一种航空用机载电子设备阻燃性测试方法与流程

本发明涉及飞机部件及系统测试，具体涉及一种航空用机载电子设备阻燃性测试方法。

背景技术：

1、机载电子设备防火适航验证是电子设备安装到飞机上去的必经环节。其中，现在对于机载电子设备的防火适航验证中，最重要的部分是对机载电子设备本身防火性能的测试。

2、由于机载电子设备种类较多，形状构造和功能都有较大区别，因此，很难有统一的适合所有机载电子设备的阻燃性测试方法。在安装机载电子设备的时候，只能以对机载电子设备自身的防火性能测试为主，辅助对安装区域的限制来达到适航验证目的。例如，中国民航局（caac）对机载电子设备防火适航验证规定中，机载电子设备必须符合相应的防火要求，包括设备的外壳、导线、电缆、端子、连接件等都必须具有防火性能。美国联邦航空管理局（faa）对机载电子设备防火适航验证的规定中，要求机载电子设备的外部壳体、内部电路板、电缆和连接件等都必须具有防火性能，能够承受一定的高温和火焰侵袭，不会产生火源或引发火灾。

3、不难发现，无论国内还是国外，现在对于机载电子设备的防火性能测试，主要是基于组成电子设备的各个部件材料的防火性或阻燃性能基础上的，即，通过对组成机载电子设备的各个部件材料防火性或阻燃性的测试，理论推导出由这些部件材料组装成的电子设备在安装到飞机上也具有对应的防火性或阻燃性。

4、现在这种通过对部件、材料的防火性、阻燃性测试结果来推断出组装形成的电子设备的防火性、阻燃性的测试方法，理论上能够得到表征整个机载电子设备防火性或阻燃性的测试结果，但这个测试结果始终和电子设备安装在飞机上的实际防火性能或阻燃性能存在一定差距，测试结果存在一定的误差范围，无法体现机载电子设备的实际防火性能或阻燃性能。

技术实现思路

1、本发明意在提供航空用机载电子设备阻燃性测试方法，以解决现在对机载电子设备阻燃性的测试偏重对构成电子设备的各个部件、材料的测试，导致测试结果和机载电子设备的实际阻燃性能存在一定的误差。

2、为解决以上问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种航空用机载电子设备阻燃性测试方法，采用测试机构模拟飞机机舱运行环境并为待测电子设备提供燃烧环境，采用监控机构监测电子设备的燃烧变化情况，采用能源机构为电子设备提供正常运行的能源；其中，所述测试机构为一体化测试箱，包括外壳，设置在外壳内用来放置待测电子设备的测试架，以及用来向待测电子设备内部提供渐变燃烧火焰的线燃烧器；所述外壳上开有多个密封孔，所述密封孔用来供待测电子设备与一体化测试箱外的监控机构和能源机构电线连接；所述外壳上设有用来观察的观察窗；所述外壳上设有用来向外壳内充气的充气管道和从外壳内抽气的抽气管道；所述充气管道内设有流量计；所述测试方法包括以下步骤：

4、步骤一，打开一体化测试箱，将待测电子设备固定在测试架上；调整测试架和一体化测试箱箱壁的位置，使待测电子设备在一体化测试箱内的空间安装位置和实际飞机安装位置一致；

5、步骤二，打开待测电子设备的壳体，取下主pcb板，在主pcb板的安装位置上安装线燃烧器，使线燃烧器的火焰蔓延方向与主pcb板上的实际火焰蔓延方向一致；

6、步骤三，在待测电子设备的其中一个设备壁上开供线燃烧器穿过的缺口，形成替换壁，封闭待测电子设备；启动待测电子设备；关闭一体化测试箱，向一体化测试箱内充气和抽气，通过充气管道和抽气管道调节一体化测试箱内的气流状态，模拟实际飞机运行过程中机舱内的气流状态；

7、步骤四，在待测电子设备运行正常后，远程点燃线燃烧器；

8、步骤五，在第一指定时间段内按照预设的燃烧策略，调整线燃烧器的火焰大小和火焰变化；通过监控机构监测线燃烧器的燃烧情况、待测电子设备的燃烧情况、火焰的蔓延情况以及待测电子设备内外部温度值；

9、步骤六，调整测试架上待测电子设备在一体化测试箱内的相对位置，模拟飞机运行情况下的机载电子设备受到的气压环境变化；

10、步骤七，在第二指定时间段内通过观察窗观察和监控机构监测待测电子设备内外的燃烧情况以及火焰蔓延情况，同时通过监控机构监测待测电子设备的运行状态；

11、步骤八，根据监测情况绘制温度图、火焰蔓延图。

12、进一步，所述主pcb板指在所述待测电子设备中电子器件最多的pcb板，或者是在所述待测电子设备中大功率器件最多的pcb板。

13、若整个待测电子设备中只有一块pcb板，那么该板就是主pcb板。若有多块pcb板，且功率散热都相同，那么电子元器件最多的pcb板最可能因为元器件故障或其他原因起火，因此将电子元器件最多的pcb板定为主pcb板；若各个pcb板上的元器件数量相等，那么大功率元器件最多的pcb板产生热量最多，最可能因为热量集聚起火，因此将大功率元器件最多的pcb板定为主pcb板。本方案这样设置，能够尽可能模拟还原真实起火原因，对最不利情况进行测试，进而使测试结果更加真实准确。

14、本方案将线燃烧器的安装位置设置在容易产生火源的主pcb板，在不影响各自运行的情况下，尽可能真实地模拟和还原火源位置和火源状态，使测试结果更加准确真实。

15、进一步，所述一体化测试箱内设有多块用来模拟其他电子设备散热的辐射热板，在步骤四和步骤五之间，启动辐射热板，使辐射热板达到指定温度。

16、进一步，步骤一中，测试架上在待测电子设备的安装位置两侧还安装有模型体，所述模型体与待测电子设备在飞机上实际安装位置附近的设备体积和外表材质相同；所述待测电子设备与模型体之间的空间位置关系与待测电子设备在飞机上与相邻设备的实际空间位置关系相同；所述辐射热板安装在所述模型体上。

17、通过模型体的设置，模拟和还原待测电子设备在实际安装到飞机上时的空间环境，同时通过辐射热板的设置，模拟相邻电子设备的散热情况，为测试提供更加真实的燃烧环境。而将模型体和待测电子设备都安装在测试架上，不仅便于安装，对于不同型号的待测电子设备和模型体的时候也能通过更换测试架的方式来进行快速更换，操作方便，适用范围广；另外，还能通过调整测试架和一体化测试箱的相对位置，来模拟飞机运行过程中，遇到异常情况后待测电子设备和周围相邻设备与机舱内的实际空间位置，为测试提供更多更加真实的测试场景，使测试结果更加真实可靠。

18、进一步，步骤三中，在封闭待测电子设备壳体的时，用密封圈套在连通管上来封堵缺口，保持替换壁和设备壁对待测电子设备的封闭效果一致。

19、线燃烧器连通管的管径为9-13毫米，本方案优选11毫米，对应的缺口为半径为8-13毫米的四分之一圆形或者半圆形缺口。因为组成待测电子设备壳体的一般是6个设备壁，且这些设备壁便于安装，除了少部分的异形结构外，大多数的矩形结构。而无论是矩形结构还是少数的异形结构，为了安装方便都至少有一个直角轮廓，或者是直边轮廓，为了方便加工和密封，一般在这个直角轮廓上开一个四分之一圆形的缺口或者是在直边轮廓上开一个半圆形缺口。因为连通管本身的柔韧性，所以缺口的最小半径可以取到8毫米，因为密封圈的密封作用，缺口的最大半径可以取到13毫米。有效保证不影响线燃烧器甲烷供应燃烧的前提下，使替换壁对待测电子设备的密封效果和原设备壁是一样的，使能够更加真实准确地模拟实际起火后整个待测电子设备的阻燃情况，使测试结果更加真实准确。

20、进一步，所述线燃烧器包括用来经过电子质量流量控制器与甲烷存储气瓶连通的连通管，以及与连通管连通的中空燃烧条；燃烧条为条状结构，燃烧条的一侧面上开有多个用来供火焰冒出的燃烧口；所述燃烧条的端部设有远程点火器和自动点火机构；在步骤四中，在待测电子设备运行正常后，首先通过连通管向燃烧条通入甲烷，然后通过远程点火器或自动点火机构点燃线燃烧器，使火焰逐步从各个燃烧口冒出；通过燃烧口流出的甲烷量计算得到待测电子设备燃烧的内部温度。

21、进一步，所述监控机构，包括设置在一体化测试箱内的温度传感器、蓝色led灯和高温摄像头，所述蓝色led灯的光线覆盖整个待测电子设备；在第一指定时间段和第二指定时间段内，关闭其余光源，仅在蓝色led灯照射的条件下通过高温摄像头进行观察和监测待测电子设备开孔的一面，并通过移动高温摄像头的高度和距离待测电子设备开孔位置的距离来获取不同角度位置的监控图像；同时，通过温度传感器监测待测电子设备的外部温度。

22、进一步，所述高温摄像头有多个，分别安装在一体化测试箱的内壁上和内部移动机构上，用来拍摄待测电子设备的各个侧面的形变、火焰以及烟雾蔓延情况。

23、进一步，所述燃烧策略为，根据待测电子设备内部有无安装风扇将待测电子设备分为有风扇类和无风扇类，对于有风扇类的火焰温度升高速度低于无风扇类的火焰温度升高速度；其中，有风扇类的火焰温度升高过程为：

24、保证产生火焰的甲烷气体流速为1l/min，

25、最大甲烷流速qpeak= (0.071 × h1.26- 0.03) × 1.8，

26、其中， qpeak的单位是标准升每分钟；h 为主pcb板垂直尺寸，单位为厘米；

27、tdecay= 185 × (qpeak-1)/qpeak+ 85，

28、其中，tdecay= qpeak后甲烷流速变回1标准升每分钟的时间，单位为秒；

29、自动点火顺序如下：

30、在0到15秒，流速维持1标准升每分钟；

31、在15到85秒，流速从1标准升每分钟升高到qpeak；

32、在85秒到tdecay，流速从qpeak减小到1标准升每分钟；

33、在tdecay到270秒，流速维持1标准升每分钟；

34、点火结束。

35、进一步，线燃烧器放置在主pcb板安装位置的最低处，与相邻pcb板或可燃负载处水平距离在9毫米内，燃烧口的位置与可燃负载处成45度角，相邻燃烧口的距离为5毫米以内，一个燃烧条上的所有燃烧口的覆盖面积占燃烧条该侧面面积的75%以上。

36、可燃负载处，指除开pcb板以外，包括但不限于电子元器件、安装框架、线缆及其他可燃性物品。

37、本发明的原理及优点是：

38、因为单纯的材料可燃性不能充分模拟机载电子设备的实际火灾风险，机载电子设备的结构对燃烧的结果影响很大，并在实际运行过程中这些设备存在发热、内部部件失效、为散热设计的风扇会加快燃烧中的氧气补充、安装环境的压力及其他相邻设备的散热影响等情况都会对实际燃烧情况产生影响，而现有的材料阻燃测试方法无法模拟这些情况，存在严重不足，而本发明通过巧妙步骤设置和测试场景构建，有效解决了这些问题。

39、本发明属于飞机部件及系统测试技术领域，针对现在无法对飞机上的机载电子设备在通电运行情况下进行阻燃性测试提供的一种全新测试思路，能够在还原真实飞行情况的前提下，进行各种极限试验，为机载电子设备的研发提供了更多更能，有助于推动航空装备产业的进一步发展。

40、本发明通过充气通道和抽气通道保持在测试过程中的气流气压，辐射热板模拟真实环境中其他设备的散热情况，使一体化测试箱真实地模拟飞机机舱的局部空间环境；通过测试架的设置，使待测电子设备在测试过程中的空间位置与实际飞机上的安装位置的一致，为测试提供了更加真实的燃烧环境。而通过线燃烧器的设置，替换主pcb板用来模拟起火火源，还通过燃烧策略使线燃烧器产生的燃烧火焰渐变情况更加趋近于真实火焰变化情况，为测试提供了更加真实的火源状态，使测试结果更加准确真实。

41、此外，本方法操作方便，观察和监测直观，整体操作简单，测试结果准确。