CN104941090B - 航空发动机灭火系统及方法 - Google Patents

Abstract

提供一种航空发动机灭火系统，该航空发动机的短舱设有指定火区，指定火区内布置有灭火剂喷嘴，该灭火剂喷嘴用于在发生火情时喷射灭火剂灭火，该系统包括：布置在该指定火区内的可开关的通风入口和通风出口，该通风入口和该通风出口用于注入和排出空气；以及布置在该指定火区内的可开关的排液口，该排液口用于排出泄漏的易燃液体；其中，该通风入口、该通风出口和该排液口在该航空发动机正常工作时处于打开状态，并且在该指定火区发生火情时切换为关闭状态以阻止空气流入该指定火区。

Description

航空发动机灭火系统及方法

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及用于航空发动机的灭火系统及灭火方法。

背景技术

航空发动机作为飞机的主要火源，一般在设计阶段就对发动机着火危害进行防护。造成发动机着火的首要条件有三个：易燃物质、火源和空气。当代航空发动机大多已经采用隔离、探测等方式来控制前两个因素，使发动机的着火概率降低到安全范围以内。但是对于空气因素，由于发动机工作时机匣表面会达到较高的温度，需要不断向短舱内通风进行冷却，确保安装在机匣上的其他部件正常工作，因此设计中一般不会采用控制空气量的方式实现发动机火焰防护。

为了确保民用飞机的飞行安全，适航规章上将飞机上单次失效就可能导致火源、燃料和空气这三个着火要素同时出现的区域定义为指定火区，指定火区内安装有火警探测装置。当出现火情时，火警探测装置会向机组成员发出警告信号，机组成员按照规定程序执行灭火操作。某些情况下，发动机火情无法在规定时间内自然解除，这时需要向着火区域喷射灭火剂，实现可靠灭火。目前最常用的灭火剂是哈龙灭火剂，但是，由于这种灭火剂严重影响环境，国内外灭火系统制造商都在积极寻找更加环保的灭火剂，以替代哈龙灭火剂，但目前还未发现更合适的灭火剂。

众所周知，干冰和氮气等都具有明显的抑制燃烧能力，并且其性能稳定，对环境也没有危害，已作为生活中常用的灭火材料，但这两种物质的灭火效率都不如哈龙灭火剂。在航空发动机常用的灭火布局中，由于机匣表面冷却的需要，短舱内外保持恒压，不断有新鲜空气注入，这一方面补充了助氧剂，另一方面稀释了灭火剂，大大降低了灭火效果。因此，干冰、氮气等环保型灭火剂很难适用于当前的航空发动机灭火系统。如果航空发动机设计中考虑采用干冰、氮气等环保型灭火剂，就必须考虑对灭火系统的布局进行革新，需要新的航空发动机灭火系统和方法。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供一种航空发动机灭火系统，该航空发动机的短舱设有指定火区，指定火区内布置有灭火剂喷嘴，该灭火剂喷嘴用于在发生火情时喷射灭火剂灭火，该系统包括：布置在该指定火区内的可开关的通风入口和通风出口，该通风入口和该通风出口用于注入和排出空气；以及布置在该指定火区内的可开关的排液口，该排液口用于排出泄漏的易燃液体；其中，该通风入口、该通风出口和该排液口在该航空发动机正常工作时处于打开状态，并且在该指定火区发生火情时切换为关闭状态以阻止空气流入该指定火区。

在一实例中，还包括布置在短舱内的压力传感器以用于检测短舱的内外压差，其中，响应于该短舱的内外压差达到阈值，该排液口从关闭状态被切换回打开状态以使该短舱的内外压差保持微正压。

在一实例中，该系统还包括：布置在该排液口处的阻氧喷嘴，响应于该排液口为了在火情时保持该短舱的内外压差为微正压而处在打开状态下，该阻氧喷嘴向该排液口喷射灭火剂以阻断空气从该阻氧喷嘴回入到该指定火区内。

在一实例中，该排液口包括活门，该排液口的活门是可打开和关闭的，其中该阻氧喷嘴喷出的灭火剂的射流与该排液口的活门的法线间的角度大于0度小于90度。

在一实例中，该灭火剂是具有冷却作用的环保型灭火剂。较优地，该环保型灭火剂包括干冰或氮气。

在一实例中，该通风入口、和该通风出口分别包括活门，该通风入口和该通风出口的活门是可打开和关闭的。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于操作航空发动机灭火系统的方法，包括：在发生火情时，关闭通风入口、通风出口、和排液口以阻止空气流入指定火区；以及打开灭火剂喷嘴以向该指定火区内喷射灭火剂。

在一实例中，该方法还包括：检测该短舱的内外压差；以及在该短舱的内外压差达到阈值时，使该排液口从关闭状态被切换回打开状态以使该短舱的内外压差保持微正压。

在一实例中，该排液口处布置有阻氧喷嘴，该方法还包括：打开该阻氧喷嘴向该排液口喷射灭火剂，以阻断空气从该排液口回流到该指定火区内。

在一实例中，该方法还包括：在火情解除时，关闭该灭火剂喷嘴和该阻氧喷嘴。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1是示出了根据本发明的一方面的航空发动机灭火系统的示意图；

图2是示出了根据本发明的一方面的阻氧喷嘴的设置的示意图；以及

图3是示出了根据本发明的一方面的操作航空发动机灭火系统的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

图1是示出了根据本发明的一方面的航空发动机灭火系统100的示意图。如图1所示，航空发动机101位于短舱102内，后者将航空发动机101包裹起来。短舱102的作用主要可包括：a)提供流畅的气动外形，降低飞行阻力；b)为发动机101提供防护，防止飞行中外物冲击到发动机本体；c)包容可能发生的发动机火灾，防止火焰冲击到短舱外侧的部件。结构上，短舱102内侧与发动机机匣外侧之间留有一定间距，形成舱室，里面布置着发动机的油路、电缆、控制系统、附件等设备。在舱室内具备指定火区的条件的区域，可将该区域隔离为指定火区，指定火区由防火墙104隔开。如图所示，短舱102可包括指定火区103。

短舱102的指定火区103内可布置有通风入口106和通风出口107，以用于短舱102的通风之用。在航空发动机101处于正常工作状态时，通风入口106和通风出口107用于使得新鲜空气能够循环流入流出。航空发动机工作时，由于发动机附件等运行散热，使风扇舱内的温度不断上升。通过通风入口106流入的空气就能对机匣表面起到冷却作用，以缓解发动机部件表面的高温。

指定火区103内还可布置有可开关的排液口108。在工作过程中，航空发动机101有可能会泄漏出易燃液体。因此，在航空发动机101处于正常工作状态时，排液口108可用于排出可能泄漏出的易燃液体。

指定火区103内还可布置有灭火剂喷嘴105。根据本发明的一方面，灭火剂喷嘴105可采用具有冷却作用的环保型灭火剂，例如，干冰、氮气等等。在指定火区103内出现火情，并且火情无法自然解除时，可使用灭火剂喷嘴105喷射灭火剂进行灭火。

根据本发明的一方面，通风入口106和通风出口107可以是可开关的，即具有打开状态和关闭状态。在航空发动机101处于正常工作状态时，通风入口106和通风出口107可以打开以起到正常通风的作用。在一实例中，通风入口106和通风出口107可采用活门设计，通过活门的打开和关闭来控制通风入口106和通风出口107的开关。

另外，排液口108也可以是可开关的，在航空发动机101处于正常工作状态时，排液口108可处于打开状态以起到排出可能泄漏出的易燃液体的作用。在一实例中，排液口108可采用活门设计，通过活门的打开和关闭来控制排液口108的开关。

按照航空安全标准，指定火区103内一般都设有火警探测器（未示出），当火警探测器检测到火情时，会向机组成员发出警告信号。如果火情较轻，能够自然解除，则无需启动灭火系统，如果火情较重，无法自然解除，则需要采用灭火剂消灭火情。

根据本发明的一方面，接到灭火指令后，通风入口106和通风出口107以及排液口108可被关闭，以阻止空气流入指定火区103内。另外，灭火剂喷嘴105可以打开以向短舱102内喷射灭火剂。通风入口106、通风出口107以及排液口108的关闭使得短舱102内不会进入氧气以助燃火势，也保证了喷出的灭火剂不会受到新入空气的稀释，创造了适宜的灭火环境。相应地，灭火剂喷嘴105可以使用环保型灭火剂，例如干冰或氮气等。在上述低氧密封环境中，环保型灭火剂足以有效地消灭火势。同时，由于灭火剂本身的也具有冷却效果，因此，灭火剂喷嘴105喷出的灭火剂可以代替空气冷却机匣表面，以缓解发动机部件的热表面的高温。

短舱102、特别是例如指定火区103内还可布置有压力传感器（未示出），该压力传感器可以检测短舱102的舱内外的压差。在灭火剂喷嘴105打开喷射灭火剂灭火期间，由于通风入口106、通风出口107和排液口108的关闭，短舱102内的压力逐渐增大。当压力传感器检测到内外压差达到阈值时，排液口108重新打开，以使短舱102的内外压差维持恒定的微正压，并且排泄掉泄漏出的易燃液体。这里的微正压是指短舱102的舱内气压比舱外气压稍高的正压差，例如，等于该阈值的正压差。短舱102内外的微正压条件一方面可以创造更适宜的灭火环境，另一方面可对发动机热表面进行充分冷却。

根据本发明的一方面，指定火区103内还可在排液口108处布置有阻氧喷嘴109。在一实例中，阻氧喷嘴109的射流可与排液口108的活门1080的法线形成一个角度θ（0°<θ<90°），如图3所示。在灭火期间，为了保持短舱102内外的微正压条件，排液口108可以被打开以释放内压。此时，阻氧喷嘴109可向排液口108处喷射灭火剂，以形成一层保护膜，即可以阻止过量空气回流到舱内，保持指定火区103的灭火环境，另一方面也可以协作灭火。阻氧喷嘴109采用的灭火剂可以是上述环保型灭火剂，例如，干冰、氮气等等。

待火情被扑灭时，可以停止灭火剂喷嘴105和阻氧喷嘴109。发生了火情的该航空发动机101一般会停止使用，直至降落后进行检查维修处理。

图3是示出了根据本发明的一方面的操作航空发动机灭火系统的方法300的流程图。如图3所示，该方法300可包括：

步骤301，检测到火情。火警探测装置时刻探测航空发动机的火情，当出现火情时会向机组成员发出警告信号。机组人员可以发出灭火指令以启动灭火系统。在一些情况下，较小的火情有可能自然解除，因此，机组人员也可在发动机火情无法自然解除的情况下发出灭火指令。

步骤302，关闭通风入口、通风出口和排液口。通风入口、通风出口、以及排液口的关闭可以使得短舱内不会进入氧气以助燃火势，也保证了灭火剂不会受到新入空气的稀释，创造了适宜的灭火环境。

步骤303，打开灭火剂喷嘴以向火区喷射灭火剂。在一实例中，所采用的灭火剂为具有冷却作用的环保型灭火剂，例如，干冰、氮气等等。喷射的灭火剂可以替代空气来冷却发动机机匣表面的高温。

步骤304，检测短舱的内外压差是否达到阈值，若是，则进入步骤305，否则循环回到步骤304。

步骤305，使排液口从关闭状态被切换回打开状态，使短舱的内外压差保持微正压。短舱的微正压条件一方面可以创造更适宜的灭火环境，另一方面可对发动机热表面进行充分冷却。

步骤306，打开阻氧喷嘴向排液口喷射灭火剂，以阻断空气从排液口回流到指定火区内。阻氧喷嘴喷射的灭火剂也可以是具有冷却作用的环保型灭火剂，例如，干冰、氮气等等。该灭火剂既可以灭火，又可以替代空气来冷却发动机机匣表面的高温。

步骤307，检测火情是否解除。若火情已经解除，则进入步骤308，否则循环回到步骤307。

步骤308，关闭灭火剂喷嘴和阻氧喷嘴。

步骤309，灭火结束。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本发明的灭火系统和方法，最大限度地减少了灭火期间空气的流入量，创建了一个可靠适宜的灭火环境，因此，可以采用干冰、氮气等环保型灭火剂代替传统的哈龙灭火剂，消除了对环境的污染，同时仍然可以达到同样高效快速的灭火效果。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (11)

1.一种航空发动机灭火系统，所述航空发动机的短舱设有指定火区，所述指定火区内布置有灭火剂喷嘴，所述灭火剂喷嘴用于在发生火情时喷射灭火剂灭火，其特征在于，所述系统包括：

布置在所述指定火区内的可开关的通风入口和通风出口，所述通风入口和所述通风出口用于注入和排出空气；以及

布置在所述指定火区内的可开关的排液口，所述排液口用于排出泄漏的易燃液体；

其中，所述通风入口、所述通风出口和所述排液口在所述航空发动机正常工作时处于打开状态，并且在所述指定火区发生火情时切换为关闭状态以阻止空气流入所述指定火区。

2.如权利要求1所述的航空发动机灭火系统，其特征在于，还包括布置在所述短舱内的压力传感器以用于检测所述短舱的内外压差，其中，响应于所述短舱的内外压差达到阈值，所述排液口从关闭状态被切换回打开状态以使所述短舱的内外压差保持微正压。

3.如权利要求2所述的航空发动机灭火系统，其特征在于，所述系统还包括：

布置在所述排液口处的阻氧喷嘴，响应于所述排液口为了在火情时保持所述短舱的内外压差为微正压而处在打开状态，所述阻氧喷嘴向所述排液口喷射灭火剂以阻断空气从所述排液口回流到所述指定火区内。

4.如权利要求3所述的航空发动机灭火系统，其特征在于，所述排液口包括活门，所述排液口的活门是可打开和关闭的，其中所述阻氧喷嘴喷出的灭火剂的射流与所述排液口的活门的法线间的角度大于0度小于90度。

5.如权利要求1或3所述的航空发动机灭火系统，其特征在于，所述灭火剂是具有冷却作用的环保型灭火剂。

6.如权利要求5所述的航空发动机灭火系统，其特征在于，所述环保型灭火剂包括干冰或氮气。

7.如权利要求1所述的航空发动机灭火系统，其特征在于，所述通风入口、和所述通风出口分别包括活门，所述通风入口和所述通风出口的活门是可打开和关闭的。

8.一种用于操作如权利要求1所述的航空发动机灭火系统的方法，包括：

在发生火情时，关闭通风入口、通风出口、和排液口以阻止空气流入指定火区；以及

打开灭火剂喷嘴以向所述指定火区内喷射灭火剂。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

检测所述短舱的内外压差；以及

在所述短舱的内外压差达到阈值时，使所述排液口从关闭状态被切换回打开状态以使所述短舱的内外压差保持微正压。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述排液口处布置有阻氧喷嘴，所述方法还包括：

打开所述阻氧喷嘴向所述排液口喷射灭火剂，以阻断空气从所述排液口回流到所述指定火区内。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

在火情解除时，关闭所述灭火剂喷嘴和所述阻氧喷嘴。