一种基于洁净气液混合介质的飞机货舱协同灭火系统和方法

本发明属于飞机制造，涉及一种基于洁净气液混合介质的飞机货舱协同灭火系统和方法。

背景技术：

1、根据ccar25.857条货舱等级，c款规定，针对民用运输类飞机c级货舱需配置有从驾驶舱处可操纵的、经批准的固定式灭火或抑制系统。目前使用哈龙1301的哈龙货舱灭火系统在民用飞机领域得到了广泛的应用。哈龙1301是一种气体化学灭火剂，以化学抑制为主、灭火效率高，但会造成臭氧层的破坏，截止2040年民机货舱需完全停用哈龙灭火剂。

2、寻求民机机载哈龙替代物成为当前研究前沿。目前较有前景的洁净哈龙替代剂主要包括水基(细水雾)、惰性介质(氮气)及新型高沸点气体化学灭火剂如全氟己酮和2-btp和等；其中细水雾和n2以物理冷却灭火为主，清洁环保、无臭氧层破坏和温室效应；2-btp和全氟己酮，常温下为液态，灭火时迅速汽化吸热并能中断燃烧链式反应，以化学抑制为主，灭火效率高，其臭氧消耗odp潜能分别为0.002和0，全球变暖潜力gwp分别为0.26、1，基本无臭氧损害和温室效应。

3、针对上述洁净哈龙替代剂灭火系统的研究，业内已经研究开发了多种灭火装置和系统，如：

4、cn208660189u公开一种全氟己酮混合式自动灭火系统。灭火介质采用全氟己酮，该灭火系统可自由组合、联网使用，可安全、可靠的应用于高大空间或狭小空间的降温、灭火。但该系统和装置是主要应用于高大空间或狭小空间的建筑，并没有涉及民机货舱哈龙灭火剂的替代方案。

5、cn112316350b公开一种应用于大型民机货舱火灾抑灭的水基验证系统平台，该系统包括标准实验舱、细水雾发生装置和控制模块，细水雾发生装置位于标准实验舱内，可精准模拟多种货舱火灾场景下的细水雾抑灭性能，但并未提供与飞机货舱实际应用场景下的连接与配置关系。

6、cn113616954a公开了一种飞机货舱细水雾灭火系统和方法，包括一个或多个消防水源、一个或多个消防气源、货舱灭火管道、灭火系统控制装置、驾驶舱灭火控制单元。该灭火系统采用单纯细水雾，其耗水量相对较大，且灭火效率有限，在民机货舱应用仍存在较大局限性，且尚未获得民机货舱灭火系统适航验证。

7、cn111589020a公开一种全氟己酮快速灭火装置及灭火系统，该系统包括全氟己酮喷射组件、co2发生装置、水雾发生装置、混合室和喷头。该发明利用全氟己酮、co2和水雾协同灭火，实现快速灭火，其主要应用于建筑消防系统，尚未考虑民机货舱内部环境和条件，并不能作为民机货舱哈龙替代灭火系统。

8、cn111991733a涉及一种气液双流体混合雾化灭火装置和灭火方法，该装置包括灭火介质存储单元、动力输出单元、控制单元、输送管道及雾化单元以及运行参数监测单元。该发明双流体灭火介质包括高沸点气体灭火剂和水，通过气液混合充分雾化后灭火，灭火效率高且清洁环保，但其主要应用于储能电站和地下管廊等受限空间，并未考虑实际民机货舱环境与适航要求，不能作为民机货舱哈龙替代灭火系统。

9、综上，在保证灭火效率和清洁环保的前提下，满足民机货舱环境条件与适航要求的新型哈龙替代灭火系统亟待研制，基于洁净气液混合介质的新型哈龙替代灭火系统能够有效减少灭火剂用量、提高灭火效率，成为可能的民机货舱哈龙替代解决方案，具有重要的技术和经济价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于洁净气液混合介质的飞机货舱协同灭火系统和方法，利用新型高沸点气体化学灭火剂如全氟己酮和2-btp等、惰性气体n2和细水雾组成洁净气液混合介质灭火剂，并能根据货舱环境压力与温度调整混合灭火介质组成和比例，实现不同民机巡航环境下的高效灭火，同时在最大程度上减少灭火剂消耗量，弥补传统哈龙灭火系统或者单一介质灭火系统的灭火局限性。

2、本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于洁净气液混合介质的飞机货舱协同灭火系统，包括灭火剂存储舱室、高温废气加热系统、气体增压的全氟己酮储罐、气体增压的2-btp储罐、压缩氮气惰性介质储罐、气体增压的水储罐、混合腔、灭火剂输送管道、双流体喷头、舱内环境压力与温度监测系统、总设备配电单元与驾驶舱灭火控制单元；

3、所述灭火剂存储舱室用于存放气体增压的全氟己酮储罐、气体增压的2-btp储罐、压缩氮气惰性介质储罐与气体增压的水储罐，所述气体增压的全氟己酮储罐、气体增压的2-btp储罐、压缩氮气惰性介质储罐通过气体灭火剂输送管道与混合腔连接；

4、所述高温废气加热系统包括来自机上发动机等设备高温废气、废气输送管道、灭火剂存储舱室温度传感器；所述高温废气通过灭火剂存储舱室的进气口进入，通过排气口排出；所述废气输送管道上设置电磁阀门和质量流量控制器，可根据灭火剂存储舱室温度对高温废气流量进行调控，防止灭火剂结冰及储存舱室局部温度过高。

5、优选的，所述气体增压的全氟己酮储罐、气体增压的－btp储罐、压缩氮气惰性介质储罐的顶部分别安装有泄压阀和压力传感器。

6、优选的，所述气体增压的水储罐的顶部安装有泄压阀和压力传感器，与所述双流体喷头连接的输送管道上设有电磁阀门和质量流量控制器。

7、优选的，所述气体灭火介质-全氟己酮、2-btp均为高沸点气体灭火剂，但不限于上述两种介质，所述氮气来自机载气体惰化系统，所述水来自机上废水系统。

8、优选的，所述混合腔包括三个气体进口、一个腔体、三根周边开有多个气孔的分流管道、一个气体出口；所述分流管道分别连接气体灭火介质输送管道，所述气体灭火介质通过分流管道气孔注入混合腔，充分混合后通过气体出口输送管道到达双流体喷头进气口；所述混合腔形状为上部半球与下部倒圆台组合体，但不限于此结构，所述混合腔的外侧安装有加温装置，所述混合腔的外壳加温装置包括多层加热带。

9、优选的，所述混合腔与双流体喷头端部的进气口相连通，所述气体增压的水储罐通过管道与双流体喷头端部的进液口相连通，所述双流体喷头包括一个进气口，一个进液口和至少一个出口，且双流体喷头出口处形成混合灭火介质喷出。

10、优选的，所述舱内环境压力与温度监测系统包括温度传感器与压力传感器，且温度传感器与压力传感器均与驾驶舱灭火控制单元之间为电性连接；

11、优选的，所述总设备配电单元均由驾驶舱灭火控制单元控制，所述总设备配电单元与管道电磁阀、质量流量控制器、压力传感器、温度传感器之间均为电性连接。

12、优选的，灭火方法包括以下步骤：

13、s1、所述驾驶舱灭火控制单元根据火灾报警信号启动所述灭火系统，并根据舱内压力与温度确定所述混合灭火介质的组成和比例，所述总设备配电单元接收灭火控制单元信号，启动灭火剂存储装置电磁阀门和质量流量控制器，释放特定组成和比例的混合灭火介质，其中，灭火剂组成通过管道电磁阀的开闭来控制，灭火剂比例通过质量流量控制器控制；s2、所述设备配电单元接收灭火控制单元信号，启动输送管道电磁阀门，形成灭火介质输送管道通路将气液灭火介质转送至双流体喷头，所述双流体喷头将所述气液混合灭火介质喷出，所述双流体喷头能够在低于0.6mpa压力下产生粒径小于或等于300微米的雾化颗粒；

14、s3、所述驾驶室灭火控制单元根据所述灭火剂质量流量控制器首先设置大流量喷出实施快速灭火，其次根据舱内温度传感器数据，当温度降低至安全范围，设置小流量喷出实施火灾抑制。与现有技术相比，本发明一种基于洁净气液混合介质的飞机货舱协同灭火系统和方法的优点为：

15、1、本发明的一种基于洁净气液混合介质的民机货舱协同灭火系统，满足icao和easa最新的环保要求；

16、2、本发明货舱灭火系统通过洁净化学灭火剂、惰性气体和细水雾组成气液混合灭火剂，充分利用混合介质间的协同灭火作用，显著提高灭火效率且最大程度上减少灭火剂消耗量。

17、3、本发明货舱灭火系统中的货舱压力与温度监测系统，可实时将货舱火灾场景下的环境压力与温度信息反馈给驾驶室灭火控制单元；驾驶舱灭火控制单元可根据货舱环境压力与温度，并通过管道电磁阀门和质量流量控制器实时调控混合灭火剂组成和比例，实现灭火剂喷射量的精准控制，提高灭火剂的利用率。