比传统的塑料软管，钢化软管能够达到耐高温的目的，与此同时也可以满足易拆卸与易调节的优点。

本实施例2采用标准实验舱和细水雾发生装置。国产优质碳钢(Q235)材质构成的标准实验舱使得实验要求的环境得到保证，可模拟飞机货舱内部环境，在满足MPS的标准下进行多种类型的火灾、爆炸及灭火实验研究，目前设计的实验包括四种舱内纸箱燃烧实验、舱内小集装箱(内含纸箱)燃烧实验、油盆燃烧实验；细水雾发生装置由更加精确的供水调节模块、水气计量模块、喷头、供水管道以及供气管道组成，细水雾供水调节模块控制着细水雾喷头水气计量模块，由试验机组PLC变频控制器组成，可在细水雾控制柜里输入供水调节阀的数值(0～100％)，一般设置100％，其次输入回水调节阀(0～100％)的参数提供0～5lpm范围内的供水流量，最后输入减压阀数值(0～1Mpa)提供0～950lpm范围内的空气流量；其次在电脑界面端将供气与供水开关按钮打开，空压机输入的气体便经过供气管道进入细水雾喷头，水箱中的水流由供水管道进入细水雾喷头，气体与液体在细水雾喷头中相互作用形成低压双流体细水雾，通过气体流量计与液体流量计便可得到此时的空气流量、空气压力、供水压力等参数，能够精准快速有效的提供空气流量0～950lpm、液体流量0～5lpm范围内任一气液比的细水雾效果，最多可以达到实时控制八个喷头进行细水雾灭火实验，提高实验的科学性和准确性；此外在标准实验舱中还预留了许多测量仪器接口，便于相关实验的布置与测量，可通过观察口观测实验现象。

本实施例2可以快速准确地将气体流量、液体流量按指定用量输送至喷头，可同时实现达到最佳抑灭民机货舱火灾效果以及不同范围内(空气流量：0～950lpm、液体流量0～5lpm) 的细水雾雾场特性，功能较全面。标准实验舱完全根据美国FAA制定的四部关于机载哈龙替代的最低性能标准(Minimum Performance Standard，简称MPS)进行设计，具有理论可靠性；在细水雾供水调节模块处设计PLC变频控制器，控制各阀位相互运作，使得细水雾灭火实验的参数具有稳定性和精确性，能够精准达到空气流量为0～950lpm和气体流量0～5lpm范围内任何气液比的低压双流体细水雾效果；标准实验舱采用国产优质碳钢(Q235)材质，供水管道与供气管道均采用钢化软管材质，均耐高温，保证试验工况改变的安全性，同时，实验舱内也设有排水口，防止细水雾灭火实验时舱内底部有积水现象。通过控制模块控制各种阀位的开启，可以得到所要求的细水雾状态，在喷头水气计量模块处添加控制模块，使得参数、变量更加精确。

不启动细水雾情况下，单独利用标准实验舱进行相关火灾实验，实验舱体内腔尺寸为 8110mm(L)×4160mm(W)×1670mm(H)，内腔容积为56.6±2.8m

在标准实验舱内结合细水雾发生装置，包括细水雾供水调节模块和喷头水气流量模块，开展细水雾雾场特性实验。细水雾供水调节模块控制着喷头水气计量模块，包括试验机组PLC 变频控制器，在细水雾控制柜里输入供水调节阀的数值100％，其次输入回水调节阀参数：90％、 61％、54％；输入减压阀参数：170kpa、220kpa、279kpa，能够得出气液比分别为250/0.5、 300/0.75、350/1的低压双流体细水雾，细水雾控制柜中有对应的喷头水气计量模块的控制区域，可以实现同时控制最多八个喷头的开启与停止，此时可以在实验舱中搭建图像采集系统进行细水雾雾场特研究实验，可以使用粒子图像测速(PIV)系统和马尔文仪设备分别测量气液比为250/0.5、300/0.75、350/1的低压双流体细水雾雾锥角、雾滴速度、雾通量、雾动量以及雾滴粒径等参数，此外利用八个喷头可以同时开启和关闭的优点，可以进行多喷头相互作用时雾场特性的研究。

通过细水雾供水调节模块和喷头水气计量模块组成的细水雾发生装置，能够实现更加精准以及稳定的细水雾喷射状态，操作简单，利用可以同时控制八个喷头的开启与停止的特性，可实现对单喷头以及多喷头情形下细水雾雾场特性研究。进行细水雾灭火实验时，将火源设置在舱体中间部位，进行单喷头、双喷头、四喷头、六喷头灭火实验，采用图像采集系统以及温度采集系统和烟雾探测系统，对细水雾灭火实验进行研究。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。