一种飞机新型高沸点灭火剂雾化喷头及灭火方法

本发明属于飞机制造技术及飞机消防安全领域，涉及一种飞机新型高沸点灭火剂雾化喷头及灭火方法。

背景技术：

1、飞机灭火系统是确保飞行安全的关键组成部分，特别是在火灾初期，飞机灭火系统能够迅速有效地抑制火势。目前，飞机普遍配备的“哈龙”灭火剂，具有灭火效率高、释放后无残留、毒性低、无腐蚀、不导电、存储稳定等优点，但因其对臭氧层的破坏作用而被逐步淘汰，预计到2040年将完全停用。目前，飞机上已经开始采用分区域“哈龙”替代策略，例如在盥洗室使用hfc-227ea替代“哈龙”1301，以及使用2-btp替代手提式灭火器中的“哈龙”1211。然而对于发动机舱和货舱这类关键区域装配的固定管网式灭火系统，仍未开发出有效的新型清洁化学气体灭火剂替代“哈龙”。

2、目前研究较为深入、被认为具有“哈龙”替代潜力的新型化学灭火剂有三氟碘甲烷(沸点为-22.5℃)、2-btp(沸点为32℃)和全氟己酮(novec-1230，沸点为49℃)。然而，由于他们的沸点明显高于“哈龙”1301(沸点为-57.8℃)，在灭火系统的输运管网内均难以气化，主要以液态形式经喷嘴释放至灭火空间，灭火剂液滴在灭火空间的扩散效率和扩散浓度较气体“哈龙”灭火剂低，需受热气化后方能进一步发生热裂解反应进而释放化学灭火自由基并通过捕捉火焰自由基实现中断燃烧链式反应的优异化学灭火作用。因此，为推进这类高沸点新型化学灭火剂的机载“哈龙”替代应用，需要针对高沸点机载灭火剂开展雾化喷头结构和灭火方法设计，提高这类灭火剂的雾化效果、使其经喷头释放后可在高温火场空间快速扩散、气化并受热分解释放化学灭火自由基，从而以较低的灭火剂充装质量即可发挥高效灭火效果，有效推进机载“哈龙”替代和飞机轻量化节能设计。

3、针对特定灭火介质灭火系统喷嘴结构的相关研究，业内已经研究开发了多种喷嘴结构，如：

4、cn221713427u涉及一种洁净气体手提式灭火器雾化喷嘴结构，适用于气体灭火剂的手提式灭火器，没有考虑到高沸点灭火剂的特点及灭火系统复杂结构，不适用于高沸点“哈龙”替代灭火剂灭火系统。cn116549897b涉及一种二氧化碳灭火系统喷嘴组件阵列配置结构，该喷嘴组件针对二氧化碳灭火介质，没有考虑到高沸点灭火剂的特点，不适用于高沸点“哈龙”替代灭火剂。cn202322649249.2涉及了一种多喷嘴闭式中低压细水雾喷头，提升了调节便捷性，但该喷嘴结构适用于细水雾灭火介质，不适用于高沸点“哈龙”替代灭火剂。

5、因此，如何提供一种能同时提高灭火剂的动能与内能(即灭火剂液滴的温度)、有效减小灭火剂液滴粒径，有助于灭火剂迅速喷放并快速达到沸点进而高效气化的飞机新型高沸点灭火剂雾化喷头是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种飞机新型高沸点灭火剂雾化喷头及灭火方法，应用于飞机机载高沸点灭火剂(如2-btp、全氟己酮novec1230)，通过提前高压充装进储罐，当飞机部位着火时，通过控制器控制灭火剂释放，经过系统管网进入雾化喷嘴，通过雾化喷嘴的内部结构从而对高沸点灭火剂进行充分的破碎雾化，有助于提高高沸点机载灭火器的气化效率和减小喷射的灭火剂雾滴粒径大小，使得高沸点灭火剂喷出后更容易气化，可以在一定程度上提高高沸点机载灭火剂的使用效果、利于飞机轻量化设计。

2、需要说明的是，为满足高沸点“哈龙”替代灭火系统的要求，本发明采用特殊的气动旋转离心体与滤网配合，舍弃传统雾化芯，减少流体压力损失，增加流体的雾化效率，减小灭火剂液滴粒径；同时，本发明通过气动旋转离心体带动旋转齿牙体旋转，能够对流体进行二次雾化，并且使液体灭火剂与喷头结构碰撞摩擦，有效提升液体灭火剂内能，便于喷射后液雾颗粒气化，喷头顶端采用多个缩径喷口，提升灭火剂雾化的喷射范围，增大喷射速度。本发明为机载高沸点“哈龙”替代灭火剂开展针对性雾化喷头结构设计，对提高高沸点灭火剂雾化效率、气化速率和灭火性能、推进飞机上“哈龙”替代和飞机轻量化设计具有重要的技术和经济价值。

3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、本发明的第一个技术目的是提供一种飞机新型高沸点灭火剂雾化喷头，包括安装底座、进液口、旋流道、缩径道、离心分离腔、气动旋转离心体、固定圆盘、滤网、旋转齿牙体、支撑柱、旋转轴承、密封圈、缩径喷口、顶部喷头和固定外环。

5、进一步的，所述底部安装底座内有螺纹，可直接与管道连接相互固定，灭火剂通过管道进入进液口，所述进液口内含有旋流道，旋流道和离心分离腔由缩径道连接。

6、进一步的，所述离心分离腔位于缩径道和破碎分离带之间，该腔体内包括气动旋转离心体，滤网与固定圆盘；所述滤网固定在所述缩径道的出口处，并位于所述离心分离腔的正中央；所述气动旋转离心体位于滤网中心。

7、进一步的，所述气动旋转离心体其旋转叶片曲线符合阿基米德螺线，曲线公式为，设在t时刻叶片曲线的起始坐标为(0，0，0)，则在t时刻旋转曲线的公式为：

8、x(t)＝vtcos(wt)

9、y(t)＝vtsin(wt)

10、z(t)＝vt。

11、其中，v为曲线的线速度，w为曲线旋转的角速度，t为时间。

12、进一步的，所述的旋转破碎带包括旋转齿牙体，密封圈和垫片；所述旋转齿牙体与气动旋转离心体通过固定圆盘连接，所述旋转齿牙体侧面有几圈齿状突起并且与所述气动旋转离心体通过固定圆盘连接；所述旋转齿牙体位于所述旋转破碎带的中心，且旋转齿牙体的顶部外围设有所述密封圈和所述垫片；所述旋转齿牙体的齿状突起与其所在的旋转破碎带的齿牙外部轮廓之间存在一定间隙，使得灭火剂经由该间隙冲入缩径喷口。

13、进一步的，所述旋转齿牙体通过三个旋转轴承与所述顶部喷头的支撑柱连接。

14、进一步的，所述顶部喷头包括四个缩径喷口；所述缩径喷口的底端与所述旋转破碎带连通，缩径喷口内有直射孔；所述直射孔与缩径喷口底端的喷口进液口连通，直射孔上端连接扩散喷口；且所述缩径喷口底端外围环绕密封圈。

15、进一步的，喷头顶端外围有固定外环，所述固定外环与喷头外壳依靠螺纹将所述顶部喷头固定。

16、本发明的第二个技术目的是提供一种如上所述的飞机新型高沸点灭火剂雾化喷头的灭火方法，将所述喷头通过安装底座与管道相互连接，管道连接充装有高压氮气和灭火剂的灭火剂储罐，驾驶舱在收到火灾报警信息后在总控面板通过灭火系统控制按钮启动电磁阀门，电磁阀门内线圈通电产生磁力使得阀门打开，控制储罐中灭火剂在高压氮气的驱动下迅速进入灭火剂输送管道并冲向喷头，在喷头处充分雾化分离并在缩径喷口处释放

17、具体操作原理如下：

18、将所述喷头通过安装底座与管道相互连接，管道连接充装有高压氮气和灭火剂的灭火剂储罐，通过安装在灭火剂储罐底部的电磁阀门控制灭火剂自储罐流出进入灭火剂输送管道，所述电磁阀门依靠驾驶舱总控面板中灭火系统控制按钮控制，当飞机出现火灾，驾驶员手动按下总控面板中灭火系统控制按钮启动电磁阀门，电磁阀门中线圈通电后产生磁力使得阀门移动，从而使灭火剂储罐中的灭火剂在高压氮气的驱动下迅速进入灭火剂输送管道并冲向喷头，在喷头处充分雾化并在缩径喷口处释放。

19、进一步的，所述飞机灭火剂均为高沸点灭火剂，包括但不限于2-btp、全氟己酮(novec-1230)。

20、进一步的，所述雾化方法为外部撞击雾化和离心旋转分离雾化相互结合。

21、需要说明的是，本发明应用于飞机机载高沸点灭火剂(如2-btp、全氟己酮novec1230)的喷头能提高高沸点灭火剂的气化效率和灭火效果，解决了新型高沸点灭火剂经飞机灭火系统喷放后气化困难、雾化不充分的技术难题。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、1.本发明由于采用特殊的气动旋转离心体与滤网的配合，舍弃传统雾化芯，减少流体压力损失，且能够增加流体的雾化效率，减小液滴粒径。

24、2.本发明通过气动旋转离心体带动旋转齿牙体旋转，能够对流体进行二次雾化，液体灭火剂与喷头结构碰撞摩擦，有效提升液体灭火剂内能，便于喷射后气化。

25、3.本发明公开的喷头顶端采用多喷头缩径喷口增加了雾化范围，并且顶部喷头的缩径结构提升了灭火剂雾化的喷射距离，增大了喷射速度。