Способы пожаротушения и возможности их применения в салонах летательных аппаратов

Успешная борьба с пожаром, спасение людей, сведение ущерба от пожара и его тушения к минимуму во многом зависят от правильного выбора средств пожаротушения.

При выборе способа пожаротушения необходимо учитывать виды и свойства горючих материалов, которые могут оказаться в зоне пожара, воздействие огнетушащих составов на оборудование объекта, возможность нахождения людей в аварийном помещении во время тушения пожара и т.д.

Средство пожаротушения, предназначенное для ликвидации очагов возгораний в пассажирском салоне самолета, должно, в частности, отвечать следующим основным требованиям:

1) обладать высокой эффективностью пожаротушения при горении различных материалов;

2) не вызывать повреждения или порчи конструкционных и декоративных материалов, а также различного оборудования, включая электрооборудование, находящееся под напряжением;

3) не оказывать вредного или отрицательного действия на организм человека;

4) локализовать зону горения, не допуская или ограничивая возможность распространения вредных продуктов сгорания по всему объему защищаемого помещения;

5) предотвращать возможность повторного загорания, обеспечивать тушение в труднодоступных или загроможденных местах.

Установки пожаротушения должны иметь минимальную массу и габариты, сохранять работоспособность при длительном хранении, быть простыми в эксплуатации и безотказными в работе.

В общем случае бортовые средства тушения пожара классифицируются по виду используемого тушащего вещества и конструктивному исполнению противопожарных устройств.

Водяное тушение

В качестве огнегасящего вещества может быть применена вода. В наземных условиях тушение водой - наиболее распространенный способ борьбы с пожарами. Объясняется это не только дешевизной и доступностью воды, но и ее хорошими огнетушащими свойствами. Основной огнетушащий эффект достигается за счет интенсивного охлаждения зоны горения благодаря большой теплоемкости воды и высокой теплоты парообразования (около 2,2 МДж/кг).

Дополнительный эффект пожаротушения, особенно заметный при тушении пожаров в закрытых помещениях, создает разбавляющее и изолирующее действие паров воды. При испарении объем воды увеличивается в 1700 раз, благодаря чему кислород воздуха вытесняется из зоны пожара, и состав горючей смеси оказывается сильно разбавленным водяным паром.

Поскольку вода, особенно природная, содержит растворенные соли, то она обладает значительной электрической проводимостью. Поэтому вода не может применяться для тушения пожаров, связанных с горением электрооборудования и электросетей.

Анализ положительных качеств и недостатков тушения пожаров водой показывает, что этот способ, в принципе, может быть с успехом применен для ликвидации небольших очагов возгорания в пассажирском салоне самолета при использовании огнетушителей, создающих распыленную струю воды с добавками (пенообразователями), повышающими эффективность тушения.

Тушение пожаров газами

Суть газового тушения заключается в уменьшении относительного содержания кислорода в зоне горения до концентрации, при которой горение прекращается, за счет разбавления воздуха каким-либо газом, не поддерживающим горения.

Для этой цели целесообразно использовать двуокись углерода. Это связано с тем, что этот газ может храниться в сжиженном состоянии при умеренных давлениях (около 6 МПа при температуре 20°С) и имеет достаточно высокий коэффициент газообразования: из 1 л жидкой углекислотыобразуется 462 л углекислого газа (1 кг жидкого СО₂ образует 509 л газообразного СО₂). Углекислый газ химически инертен, не коррозионно активен, не электропроводен.

Основной механизм газового пожаротушения - разбавляющее действие газа. При подаче в очаг пожара снежной углекислоты последняя мгновенно испаряется, минуя жидкое состояние. Этот процесс, называемый сублимацией, сопровождается некоторым охлаждением зоны горения.

Для прекращения горения объемная концентрация двуокиси углерода должна составлять при тушении 30% или 0,594 кг/м³.

Углекислый газ нельзя применять для тушения некоторых металлов (натрий, калий, бериллий, магний, щелочноземельные металлы). Эти металлы горят в атмосфере СО₂. Двуокись углерода не применима также для тушения тлеющих материалов (из-за плохого охлаждающего действия).

Наиболее существенным достоинством газового способа пожаротушения является полное отсутствие отрицательного воздействия на материалы и оборудование, в том числе радиотехническое, навигационное, и электрооборудование.

Наиболее значительные недостатки газового пожаротушения связаны с невысокой огнетушащей эффективностью (что требует существенных запасов газа-разбавителя). Этот способ для объемного тушения в помещении невозможно применять в отсеках, где находятся люди.

К этой же категории огнегасящих средств относится азот. Для подавления очага возгорания, в каком либо отсеке, в него нужно подать азот в объеме 40…70% от объема этого отсека.

Одними из эффективных средств пожаротушения и флегматизации горючих сред являются углеводороды, в которых один или несколько атомов водорода заменены атомами галоидов (F, Cl, Br). Эти вещества известны, как хладоны.

Хладоны эффективней инертных газов приблизительно в десять и почти в двадцать раз – водяного пара. Механизм тушения пожара хладонами состоит в том, что они уменьшают концентрацию горючей смеси, снижают температуру очага пламени за счет своего испарения и уменьшают скорость распространения пламени.

Высокие диэлектрические свойства хладонов позволяют применять их для тушения возгорания оборудования, находящегося под электрическим напряжением.

Рис. 6.9. Принципиальная схема ППС силовой установки самолета Ил-62: 1 – распределительные коллекторы отсека ВСУ; 2, 7 – блоки распределительных электрокранов; 3 – трубопровод для стравливания огнегасящего состава в атмосферу; 4 – устройство сигнализации о разрядке огнетушителей; 5 – распылительный коллектор отсека двигателя; 6 – устройство подачи огнегасящего состава внутрь двигателя; 8 – цилиндрический огнетушитель; 9 – шаровой огнетушитель

Все это привело к широкому распространению хладонов в бортовых авиационных средствах пожаротушения. К сожалению, хладоны обладают рядом существенных недостатков, среди которых основными являются их токсичность, что требует соблюдения специальных мер безопасности при обслуживании ППС, и разрушительное воздействие на озоновый слой атмосферы при срабатывании систем или утечках огнегасящего состава.

По конструктивному исполнению ППС можно подразделить на переносные и стационарные. Стационарные системы могут быть централизованными, автономными и смешанными.

Стационарные системы позволяют подавать огнегасящий состав в любой защищаемый отсек от одних и тех же огнетушителей; в автономных системах подача состава в каждый отсек осуществляется из отдельного огнетушителя. Принципиальная схема централизованной ППС самолета, показана на рис. 6.9

При возникновении загорания в одном из двигательных отсеков и срабатывании системы сигнализации приводятся в действие электроклапаны 7 соответствующего двигателя. В результате огнегасящий состав из огнетушителей под действием высокого давления поступает к распределительному коллектору и вспрыскивается в зону горения. В том случае, если пожар не был потушен или произошло повторное воспламенение, экипаж может вручную привести в действие огнетушитель второй очереди.

Как правило, ППС, состоящие из двух и более очередей, применяются на самолетах и вертолетах тяжелого и среднего класса. На легких маневренных самолетах обычно используются полностью автоматические ППС. Они состоят из одной очереди, что обусловлено ограничениями по массе системы, а также тем, что экипаж имеет возможность покинуть аварийную машину.

На зарубежных самолетах применяется только ручное включение подачи хладона в пожароопасный отсек, что исключает возможность ложного срабатывания системы. На самолетах Ту-154М, Ту-22М, Ту-160 также применена ручная система подачи хладона в отсеки после выключения двигателя и закрытия пожарного крана. В централизованных ППС огнегасящие составы хранятся в огнетушителях, представляющих собой цилиндрические или сферические баллоны, под давлением около 10...15 МПа. Поэтому ППС такого типа иногда называют баллонными.

Рис. 6.9а. Схема расположения датчиков сигнализации пожара в отсеке двигателей вертолета

Компоновочная схема системы пожаротушения вертолета МИ-8 представлена на рис.6.10. На этом вертолете к пожароопасной зоне относится отсек редуктора несущего винта и керосинового обогревателя кабины.

Рис. 6.10. Компоновка агрегатов ППС на тяжелом вертолете; 1 – распылительный 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 клапанов; 8 – трубопровод подвода огнегасящего состава в отсек двигателя; 9 – распылительный коллектор в отсеке обогревателя воздуха кабины; 10 – трубопровод подвода огнегасящего состава к обогревателю; 11 – распылительные коллекторы в отсеках двигателей

 

Ручные огнетушители

Ручные огнетушители предназначены для тушения пожаров в кабинах экипажа, пассажирских салонах, багажно-грузовых и технических отсеках, в которые имеется доступ. Для зарядки ручных огнетушителей используют хладон 12В1 или водоэтиленгликолевую смесь; баллоны заряжают азотом под давлением до 1 МПа.

Ручные огнетушители, заряженные водоэтиленгликолевой смесью, могут применяться для тушения горящих конструкционных и отделочных материалов салона при отсутствии электрического напряжения. Они достаточно эффективно ликвидируют остаточное тление материалов.

Огнетушители, заряженные хладоном, могут использоваться для тушения любых веществ, в том числе топлив, смазочных материалов, электрооборудования, находящегося под напряжением. Они хорошо ликвидируют открытое пламя, но малоэффективны при тлеющих пожарах и практически неэффективны при горении металлов.

Кроме описанных находят применение углекислотные огнетушители, которые могут быть использованы для тушения любых горящих веществ и предметов на борту JIA в тех местах, куда имеется доступ.

Системы защиты ЛА от взрыва

При взрыве происходящая экзотермическая реакция вызывает резкое увеличение давления в ограниченном пространстве. Возникающие при этом нагрузки на элементы конструкции настолько велики, что приводят к мгновенному ее разрушению.

Взрыв топливных баков вызывает разрушения, которые приводят к гибели всего ЛА.

Рис. 6.11. Образование вторичного факела при поражении бака: 1 – топливо; 2 – горючая смесь; 3 – осколок; 4 – фронт пламени

Для возникновения взрыва в топливном баке необходимо наличие взрывоопасной концентрации топливно-воздушной смеси в надтопливном пространстве баков и источник инициирования взрыва. Горючая смесь образуется в результате смешения паров топлива и кислорода, поступающего в бак, как из атмосферы, так и за счет его выделения из топлива.

При поражении топливного бака осколок сам по себе не является источником воспламенения, поскольку его температура находится на уровне 30…50°С. Однако при соударении со стенкой бака кинетическая энергия вновь образованных осколков переходит в тепло, которое является источником воспламенения топливно-воздушной смеси в надтопливном пространстве бака (рис. 6.11). Зона поражения осколком состоит из мельчайших частиц обшивки, имеющих температуру около 1000...1500°С, и является мощным инициатором взрыва.

Создание инертной атмосферы в надтопливном пространстве бака

Для исключения возможности воспламенения в надтопливном пространстве бака в его полости необходимо создать инертную атмосферу. С этой целью в него могут подаваться различные нейтральные газы и хладоны в газообразном состоянии. Это достигается с помощью устанавливающихся на борту ЛА специальных систем. Они подразделяются на штатные, т. е. действующие в течение всего полета и аварийные, включающиеся в сложных ситуациях, например при вынужденной посадке.

Рис. 6.12. Принципиальная 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 подогревателем; 8 – предохранительный клапан; 9 – датчик давления; 10 – топливный бак; 11 – подкачивающий насос топливной системы

 

В качестве рабочего тела в этих системах чаще всего используют азот и углекислоту. Запас азота на борту ЛА может храниться либо в газообразном состоянии в баллонах высокого давления, либо в сжиженном состоянии в сосудах Дьюара специальной конструкции. В зависимости от этого системы нейтрального газа, использующие в качестве рабочего тела азот, подразделяются на баллонные и криогенные.

Принципиальная схема системы с баллонным содержанием азота приведена на рис. 6.12. Давление азота в баллоне 1 составляет 15...20 МПа. Система может работать как в штатном, так и в аварийном режиме. В штатном режиме азот через калиброванное сопло с подогревателем 7 поступает в надтопливное пространство бака для создания в нем инертной атмосферы. Излишки азота сбрасываются в атмосферу через предохранительный клапан 8. В аварийном режиме для быстрого заполнения надтопливного пространства открывается кран 6, и азот поступает в бак через дроссель 5 и сопло 7 одновременно. После достижения избыточного давления в баке значения порядка 0,015...0,02 МПа по сигналу от датчика давления 9 кран 6 закрывается, а остатки азота из баллона стравливаются в атмосферу через кран 3.

Недостатком рассмотренной системы является большая масса баллонов высокого давления.

В криогенных системах нейтрального газа азот содержится в сосудах Дьюара в сжиженном состоянии под избыточным давлением около 0,7...0,8 МПа (рис. 6.13). Интенсивность газовыделения, а значит, и расход газа в системе регулируются с помощью нагревателя в зависимости от условий полета. В случае необходимости резкого увеличения подачи азота в работу включается резервный баллон 8, содержащий азот под высоким давлением.

При большой продолжительности полета массовые характеристики даже у криогенных систем, работающих в штатном режиме, становятся неудовлетворительными. Поэтому в этом случае более рационально использовать газогенераторные системы, вырабатывающие нейтральный газ прямо на борту ЛА.

 

Рис. 6.13. 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 этом случае часть топлива сжигается в специальной камере-газогенераторе. Основными продуктами сгорания являются углекислый газ и пары воды. Далее из продуктов сгорания удаляется влага с помощью холодильника (вымораживание) и осушителя. Поскольку продукты сгорания (углекислый газ) на выходе из осушителя имеет низкую температуру, его подача в топливный бак может вызвать конденсацию паров воды, находящихся в баке. Для предотвращения этого явления углекислый газ нагревается в подогревателе и только после этого подается в надтопливное пространство бака.

Существуют системы, в которых в качестве рабочего тела используются хладоны, топливные баки в течение всего полета наддуваются смесью хладона из специальной емкости и воздуха, поступающего от СКВ. Следует отметить, что для хладона F-114В₂ объемная огнетушащая концентрация составляет 1,9%, а соответствующая ей массовая огнетушащая концентрация – 0,162 кг/м³. Несмотря на то, что применение хладонов позволяет значительно улучшить массовые характеристики системы, он обладает существенным недостатком. Стравливаясь из топливных баков в атмосферу в течение всего полета хладон, является экологически вредным, так как разрушительно воздействует на озоновый слой атмосферы.

Протектирование и заполнение объема баков поропластом

В качестве конструктивных мер, предотвращающих вытекание топлива через пробоины и образование вторичного факела от осколков в результате боевого поражения или удара молнии применяется протектирование топливных баков. С этой целью внутренняя поверхность стенки топливного бака покрывается слоем пенопласта, поры которого заполнены специальным веществом — коагулятором, твердеющим при контакте с воздухом. При разрушении осколком пенопластового протектора из пор последнего выделяется коагулятор, который заволакивает пробоину и затвердевает, образуя своеобразную пробку.

Внутренний объем бака заполняется полностью или частично полиуретановым поропластом, образующим в баке сетчатую структуру с диаметром ячейки 3...4 мм. В этом случае в баке происходит самозатухание процесса горения независимо от того, какими источниками он инициирован.

Физические основы этого процесса состоят в том, что после воспламенения от какого-либо источника в выделенном объеме происходит выделение тепловой энергии. Это теплорасходуется на подогрев слоев топлива, прилегающих к зоне горения, и на теплообмен с окружающим объемом за счет теплопроводности. Как только температура слоев топлива, прилегающих к зоне горения, достигает температуры самовоспламенения, они загораются и зона горения увеличивает свои размеры. Однако при уменьшении диаметра выделенного объема начинает увеличиваться доля тепловой энергии, рассеиваемой в окружающем объеме за счет теплопроводности. При диаметре около 3...4 мм рассеиваемая энергия становится больше тепловой энергии, выделяющейся в зоне горения. В этом случае топливо уже не может быть нагрето до температуры самовоспламенения, и процесс горения прекращается.

Следует помнить, что при заполнении бака поропластом теряется часть его полезного объема.

Потери обусловлены:

- потерей объема, равной, примерно 1%;

- потерей из-за массы поропласта – 3%;

- потерей, связанной с невыработкой части топлива из-за адгезии (смачиваемости), составляющей около 3%.

Таким образом, суммарные потери составляют ~7%.

Применение поропласта в топливных баках обеспечивает:

- практически полную взрывную и пожарную безопасность;

- отсутствие гидроудара или минимальный гидроудар при столкновении самолетов и вертолетов с препятствиями;

- уменьшение влияния перемещения топлива в баках при маневрах, и, следовательно, минимальное влияние на изменение центровки самолета или вертолета;

- лучшее использование протектирования.

 

Контрольные вопросы для самопроверки

1. Каковы условия возникновения пожара?

2. Что является основной причиной воспламенения на борту?

3. Какие наиболее вероятные зоны возникновения пожара?

4. Назовите пассивные методы защиты от пожара.

5. Какие требования предъявляются к системе сигнализации?

7. Назовите типы датчиков противопожарной системы.

8. Каковы возможные методы тушения пожара?

9. Источники взрыва при боевом поражении ЛА.

10. Основные способы защиты топливных баков от взрывов.