Матвеенко А.М. (ред.) - Системы оборудования летательных аппаратов - 2005
.pdfСистема защиты ЛА от пожара |
469 |
К ПУ |
|
у .: |
«=> i |
|
) |
£ |
|
|
|
||||
|
|
5 F5“ Г----- - |
|
|||
Г |
... |
— |
|
|||
1 |
Z |
J |
|
|
* > |
|
Рис. 13.14. ППС безбаллонного типа:
1 — пиропатрон; 2, 4 — мембраны; 3 — поршень; 5 — распределительный коллектор; ПУ — пульт управления
Рис. 13.15. ППС силовой установки са молета Ил-86:
1 — баллоны централизованной ППС; 2 — баллоны автономной ППС двигателя; 3 — распылительный коллектор отсека двигате ля; 4 — устройство подачи огнегасящего со става внутрь двигателя; 5 — распылительный коллектор отсека ВСУ; 6 — табло сигнали зации; 7 — пульт управления ППС
Рис. 13.16. Принципиальная схема ППС силовой установки самолета Ил-62:
1 — распределительные коллекторы отсека ВСУ; 2, 7 —блоки распределительных элек трокранов; 3 — трубопровод для стравлива ния огнегасящего состава в атмосферу; 4 — устройство сигнализации о разрядке огнету шителей; 5 — распылительный коллектор отсека двигателя; 6 — устройство подачи ог негасящего состава внутрь двигателя; 8 — цилиндрический огнетушитель; 9 — шаро вой огнетушитель
Ш
,т
Off7 системы НГ
470 Системы защиты ЛА от пожаров и взрывов
н а ч и н ает д ави ть н а о гн егасящ и й состав. П о сл е р азр ы в а м ем б р ан ы 4 о гн егасящ и й состав вп р ы ски вается в зону горен и я с пом ощ ью распы лительного ко ллектора 5. П реим ущ еством без- б ал л о н н о й систем ы явл яется то, что состав хран и тся без п о в ы ш ен н о го давл ен и я и в зону го р ен и я за к о р о тк и й пром еж уток вр е м ен и м ож н о подать больш ое коли чество о гнегасящ его состава.
В качестве прим ера ком бинированной П П С может служить си с тема защ иты отсеков двигателей самолета И л-86 (рис. 13.15). В этой системе подача огнегасящ его состава в отсеки двигателей осущ ест
вляется от ц ен трали зован н ой систем ы , баллоны которой |
1 р аз |
мещ аю тся в центроплане самолета. П одача огнегасящ его |
состава |
внутрь двигателей может осущ ествляться как от централизованной системы, так и от баллонов 2, установленны х в каж дой гондоле д ви гателя. Н а рис. 13.16 и 13.17 представлены принципиальная схема П П С самолета И л-62 и ком поновка ее агрегатов под полом пасса ж ирского салона. В этой системе предусмотрена возмож ность п о дачи нейтрального газа в двигательные отсеки из системы защ иты топливны х баков от взры ва в случае недостаточности огнегасящ его состава в основны х баллонах П П С .
Рис. 13.17. Компоновка агрегатов ППС силовой установки на самолете Ил-62:
1 — блок распределительных электрокранов; 2, 4 — обратные клапаны; 3 — силовая балка пола; 5 — цилиндрический огнетушитель; 6 — шаровой огнетушитель; 7 — устройство сиг нализации о разрядке огнетушителей
Система защиты ЛА от пожара |
471 |
Рис. 13.18. Компоновка агрегатов III 1Cна тяжелом вертолете Ми-26:
а — компоновка датчиков пожарной сигнализации; б — компоновка системы пожаротушения; 1 — распылитель ный коллектор в отсеке топливного бака; 2 — шаровой огнетушитель; 3 — ОК; 4 — распылительный коллектор в отсеке редуктора; 5 — трубопровод отвода огнегасящего состава в атмосферу; 6, 7 — двухсекционные блоки кла панов; 8 — трубопровод подвода огнегасящего состава в отсек двигателя; 9 — распылительный коллектор в отсеке обогревателя воздуха кабины; 10 — трубопровод подвода огнегасящего состава к обогревателю; 11 — распылитель ные коллекторы в отсеках двигателей
К ом п он овочн ая схема систем ы пож аротуш ения тяж елого вер толета М и -26 приведена на рис. 13.18. К ак видно из этого р исун ка, на вертолетах кром е двигателей и топливны х баков защ ите подлеж ат отсек главного редуктора и обогреватель кабины .
РУЧНЫЕ ОГНЕТУШИТЕЛИ
Р учны е огн ету ш и тел и (рис. 13.19) предназначены для |
туш е |
ния пож аров в кабинах экипаж а, пассажирских салонах, |
багаж |
но-грузовых и технических отсеках, в которы е им еется доступ. Д ля зарядки ручны х огнетуш ителей использую т хладон 12В1 или водоэтиленгликолевую смесь; баллоны заряж аю т азотом под давле ни ем р ~ 1 М П а.
Ручные огнетуш ители, заряж енны е водоэтиленгликолевой см е сью, могут прим еняться для туш ения горящ их конструкционны х и
472 |
Системы защиты JIA от пожаров и взрывов |
Рис. 13.19. Огнетушители ручные:
а — типа ОР1; 6 — типа ОР2; 1 — колпачок; 2 — рукоятка; 3 — хомут; 4— баллон; 5 — шланг с распылителем
отделочных материалов салона при отсутствии электрического н а пряж ения. О ни хорош о ликвидирую т остаточное тление материалов.
О гнетушители, заряж енны е хладоном, могут использоваться для туш ения любых веществ, в том числе топлив, смазочных материа лов, электрооборудования, находящ егося под напряж ением . О ни хорош о ликвидирую т открытое пламя, но м алоэф ф ективны при тле ю щ их пожарах и практически неэф ф ективны при горении металлов.
М асса заряж енны х огнетуш ителей типа ОР1 и О Р2 составляет от 2,8 до 12,8 кг.
К ром е описанны х находят при м ен ение углекислотны е огнету ш ители, которы е могут бы ть использованы для туш ения лю бы х горящ их вещ еств и предм етов на борту JIA в тех местах, куда и м е ется доступ.
13.4. СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ЛА ОТ ВЗРЫВА
В отличие от процесса горения взры в характеризуется очень ин тен си вны м вы делением эн ерги и в ограниченном объеме и п о следую щ им резки м нарастанием давления до значений , превы ш а ю щ их пределы прочности конструкции .
Системы защиты ЛА от взрыва |
473 |
Рис. 13.20. Образование вто ричного факела при пораже нии бака:
7 — топливо; 2 — горючая смесь;
3 — осколок; 4 — вторичный фа кел
Разруш ения, возни каю щ ие в результате взры ва, наприм ер, то п ливны х баков, им ею т больш ие м асш табы и приводят к гибели JIA.
Р ассм о тр и м м ех ан и зм в о зн и к н о в ен и я взры ва при боевом п о р аж ен и и то п л и в н о го бака осколком зенитного снаряда.
Д ля возникновения взры ва необходимо наличие взры воопасной кон ц ен трац и и топ л и вн о -во зд у ш н о й см еси в н ад то п л и в н о м п р о
странстве баков |
и |
источник |
инициирования взры ва. Горю чая |
см есь образуется |
в |
результате |
и сп арен и я топлива и вы деления |
растворенного в нем кислорода. К ром е того, кислород поступает в б ак с атм осф ерны м воздухом.
П ри пораж ен ии топливного бака о ско л о к сам по себе не я в л я ется источн иком восплам енени я, поскольку его тем пература н а ходится на уровне 30...50°С . О днако при соударении со стен кой бака ки нетическая эн ерги я осколка переходит в тепловую эн ер
гию вторичного |
ф акела |
(рис. 13.20). В торичны й ф акел состоит |
из м ельчайш их |
частиц |
обш ивки, им ею щ их температуру около |
1000... 1500 °С, и является м ощ ны м ин ици атором взры ва. |
||
А налогичная картин а им еет м есто при пораж ен ии стен ки то п ливного бака м олнией . П ри этом н а стенке возни кает горячая точ ка, тем пература которой п ри м ерн о такая ж е, к ак у вторичного ф а кела при боевом пораж ении JIA.
СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ ВЗРЫВА
Д ля защ иты топливны х баков от взры ва могут бы ть и сп ользо ваны различны е способы :
■специ альная обработка топлива перед заправкой;
■создание в надтопливном пространстве бака ин ертн ой среды;
■протектирование стен ок баков и заполнен ие их внутреннего объем а полиуретановы м поропластом .
СПЕЦИАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ТОПЛИВА
С пециальная обработка топлива перед заправкой позволяет сн и зить его испаряемость и выделение растворенного в нем кислорода.
О хлаж дение топлива перед заправкой пониж ает его и сп ар яе м ость и обедняет топливно -воздуш ную см есь в надтоп ливном
474 Системы защиты ЛА от пожаров и взрывов
пространстве. П ри этом происходит увеличение плотности то п лива, что позволяет увеличить полезную нагрузку и дальность п о лета JIA.
В ы держ ивание топлива перед заправкой в специальны х ем ко с тях с пон иж ен ны м давлением (так назы ваем ая десатурация) п о з воляет вы делить растворен ны й в нем кислород ещ е до заправки в баки JIA. В результате ум еньш ается количество кислорода в над-
топливном пространстве и соответственно ухудш аю тся |
условия |
и сниж ается вероятность во зн и кн о вен и я взры ва. |
|
К аналогичном у результату приводит азотирование |
топлива, |
заклю чаю щ ееся в «пром ы вании» топлива перед заправкой в баки ж и дким азотом .
СОЗДАНИЕ ИНЕРТНОЙ АТМОСФЕРЫ В НАДТОПЛИВНОМ ПРОСТРАНСТВЕ БАКА
Д ля создания и н ертн ой атм осф еры в надтопливном п ростран стве бака в него могут подаваться различны е нейтральны е газы и хладоны в газообразном состоянии . С этой целью на борту JIA устанавливаю тся специальны е систем ы , которы е м ож но подраз делить н а ш татны е, т. е. действую щ ие в течение всего полета, и аварийны е, вклю чаю щ иеся в слож ны х ситуациях, нап рим ер при вы нуж денной посадке. В качестве рабочего тела в этих системах чащ е всего использую т азот и углекислоту.
Запас азота на борту JIA может храниться либо в газообразном состоянии в баллонах вы сокого давления, либо в сж иж енном со стоянии в сосудах Д ью ара специальной конструкции. В зависим ос ти от этого системы нейтрального газа, использую щ ие в качестве рабочего тела азот, подразделяю тся на баллонны е и криогенны е.
П ри н ц и п и ал ьн ая схема систем ы с баллонны м содерж анием азота приведена на рис. 13.21. Д авление азота в баллоне 1 состав ляет 15...20 М П а. С истем а м ож ет работать как в ш татном , так и в аварийном реж им е. В ш татном реж им е азот через калиброван ное сопло с подогревателем 7 поступает в надтопливное п р о странство бака для создан ия в нем ин ертн ой атм осф еры . И зл и ш ки азота сбрасы ваю тся в атм осф еру через предохранительны й клапан 8. В аварийном реж им е для бы строго зап олн ен и я надтоп - ливного пространства откры вается кр ан 6, и азот поступает в бак через дроссель 5 и сопло 7 одноврем енно. П осле достиж ения и з бы точного давлен ия в баке зн ач ен и я порядка 0,015...0,02 М П а по сигналу от датчика давления 9 кр ан 6 закры вается, а остатки азота из баллона стравливаю тся в атм осф еру через кран 3.
Н а рис. 13.22 показана ком п он овка |
аварийн ой систем ы Н Г |
баллонного типа на тяж елом вертолете. |
|
Н едостатком рассм отренны х систем |
является больш ая масса |
баллонов вы сокого давления. |
|
Системы защиты ЛА от взрыва |
475 |
Рис. 13.21. Принципиальная |
N----------- |
схема баллонной системы НГ: |
|
1 — баллон высокого давления; 2 — устройство сигнализации разрядки баллона; 3 — кран стравливания азота; 4 — штуцер; 5 — дроссель; 6 — кран аварийного заполнения бака; 7 — калиброванное сопло с подо гревателем; 8 — предохранительный клапан; 9 — датчик давления; 10 — топливный бак; 11 — подкачивающий насос топливной системы
Рис. 13.22. Компоновка аварийной системы НГ на тяжелом вертолете:
I, II, III, IV — группы баков; 1, 4, 6, 11 — дренажные трубопроводы соответственно И, III расходных баков и баков групп IV и I; 2 — трубопровод подачи НГ к бакам группы I и II; 3 — то же, к бакам группы III; 5 — то же, к расходному баку; 7 — расходный бак; 8 — тру бопровод подвода НГ от баллонов в систему; 9 — баллон НГ; 10 — пироголовка
476 |
Системы защиты ЛА от пожаров и взрывов |
Рис. 13.23. Криогенная система НГ с газификатором:
1— газификатор; 2 — система регулирования газообразной и жидкой фаз; 3 — подогреватель; 4 — топливный бак; 5 —ПК; 6 —дозатор (жиклер); 7—редуктор; 8 — баллон с газообразным НГ
В криогенны х систем ах нейтрального газа азот содерж ится в сосудах Д ью ара в сж иж енном состоян ии под избы точны м д ав лением около 0,7...0,8 М П а (рис. 13.23). И нтенсивн ость газовы деления, а значит, и расход газа в системе регулирую тся с пом ощ ью нагревателя в зависим ости от условий полета. В случае необходи м ости резкого увеличения подачи азота в работу вклю чается р е зервны й баллон 8, содерж ащ ий азот под вы соки м давлением .
П р и больш ой продолж ительности полета м ассовы е характе р и сти ки даж е у криогенны х систем , работаю щ их в ш татном р е ж им е, становятся неудовлетворительны м и. П оэтом у в этом случае более раци онально использовать газогенераторны е систем ы , в ы рабаты ваю щ ие нейтральны й газ прям о на борту JIA. С труктурная схема такой систем ы приведена на рис. 13.24. В этом случае часть топлива сж игается в специальной кам ере-газогенераторе. О снов ны м и продуктам и сгорания являю тся углекислы й газ и пары воды. В холодильнике происходит кон ден сац ия водяного пара и затем удаление воды в осуш ителе. П оскольку углекислы й газ на выходе из осуш ителя им еет низкую температуру, его подача в топливны й б ак м ож ет вы звать кон ден сац ию паров воды , находящ ихся в баке. Д ля предотвращ ения этого явл ен и я углекислы й газ нагревается в подогревателе и подается в надтопливное пространство бака.
Газогенератор Холодильник -*■ Осушитель ПодогревательKlb
Рис. 13.24. Структурная схема газогенераторной системы НГ
Системы защиты ЛА от взрыва |
477 |
Рис. 13.25. Хладоновая система защиты топливных баков от взрыва:
1, 5, 6, 14 — соответствен но передний, крыльевые и задний топливные баки; 2 — ПК; 3 — трубопровод отбора; 4 — ограничитель расхода; 7— датчик давле ния: 8 — смеситель (эжек тор,); 9 — регулируемое со пло; 10 — пламяуловитель; 11 — запорный кран; 12 — компенсатор; 13 — сосуд Дьюара; /5 —распылитель (форсунка)
Д ля сн и ж ен и я м ассы баллонов, в которы х хранится ней траль
н ы й газ, в |
качестве рабочего |
тела |
использую т такж е хладоны . |
В си стем е, |
п р и н ц и п и а л ь н а я |
схем а |
ко то р о й п р ед ставл ен а н а |
рис. 13.25, топливны е баки в течение всего полета надцуваю тся см есью хлад она из сосуда 13 и воздуха, поступаю щ его от С К В .
С м есительное устройство 8 обеспечивает получение см еси н е обходим ой ко н ц ен тр ац и и , зави сящ ей от условий полета и расхо да топлива из баков. Х отя такая систем а п озволяет значительно улучш ить м ассовы е характеристики систем ы , она обладает су щ ественн ы м недостатком — является экологи чески вредной, так к ак в течение всего полета хладон, разруш ительно воздействую щ и й н а о зон овы й слой, стравливается из топливны х баков в ат м осф еру.
ПРОТЕКТИРОВАНИЕ И ЗАПОЛНЕНИЕ ОБЪЕМА БАКОВ
ПОРОПЛАСТОМ
П од протектированием топливны х баков поним аю т кон струк тивны е м еры , предотвращ аю щ ие вы текание топлива при в о зн и к н овен и и пробоин и образование вторичного ф акела осколков в результате боевого пораж ен ия или удара м олнии . С этой целью
внутренняя поверхность стен ки топливного |
бака покры вается |
слоем пенопласта, поры которого заполнен ы |
специ альны м ве |
щ еством — коагулятором , твердею щ им при контакте с воздухом (рис. 13.26). Т еперь при пораж ении осколком вторичны й ф акел не образуется, он к ак бы «вязнет» в протекторе. Д алее при разру ш ен и и осколком пенопластового протектора и з пор последнего
478 |
Системы защиты JIA от пожаров и взрывов |
||
|
I |
2 |
Рис. 13.26. Топливный бак с протекто |
|
1 |
ром и полиуретановым заполнителем: |
|
1 — стенка бака; 2 — слой пенопласта, за полненного коагулятором; 3 — полиурета новый заполнитель
в ы д ел яется ко агул ято р , кото р ы й заволакивает пробоину и за твердевает, образуя своеобразную пробку.
В нутренний объем бака заполняется полностью или частично полиуретановы м п ороп ластом , образую щ им в баке сетчатую структуру с диам етром ячей ки 3...4 мм . В этом случае в баке п р о исходит сам озатухание процесса горения независим о от того, к а ки м и источн икам и он ин ици ирован .
Ф и зи чески е основы |
этого п роц есса стан о вятся ясн ы м и |
из |
р ассм отр ен и я теплового |
б алан са при горении ц и ли н д р и ка, |
в ы |
делен ного и з общ его объем а то п л и ва (рис. 13.27). П осле во сп л а м ен ен и я от как о го -ли б о и сто чн и к а в вы деленн ом ц и ли н д р и ке прои сходит следую щ ее: теп ловая эн ер ги я, вы деляю щ аяся в зон е го рен и я, QT расходуется н а подогрев слоев топ ли ва, п ри легаю щ их к зон е го р ен и я, и н а теп лообм ен с окруж аю щ им объем ом за счет теп лоп ровод н ости 0 б. К а к только тем пература слоев то п л и ва, при легаю щ их к зон е горен и я, достигает тем пературы сам о во сп л ам ен ен и я, они загораю тся и зо н а горен и я увеличивает свои разм еры . О днако при ум ен ьш ен и и диам етра вы деленного ц и л и н д р и к а н ач и н ает увеличиваться доля тепловой эн ер ги и , р а с сеи ваем ой в окруж аю щ ем объем е за счет теп лопроводности . П ри диам етре около 3...4 м м рассеи ваем ая эн ер ги я стан овится б о ль ш е тепловой эн ер ги и , вы деляю щ ейся в зоне го р ен и я, топливо уж е не м ож ет бы ть нагрето до тем пературы сам о во сп л ам ен ен и я, а проц есс горения прекращ ается.
Следует пом нить, что при заполнен ии бака поропластом тер я ется часть его полезного объема, а такж е н есколько увеличивается невы рабаты ваем ы й остаток топлива за счет см ачиваем ости зап ол нителя.
В табл. 13.1 приведены некоторы е сведения о средствах защ и ты от пож ара и взры ва, а в табл. 13.2 — приближ енны е устано вочны е м ассы П П С отечественны х соврем енны х самолетов.
f <r
Рис. 13.27. Тепловой баланс в зоне горения:
1 — фронт пламени; QT— тепло, выделяющееся в зоне горения; 0б — тепло, уходящее с боковой поверхности за счет теплопро водности; 0ц — диаметр цилиндрика