Science &Technology Vision 科技视界飞机发动机短舱防火墙结构和密封设计要求
胡寅寅蒋祖武
(上海飞机设计研究院，中国上海201210)
【摘要】短舱作为包裹发动机火区的结构，必须设计成能够将火区与非火区完全隔离，以避免火区的火焰进入到其他区域引起灾难性的后果。本文主要简述了短舱防火墙结构与防火密封件的设计要求和方法，重点介绍了防火密封件设计时要考虑的几大因素，为民用飞机发动机短舱的防火设计提供参考。
【关键词】短舱；防火；密封件
0引言
飞机发动机短舱结构是飞机的关键部件之一，主要包括进气道、风扇罩、反推内部及外部装置、尾喷结构，其功能是包裹发动机及其系统附件，飞行时主要承受气动载荷，起整流作用。飞机动力装置着火会对飞行安全造成严重威胁，若火焰窜出发动机短舱，可能蔓延至机翼油箱，造成机毁人亡的重大事故。因此，对发动机短舱结构的防火设计进行研究是十分必要的。本文简述了短舱结构防火的设计方法，重点介绍短舱结构防火密封的设计方法及要求。
根据着火的3要素及火灾产生的机理，将民用飞机各物理区域划分为4种类型：火区、易燃区、可燃液体泄漏区和非危险区。发动机短舱核心舱和风扇舱由于同时存在点火源和可燃液体，划分为火区。短舱作为包裹风扇火区和核心火区的结构，结构承担着防火墙的功能，应满足防火要求。
1短舱结构防火设计
1.1防火的定义
根据FAA 咨询通报AC20-135[1]对防火的定义：材料或结构，经受
2000+/-150F°
（即1100+/-65C°）火焰至少15分钟仍能完成其设计目的的性能。对耐火的定义：材料或结构，经受2000+/-150F°（即1100+/发动机密封
-65C°）
火焰至少5分钟仍能完成其设计目的的性能。1.2设计要求
短舱结构防火设计适用的条款主要包括CCAR25.865，25.1181，25.1191，25.1193，25.1207。1.3结构防火设计
适航条款CCAR-25[2]25.865要求位于指定火区或可能受到火区着火影响的邻近区域内必不可少的飞行操纵系统、发动机架和其他飞行结构，必须用防火材料制造或加以屏蔽，使之能经受住着火的影响。对于非承载防火墙，根据AC20-135，定义了以下厚度的材料可以接受：不锈钢厚度大于0.015in （0.381mm ），防腐蚀低碳钢板厚度大于0.018in （0.457mm ），钛合金板厚度大于0.016in （0.406mm ），蒙乃尔板厚度大于
0.018in
（0.457mm ），钢或铜基合金的防火接头/紧固件，认为其满足防火要求且不必进行附加的试验。钛合金板材料密度低、比强度高、耐腐蚀、耐高温、组织性能稳定性好，且具有综合的优良性能，是防火墙常用的材料。
对于承载防火墙，咨询通报AC25.865-1Draft 提供了以下3种表明25.865条款符合性的方法：
1）
采用防火材料，例如钢或镍基合金等；2）零部件设计成在可能发生的起火状态下仍然能够满足结构功能要求，不影响飞行安全；
3）零部件采用防火墙保护以能够承受着火状态的影响。因此，如果承力的防火墙为钢或镍基合金，则
无需对着火状态下（2000±150°F 火焰）15分钟内承受飞行载荷进行额外的符合性验证。如果使用的是其它材料，则需要通过强度计算分析或者试验验证，证明其在着火情况下仍能够满足载荷传递的要求。
防火墙上的小开口，不会产生重要的外部载荷，仅仅为功能部件，按照AC20-135的解释，可以选取高温材料满足防火要求。对可能引起外部载荷的结构开口，由于本身承担了结构传载的作用，一般铺设隔热毯隔离保护。
防火墙的穿墙接头，应使用防火密封件进行防火封严，防火密封件的设计与防火墙设计同等要求。
1.4防火密封件的设计
密封件的设计要满足以下基本要求：1.4.1重量要求
设计应尽可能减轻密封件重量，满足相关重量指标。1.4.2互换性要求
密封件结构尽量简单紧凑，应满足互换要求。1.4.3工作环境要求
密封件应满足RTCA-DO-160G [3]要求。1.4.4耐久性要求
密封件的寿命应与飞机的寿命相匹配，满足飞机的长寿命使用要求。
1.4.5性能要求
在一定的流速、压力和温度范围内具有良好的密封性能和耐介质性能。
1.4.6安装及维护
要求易于安装和更换。要求在不拆卸部件的情况下，可以方便更换密封件为了便于维护，要求所有的密封件可方便拆卸和更换。发动机短舱接口的密封大多选用P 形和Ω形截面。P 形截面的密封件选用托板螺母连接。Ω形密封件通过凹槽连接，安装时，先将凹槽通过铆钉固定在结构上，然后挤压密封件将其安装在凹槽内。两种形式具有较好的维护性。1.4.7材料要求
密封材料应满足密封功能的要求。由于被密封的介质不同，以及工作条件不同，要求密封材料具有不同的适用性。密封零件一般采用橡胶材料，橡胶是一种弹性高分子材料。常见的有氯丁橡胶、橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。氯丁橡胶、橡胶、氟橡胶的工作温度大约为-65°~120°C ，硅橡胶的工作温度大约为-65°~230°C 。由于火区的工作温度较高，因此选用硅橡胶材料，并添加织物包覆层增强其抗磨损性能。
1.4.8压力和机械载荷要求
作为防火墙的密封，密封件承担隔离火区与非火区的功能，应确保整个飞行包线内发生着火工况时，
任何危险的液体、气体或火焰不能通过火区到达非火区的零件和结构。因此，密封件要根据整个飞行包线的压力载荷和机械载荷来选择设计。
密封件上的压力载荷通常是由于密封件隔离的火区与非火区之间的压差引起的。密封件分布在吊挂腔、风扇腔、核心腔、风扇涵道等不同区域。短舱核心舱和风扇舱均有通风设计，多处设计了引气口从外涵道引气以降低核心舱和风扇舱内的温度。因此，不同位置的密封件两侧压力均不同。用于隔离风扇舱与外部自由气流之间的防火密封件，由于压力载荷小，通常采用指形或低压球型密封件，如风扇罩外侧两个半罩体之间的密封件；用于隔离核心舱与风扇涵道之间的防火密封件，由于压力载荷较大，通常采用高压球型密封件。防火密封件之间还需要布置有密封接头将每一段密封件连接在一起，以保证密封件在短舱中的连续性。
密封件上的机械载荷主要由3部分引起：装配公差、热变形和机械受载变形。装配公差由单个零件的制造公差、工装定义以及零件的装配顺序决定。热变形和机械变形是不同工况下，结构的环境温度及结构承载发生变化，导致密封件承受的载荷也相应改变。热变形和机械变形可以通过有限元模型加载相应的热边界和载荷边界计算分析得到。将这3种变形叠加在一起即为总的机械载荷。以此为设计输入，计算密封件硬度、最大/最小压缩量，从而设计合理的(下转第306页)
作者简介：胡寅寅，女，硕士，上海飞机设计研究院，结构工程师。
281
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(上接第294页)切实加强对重点领域特别是建设工程、施工场地、易燃易爆、高层地下、公共娱乐场所、学校、医院、社会福利机构等消防安全管理，形成监管合力，不断创新监管方式方法和加大度监管力度。各职能部门要切实履行法定职责，做到不缺位、不错位；要按照“谁主管，谁负责”、“谁审批，谁负责”、“谁发证，谁负责”的原则，切实加强对社会单位的监管，严格行业准入条件。
3.4创新消防监督执法和服务意识
在服务中体现执法，在执法中体现服务，紧密结合消防工作的现状和特点，坚持以人为本、服务为先、执法为民的理念，运用现代管理原理，不断创新消防安全执法监督模式；要深入理解相关法律、法规、技术规范，制定规范、简单、好用的执法指导手册，在规范基层执法工作的同时方便基层使用，不断推进执法规范化。
3.5建立“全警消防”制度
公安各警种各部门要站在消防安全工作大局的高度，按照公安部的一系列重要部署，进一步牢固树立“一盘棋”的思想，在抓消防安全问题上，一定要打破部门界限，形成齐抓共管的强大合力，齐心协力
推动消防安全工作。3.6借助有效平台
在推进社会消防管理创新活动中，必须借助创建平安社区、平安校园、平安乡村以及各种文明、示范创建活动平台，纳入其中，共同研究，不断创建消防安全示范单位和示范区，打造一批典型的消防安全创新管理精品点。总之，加强社会消防管理创新，就要充分认识消防管理工作中存在的问题，加快创新社会消防管理体制建设，提高社会消防管理水平，强化服务理念。只有充分认识社会消防管理体制改革和创新的重要性和紧迫性，以奋发有为的精神状态，不断求实、创新，社会消防管理才能得到真正创新，消防工作发展的新局面才能不断得到开创。
[1]唐军，胡建国，李君甫.社会管理体制改革与创新的理论思考[J].北京工业大学学报：社会科学版.
[2]陈棉权.关于公安机关社会管理创新的初步思考[J].公安研究.
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[责任编辑：汤静]
(上接第281页)截面尺寸。
密封件的设计完成后，还需对其防火性能进行验证。基于国内目前的技术水平，一般采取试验的方法对其进行防火性能验证。
2结束语
本文根据发动机短舱适航条款要求，对防火墙结构及密封件的设计要求进行了总结和解释。重点介绍了防火密封件设计时要考虑的几大因素，为民用飞机发动机短舱的防火设计提供借鉴和指导。
【参考文献】
［1］FAA Advisory Circular NO.20-135Powerplant installation and propulsion system component fire protection
test methods,standards,and criteria[S].USA:
Federal Aviation Administration,1990.
［2］CCAR-25-R4运输类飞机适航标准[S].北京：中国民用航空局,2011.
［3］RTCA Inc,DO-160G,Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne
Equipment.2010[S].
应培训所取得的经济效益和社会效益，这些数据和资料最能集中反应
培训工作的价值和贡献，为企业决策提供服务。
4.1.2具体适用的评估程序
目前铁路培训评估工作随意性较大，这给培训的评估工作带来了
许多困难，导致很多培训的效果无从评价。因此，考虑评估的可行性使
之便于评价的同时，建立科学的评估程序，使科学性、可测性和简易性
相结合，从而规范优化评估工作。
4.1.3可信性要求合理使用测评工具和手段
可信性是评估应该具备的一项重要特性。如何保证评估的可信
性，主要体现在评估的手段上，也就是说评估工具或手段是培训评估
结果是否可信的重要保证。
4.1.4培训效果评估的支撑平台
首先，是完善评估的组织模式；其次，是规范评估的流程；第三，是
建立评估的激励和约束机制。
4.2高技能人才培训效果评价流程
4.2.1培训需求分析
铁路培训需求分析主要包括管理岗位的培训需求分析和业务岗
位的需求分析。在铁路现行的教育部门牵头，干部、劳资、计统、财务、
工会、共青团组织和各业务主管部门协调配合、各负其责、共同实施的
运行机制下，需求分析由教育部门和相关的业务主管部门共同负责,
根据实际情况、铁路的发展要求进行分析。
4.2.2界定评估目的
在培训项目实施之前，教育主管部门和相关业务主管部门就必须
把培训评估的目的明确下来。多数情况下，培训评估的实施有助于对
培训项目的前景做出决定，对培训系统的某些部分进行修订，或是对
培训项目进行整体修改，使其更加符合企业的需要。培训评估的目的
将影响数据收集的方法和所要收集的数据类型。培训评估目的确定
后，评估的后续工作才能有的放矢。
4.2.3做出评估决定
评估决定一般由组织的决策者和培训项目实施者共同做出。在这
一过程中主要完成三项任务：评估可行性分析、明确培训评估目的、确
定评估者和参与者。
4.2.4评估规划
评估规划是对评估活动的整体行动计划。根据评估目标，选择评
估形式、方法和分析模型及确定评估时间表或操作程序的过程。
4.2.5评估操作
主要任务是选择适当的、能够反映培训情况和评估要求的主要指
标，确定对这些指标进行测量的工具和方法，用这些指标和工具对培
训项目进行客观、准确的测量，确定评估层次。培训评估应本着实用、
效益的原则，企业应根据自己的实际条件，对各项培训工作有针对性
地进行评估。铁路培训工作分为三块：一是，工人的规范化和适应性岗
位培训；二是，在职职工学历培训；三是，高级专业人才的培训。
4.2.6评估分析
根据评估操作中得到的一些原始数据，采用定性与定量相结合的
方法。原始资料的收集、分析是培训评估的重要环节，一般来说，第一
层评估收集培训评估调查表，第二层评估收集笔试试卷及现场操作考
核结果，第三、四层次评估收集员工满意度、员工流动率、顾客满意度、
生产率、设备完好率、财务利润等。数据收集后，调动数据库中的数据,
与原始数据进行对比，从而得出评估结论。
4.2.7评估报告
利用评估过程中获得的数据和分析结果，对培训项目是否有效进
行书面的、有说服力的整体评价。评估报告主要有三个组成部分：一
是，培训项目概况，包括项目投入、
时间、参加人员及主要内容等；二
是，受训员工的培训结果，包括合格人数，不合格人数及不合格原因分
析，另外还应提出不合格者处置建议，对不合格员工应进行再培训，如
果仍不合格者，应实施转岗或是解聘
；三是，培训项目的评估结果及处
置，效果好的项目可保留，没有效果的项目应取消，对于有缺陷的项目
要进行改进。
5结语
高技能人才产生和成长理论是影响铁路企业高技能人才培训的重
要原因，我国铁路企业现行高技能人才培训方法还存在较大缺陷，需
要铁路企业的政策改革和培训模式的优化。本文的研究目的是通过对
我国铁路企业高技能人才培训现状研究分析，出其中的缺陷及原因
并提出优化方法，并提供了高技能人才培训效果的评价方法。
[责任编辑：杨玉洁] 306
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