CN113947862B - 一种航空器电气火灾预警方法 - Google Patents

一种航空器电气火灾预警方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航空器电气火灾预警方法，通过检测航空导线早期热解挥发气体成分，分析并选择热解气体成分中的指标性气体，选择最优的检测指标气体的传感器，设计合理的火灾预警装置。本发明所提出的新的火灾预警方法，在航空器电气火灾尚未形成时探测指标性气体，发现火灾隐患，对火灾进行预警，提前报警，给航空器采取迫降措施提供操作时间，或进行预防性维护，减少航空器事故。

Description

一种航空器电气火灾预警方法
技术领域
本发明属于航空器技术领域，具体涉及一种电气火灾预警方法。
背景技术
随着飞机技术的发展，多、全电飞机技术的应用，航空器上电子设备逐渐增多，电缆数量亦不断增加，电缆遍布航空器的各部位，不同系统之间的电缆交联成电网，对大型飞机，机内电缆长度达到了500km，飞机电缆是传输电能、信号等的通道，为各个系统之间的控制与信息联络提供保障，电缆的增多导致飞机电气火灾的发生概率增大，一旦发生火灾将会导致舱内供电和信息传输的中断，造成用电设备断电，影响飞行安全，电缆燃烧产生的热量和毒气则会影响人员的生命安全甚至发生机毁人亡的严重后果。在民航领域，根据ICAO安全报告及ASN事故统计显示，2005年-2014年间，平均每年发生的飞机火灾事故约占当年事故总数的8％，其中2006年、2013年分别为11.61％和15.56％，并没有明显的改善趋势。另外，有平均高达50％的飞机火灾事故会产生人员死亡，且致死飞机火灾事故比例有逐渐增加的趋势。飞机火灾作为一种特殊的火灾形式，其特点包括：火灾征兆不明显、火灾扑救难度大、火灾燃烧猛烈、人员疏散困难、一次性死亡人数较高等。
现有的航空器火灾报警装置由烟感传感器、温感传感器、报警主机构成，如果发生火灾，可以探测到空气中的烟雾和温度升高，报警主机发出报警信号。当火灾发生时产生烟雾和空气温度升高时，火灾已经初步形成，对于航空器飞行时采取紧急迫降的时间不足，造成航空事故，而且这些火灾探测系统都有一定的缺陷，烟温探测器对温度和烟雾危急情况具有误报及漏报等缺点。因此对于检测航空器电缆早期过温致热挥发物的研究并设计检测挥发物的报警系统就非常有意义了。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种航空器电气火灾预警方法，通过检测航空导线早期热解挥发气体成分，分析并选择热解气体成分中的指标性气体，选择最优的检测指标气体的传感器，设计合理的火灾预警装置。本发明所提出的新的火灾预警方法，在航空器电气火灾尚未形成时探测指标性气体，发现火灾隐患，对火灾进行预警，提前报警，给航空器采取迫降措施提供操作时间，或进行预防性维护，减少航空器事故。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
步骤1：利用裂解气相色谱质谱联用仪确定航空导线早期在不同温度下热解的挥发气体成分；
步骤1-1：取聚四氟乙烯导线绝缘层样品，放入充满氮气的裂解器内；
步骤1-2：设定温度，聚四氟乙烯导线绝缘层热解为具有高聚物表征的裂解产物；
步骤1-3：裂解产物随载气导入裂解气相色谱质谱联用仪在色谱柱中进行分离；
步骤1-4：分离后的组分由检测器进行检测，再将所得信号放大，并由记录仪与微处理机进行处理，绘制出裂解色谱图；
步骤1-5：将裂解色谱图与已知谱图进行对比鉴别分析，确定在设定温度下裂解气中包含的氟化物气体的比例；
步骤2：使用氟化物气体传感器、调理电路和通讯接口构成单检测终端；所述氟化物气体传感器检测氟化物气体含量，通过调理电路将氟化物气体传感器输出的模拟信号转换为数字信号，再将数字信号发送给通讯接口；
步骤3：将一个或多个单检测终端放置在航空器电气线路和重要设备位置，构成传感器阵列，形成分布式多终端网络式检测报警系统；
步骤4：将所有单检测终端连接到报警主机，通过通讯接口将氟化物气体的检测信息传送给报警主机，当一个或几个部位氟化物气体浓度超标时报警主机发出火灾预警信号。
优选地，所述裂解气相色谱质谱联用仪型号为Agilent 7890A-5975C。
优选地，所述设定温度为300摄氏度。
优选地，所述氟化物气体为氟化氢或1-氟壬烷气体。
优选地，所述氟化物气体传感器为氟利昂BN-T100传感器或红外四氟乙烯Ra传感器或卤素传感器TGS832-A00。
本发明的有益效果如下：
本发明方法可以提早发现航空电气火灾隐患，减少航空事故，报警阈值根据不同传感器设定，防止误报。本发明所提出的提前预警思路可供其他民用火灾预警装置借鉴。
附图说明
图1为航空导线过温热解挥发气体成分分析试验结构图。
图2为温度为300摄氏度下的裂解色谱图。
图3为航空导线热解模拟实验结构图。
图4为航空导线热解氟化物气体浓度和温度的关系拟合曲线图。
图5为本发明方法检测氟化物气体流程图。
图6为本发明报警检测系统结构图，其中图(a)为单终端检测系统，(b)多个单检测终端协同工作结构图
图中：1-箱体，2-加热棒，3-导线，4-热电偶，5-继电器，6-220V电源，7-温控仪，8-记录仪，9-氟利昂BN-T100传感器，10，卤素传感器TGS832-A00，11-红外四氟乙烯Ra传感器，12-其他传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明根据航空器电气绝缘材料多为聚四氟乙烯材料，电气线路及设备多安装在隐蔽狭小空间，当电气线路事故初期电线升温绝缘材料会受热，达到一定温度聚四氟乙烯材料会分解气体，利用对氟离子敏感的气体传感器检测聚四氟乙烯导线在超出正常温度范围高温工作时逸出的氟离子，当气体浓度超过阈值时，传感器终端向上位机上报信息，向空勤人员发出报警信号，对火灾进行预警,驾驶员可根据不同级别的报警信号采取不同的措施，给航空器采取迫降措施提供操作时间。氟离子传感器可以用卤素传感器、氟利昂传感器、可燃气体传感器，提早发现航空电气火灾隐患，减少航空事故，报警阈值根据不同传感器设定，防止误报。
一种航空器电气火灾预警方法，包括如下步骤：
步骤1：利用裂解气相色谱质谱联用仪确定航空导线早期在不同温度下热解的挥发气体成分；
步骤1-1：取聚四氟乙烯导线绝缘层样品，放入充满氮气的裂解器内；
步骤1-2：设定温度，聚四氟乙烯导线绝缘层热解为具有高聚物表征的裂解产物；
步骤1-3：裂解产物随载气导入裂解气相色谱质谱联用仪在色谱柱中进行分离；
步骤1-4：分离后的组分由检测器进行检测，再将所得信号放大，并由记录仪与微处理机进行处理，绘制出裂解色谱图；
步骤1-5：将裂解色谱图与已知谱图进行对比鉴别分析，确定在设定温度下裂解气中包含的氟化物气体的比例；
步骤2：使用氟化物气体传感器、调理电路和通讯接口构成单检测终端；所述氟化物气体传感器检测氟化物气体含量，通过调理电路将氟化物气体传感器输出的模拟信号转换为数字信号，再将数字信号发送给通讯接口；
步骤3：将一个或多个单检测终端放置在航空器电气线路和重要设备位置，构成传感器阵列，形成分布式多终端网络式检测报警系统；
步骤4：将所有单检测终端连接到报警主机，通过通讯接口将氟化物气体的检测信息传送给报警主机，当一个或几个部位氟化物气体浓度超标时报警主机发出火灾预警信号。
优选地，所述裂解气相色谱质谱联用仪型号为Agilent 7890A-5975C。
优选地，所述设定温度为300摄氏度。
优选地，所述氟化物气体为氟化氢或1-氟壬烷气体。
优选地，所述氟化物气体传感器为氟利昂BN-T100传感器或红外四氟乙烯Ra传感器或卤素传感器TGS832-A00。
具体实施例：
利用裂解气相色谱质谱联用仪(PY-GC-MS)确定航空导线早期在不同温度下热解的挥发气体成分，其热解挥发气体成分分析试验流程图如图1所示。取少量聚四氟乙烯导线绝缘层，放入充满氮气的裂解器内，在设定的温度下，便会迅速热解为具有高聚物表征的裂解产物，随载气导入气相色谱仪在色谱柱中进行分离。分离后的组分由检测器进行检测，再将所得信号放大，并由记录仪与微处理机进行处理，绘制出裂解色谱图，如图2为300摄氏度下的裂解色谱图，与已知谱图进行对比鉴别分析，在该温度下裂解气中包含2％的1-氟壬烷等气体，采用相同方法不同温度可确定不同温度下热解气体成分。
选择早期挥发物中的指标性氟化物，利用氟离子传感器检测航空导线聚四氟乙烯材料在高温工作时逸出的指标性氟化物气体，航空导线热解模拟实验结构图如图3所示，采用定制不锈钢箱体300*300*500，电加热器采用非标模具单头干烧加热管，热电偶为K型WRNK-191铠装热电偶，氟化物传感器可以用卤素传感器TGS832-A00、氟利昂BN-T1000传感器、红外四氟乙烯Ra系列传感器。其中加热棒通过继电器与220V交流电源相连，温控仪根据热电偶1的反馈信号与设定温度对比，控制继电器接通和断开进而控制加热棒温度，热电偶2检测箱体温度，各种传感器的测量值通过记录仪记录实验数据。
本发明报警系统由报警主机、氟化物气体检测终端和通讯线路构成，检测终端可由单终端和分布式多终端网络式检测报警系统构成。单检测终端由氟化物气体传感器、调理电路通讯接口组成，分布式多终端网络式检测的多个氟化物气体检测终端布置在航空器电气线路和重要设备位置，构成传感器阵列，单终端和多氟化物传感器协同工作的多终端结构图如图6所示。如图5所示，氟化物气体检测终端检测各部位氟化物气体含量，经通讯线路向主机传输，当一个或几个部位浓度超标时主机发出报警信号。
为验证此发明方案的可行性，进行了模拟实验：在一个封闭空间内，用加热器加热航空电线，用不同氟化物传感器检测空间内的氟化物气体浓度，模拟实验如图3所示，多次试验后可得航空导线热解氟化物气体浓度和温度的关系拟合曲线图如图4所示，模拟实验结果显示，随着加热温度升高，氟化物气体浓度也在升高，二者对应关系明显。图4验证了检测早期航空器导线热解气体成分，根据航空导线在不同过温状态下热解氟化物气体挥发的浓度，选择合适的分级预警阈值，可以实现航空器早期电气火灾预警。

Claims (5)

1.一种航空器电气火灾预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用裂解气相色谱质谱联用仪确定航空导线早期在不同温度下热解的挥发气体成分；
步骤1-1：取聚四氟乙烯导线绝缘层样品，放入充满氮气的裂解器内；
步骤1-2：设定温度，聚四氟乙烯导线绝缘层热解为具有高聚物表征的裂解产物；
步骤1-3：裂解产物随载气导入裂解气相色谱质谱联用仪在色谱柱中进行分离；
步骤1-4：分离后的组分由检测器进行检测，再将所得信号放大，并由记录仪与微处理机进行处理，绘制出裂解色谱图；
步骤1-5：将裂解色谱图与已知谱图进行对比鉴别分析，确定在设定温度下裂解气中包含的氟化物气体的比例；
步骤2：使用氟化物气体传感器、调理电路和通讯接口构成单检测终端；所述氟化物气体传感器检测氟化物气体含量，通过调理电路将氟化物气体传感器输出的模拟信号转换为数字信号，再将数字信号发送给通讯接口；
步骤3：将一个或多个单检测终端放置在航空器电气线路和重要设备位置，构成传感器阵列，形成分布式多终端网络式检测报警系统；
步骤4：将所有单检测终端连接到报警主机，通过通讯接口将氟化物气体的检测信息传送给报警主机，当一个或几个部位氟化物气体浓度超标时报警主机发出火灾预警信号。
2.根据权利要求1所述的一种航空器电气火灾预警方法，其特征在于，所述裂解气相色谱质谱联用仪型号为Agilent 7890A-5975C。
3.根据权利要求1所述的一种航空器电气火灾预警方法，其特征在于，所述设定温度为300摄氏度。
4.根据权利要求1所述的一种航空器电气火灾预警方法，其特征在于，所述氟化物气体为氟化氢或1-氟壬烷气体。
5.根据权利要求1所述的一种航空器电气火灾预警方法，其特征在于，所述氟化物气体传感器为氟利昂BN-T100传感器或红外四氟乙烯Ra传感器或卤素传感器TGS832-A00。
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