一种模拟飞机货舱火灾燃爆的实验装置及方法

本发明属于飞机货舱火灾特性研究，具体涉及一种模拟飞机货舱火灾燃爆的实验装置及方法。

背景技术：

1、随着航空业的蓬勃发展，民用航空飞机运输的日益频繁，飞机客舱内的火灾问题成为关注的焦点。特别是飞机客舱作为典型的受限空间，内部材料种类复杂，极易引发火灾，尤其是火灾轰燃等极端危险情况。

2、飞机货舱火灾的特殊性在于其长度方向上的尺度显著大于高度和宽度方向的尺度，形成了一个独特的狭长空间构造。相较于其他移动受限空间，货舱的通风口极为有限，仅有货舱门作为唯一的出口，这在火灾时造成了严重的排烟和散热难题。烟雾和热量无法迅速排出，积聚在货舱内，为周围的可燃物提供了可燃条件。而且飞机货舱通常使用轻质且高度易燃的材料，以降低飞机的整体重量。尤其值得关注的是，由于货舱的尺度差异，一旦火灾发展至轰燃阶段，它往往比其他移动受限空间更早发生。轰燃的发生使火灾在极短时间内快速扩散，整个货舱几乎陷入一片火海。此时，所有可燃物的表面开始燃烧，形成高温、高压的火焰环境，极易引发烧穿货舱壁板从而引起机毁人亡的严重事故。

3、由于飞机货舱的密闭受限空间，一旦发生火灾，气体的流动受到限制，若突然打开舱门，大量空气会迅速涌入，可能引发火灾轰燃，对消防员的安全构成严重威胁。因此，研究飞机货舱在特定压力，通风情况下轰燃发生时燃爆射流的速度和温度成为至关重要的任务。

4、因此，如何提供一种模拟飞机货舱火灾燃爆的实验装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种模拟飞机货舱火灾燃爆的实验装置及方法，以满足对飞机货舱火灾防控系统的深入研究和测试需求。通过该装置，能够更全面地了解货舱火灾轰燃的发展过程以及在不同环境条件下轰燃对飞机壁板材料的破环情况，从而为设计更有效的灭火系统、提升飞机货舱防火性能提供科学依据。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种模拟飞机货舱火灾燃爆的实验装置，其包括：

3、模拟舱体，所述模拟舱体的一侧壁上设有开合的舱门，所述模拟舱体的另一端设有观察窗；

4、通气组件，所述通气组件连接并连通在模拟舱体靠近舱门的一侧壁上，所述通气组件用来模拟舱门附近的通风情况；

5、压力调节组件，所述压力调节组件连接并连通在模拟舱体的顶壁上并实现模拟舱体内部的压力调节；

6、火源发生器，所述火源发生器固定在所述模拟舱体的内部并用来点燃模拟舱体内的货物；

7、传感器组件，所述传感器组件布置在所述模拟舱体的内部并用来探测模拟舱体内的温度、压力及热流数据；

8、测控系统，所述测控系统与所述通气组件、压力调节组件、火源发生器及传感器组件电信号连接。

9、本发明的有益效果是：模拟舱体用来模拟飞机货舱，减少实验装置在空间上的占用，观察窗用来实时观察舱内情况，通气组件用于精确控制气体流量，并模拟舱门附近的通风情况，可以实现对气体流量的实时调整，满足不同阶段实验要求，还可以由通风组件供入氧气，达到轰燃环境；压力调节组件用于实现舱内燃烧过程的压力平衡，也可以根据实验目的改变实验条件，传感器组件是舱内数据获取的重要部件，用于火灾过程中轰燃发生时燃爆气体温度、射流火焰温度和热流密度实验数据的高速采集和传输，测控系统用于联控各组件，保证实验的顺利进行。本发明提供通风有限的飞机机舱空间，可在不同的压力、温度和通风环境条件下进行实验研究，以探究飞机货舱中发生火灾时轰燃对飞机壁板的危害。本发明为飞机安全事故的预防与控制、事故调查测试提供数据支持，同时可为新装备的检验提供实验手段和研究环境。

10、优选的，所述模拟舱体由多块壁板组装成型，所述模拟舱体的顶板拆卸密封连接，所述模拟舱体的底部固定有支架，所述模拟舱体为等比例放缩的飞机货舱。

11、由此产生的技术效果是：模拟舱体由多块壁板组装成型，顶板可拆卸密封连接，能方便布置舱体内部材料，模拟舱体是等比例放缩的飞机货舱，达到真实模拟效果。

12、优选的，所述通气组件包括通风管、截止阀、电动调节阀、流量计及风机，所述通风管的一端连接并连通在模拟舱体靠近舱门的一侧，所述风机连接在所述通风管的另一端，所述截止阀、电动调节阀及流量计依次连接在所述通风管上，所述电动调节阀、流量计及风机分别与所述测控系统电信号连接，利用所述风机的正反转来改变风向。

13、由此产生的技术效果是：电动调节阀和流量计能精确控制气体流量，确保在实验过程中维持恒定的气体通量，改变通风情况,对气体流动的动态变化进行实时跟踪，实现对气体流量的实时调整，以满足不同阶段实验的通风及风量要求。

14、优选的，所述压力调节组件包括引管、调节阀、止回阀及真空泵，所述引管的一端连接并连通在模拟舱体的顶板上，所述调节阀、止回阀连接在引管上，所述真空泵连接在引管的另一端并调节所述模拟舱体内部的压力状态，所述调节阀、真空泵与所述测控系统电信号连接。

15、由此产生的技术效果是：压力调节组件可以调节舱内压力环境，以实现燃烧过程中压力的平衡，且能够迅速、准确地反馈实验舱内气体压力的变化情况从而确保实验舱内气体压力能够在安全范围内进行精确控制。

16、优选的，所述火源发生器为加热棒或者点火器，所述火源发生器与测控系统电信号连接，所述火源发生器的点火方式为线火源、点火源、壁面火源的任一种。

17、由此产生的技术效果是：火源发生器提供弱火源或者以高温的方式引燃，点火方式多样，可适应性选择，包括点火源、线火源和壁面火源，以满足不同测试需求。

18、优选的，所述加热棒与所述模拟舱体的底板之间由上至下依次设有防火石棉板和隔热架，所述加热棒用于引燃舱内的货物。

19、由此产生的技术效果是：加热棒功率可调，在短时间内升温至指定温度并保持稳定。

20、优选的，所述传感器组件包括烟雾传感器、热敏传感器、气敏传感器、压力传感器及温度传感器，所述烟雾传感器、热敏传感器、气敏传感器及温度传感器布置在所述模拟舱体内且与测控系统电信号连接，所述压力传感器安装在舱门的内部并与测控系统电信号连接，所述测控系统用于收集传感器组件的测量数据和发出控制指令。

21、由此产生的技术效果是：传感器组件能采集相关数据，并为后续的探究飞机货舱中发生火灾时轰燃对飞机壁板的危害提供数据支持。

22、优选的，所述温度传感器包括k型表面温度热电偶和燃爆射流火焰温度传感器，热失控燃爆过程中的模拟舱体表面温度使用防热辐射的k型表面温度热电偶测量；当研究舱门开启后发生轰燃现象时，燃爆射流火焰温度传感器可精确测量实验中燃爆时喷射出来的射流火和气体的温度，所述测控系统中的数据采集卡用于燃爆气体温度、射流火焰温度和热流密度实验数据的高速采集和传输。

23、由此产生的技术效果是：k型表面温度热电偶能测量舱体表面温度，燃爆射流火焰温度传感器可精确测量实验中燃爆时喷射出来的射流火和气体的温度，为研究不同环境下的火灾特性提供参数支持。

24、优选的，所述通气组件往外排气用来模拟舱门附近的通风情况；或者所述通气组件往模拟舱体内传输氧气来满足舱内轰燃环境。

25、由此产生的技术效果是：往舱内加氧，可以达到轰燃环境，为后续的火灾轰燃提供条件。

26、本发明还公开了一种使用上述实验装置的实验方法，其包括以下步骤：

27、步骤一：先将模拟舱体组装成型，在模拟舱体的内壁上固定待测的壁板材料用于探究火灾后对飞机壁板的危害，舱体内放置可燃货物制造火灾发生条件；

28、步骤二：记录壁板材料的质量，布置传感器组件并建立与测控系统之间的信号连接关系；

29、步骤三：利用压力调节组件和通气组件使模拟舱体内部达到测试的压力和通风条件，打开火源发生器引火，并测量火源发生器点燃舱内可燃物的时间；

30、步骤四：为模拟火灾轰燃情况，打开舱门并利用通风组件往模拟舱体内输入氧气，改变舱内的氧气量，达到轰燃效果，通过传感器组件记录舱内温度、压力及热流数据；

31、步骤五：通过分析步骤四中的数据参数进而研究壁板材料在不同压力和氧浓度环境下的燃烧特性。

32、本发明的有益效果是：本发明安全可靠，操作简单，能满足对飞机货舱火灾防控系统的深入研究和测试需求。能够更全面地了解货舱火灾轰燃的发展过程以及在不同环境条件下轰燃对飞机壁板材料的破环情况，从而为设计更有效的灭火系统、提升飞机货舱防火性能提供科学依据。