【CCAR】第25部 附录F 第IV部分 测定热辐射下客舱材料热释放速率的试验方法
主题分类：民航规章
发文日期：2016-03-17
名 称：运输类飞机适航标准
CCAR部号：CCAR-25-R4
第IV部分 测定热辐射下客舱材料热释放速率的试验方法
(a)方法概述 三个或多于三个试样代表全部航空器组件进行试验。将试样放入气流恒定的环境箱中。试样所受辐射通过调节热辐射源确定，使试样表面产生的总辐射热通量为要求的3.5瓦/厘米2(使用校准过的热流计)。试验中，试样受辐射表面呈垂直状态。由引燃点火装置起燃，监测离开环境箱的燃烧产物以便计算热释放速率。
(b)设备 下述设备为美国俄亥俄州立大学的热释放速率仪，是ASTM E–906的改型，可供参考。
(1)如图l所示的设备，除夹持箱外，仪器的所有外表面都应使用25毫米厚的低密度耐高温的玻璃纤维板绝热。试件投放杆所通过的门用垫片密封，使试样夹持箱形成气密腔。
(2)热电堆 进出环境箱的空气温差由一个有5个冷端和5个热端及美标24号镍铬–镍铝接点的热电堆监测。热电偶必须有一个1.3±0.3毫米(0.050±0.010英寸)直径、球形的焊接头。热端横放在烟道顶部烟道口以下10毫米处，其中一热端放置在几何中心，其余4个沿对角线分布，距中心30毫米，如图5所示。冷端放在下空气分流板下面的底座上(见(b)(4))。为保持必要的校准精度，须清除热电偶热端的沉积物。
(3)辐射源 如图2A和2B所示，用4个508毫米(20英寸)长、外径l6毫米(5/8英寸)、名义阻值1.4欧姆的LL型碳化硅元件作热辐射源，所产生的热通量最大到l00千瓦/米2。将碳化硅元件穿过l毫米厚陶瓷纤维板上16毫米的孔，使其安装在不锈钢板箱中，衬垫和不锈钢外壳上孔的位置如图2B所示。必须加上1.07±0.05毫米不锈钢菱形罩，以在垂直试样所占的面积上提供均匀的热流密度。
(4)空气分流系统 进入环境箱的空气由一块6.3毫米厚的铝板分流。铝板上有8个美标4号钻孔。孔中心距为102毫米，孔边距为5l毫米。该板固定在环境箱底座上。另一块美标18号钢板上有120个等间隔的美标28号钻孔，安装在铝板上方152毫米处。要求有一个易于调节的空气源。在棱锥形排气罩底座上的空气源集气管应有48个等间隔的美标26号钻孔。钻孔距集气管内侧10毫米。这样，使流入设备的空气流量接近3比1。
(5)烟道 横截面为133×70毫米，长为254毫米，由美标28号不锈钢制成的烟道安装在棱锥形排气罩出口，由美标31号不锈钢制成的25×76毫米挡板放置在烟道内中心，垂直于气流方向，在烟道底部以上76毫米处。
(6)试样夹具
(i)试样应在垂直方向进行试验。夹具(图3)通过夹持框沿只有6毫米宽的边缘夹持试样(试样按本部分(d)(3)要求用铝包覆)，“V”形弹簧夹将其固定在一起。此外，还应提供一尺寸为12×12×150毫米的可拆卸盛滴落物盘和两根直径0.5毫米(0.02英寸)的不锈钢丝(如图3所示)，用以试验易熔和易滴落材料。为适应不同厚度试样，在试样夹具不同孔插入挡杆来改变弹簧和夹持框的配置。
(ii)因为未采用ASTM E–906所述的辐射挡板，所以应在投放机构中增加一导销。该导销与夹持箱外投放机构上开孔的金属板配合，从而可使投放后试样表面精确定位。投放后，试样表面距关闭的辐射门应为100毫米。
(iii)试样夹具夹在安装托架上(见图3)。安装托架通过3个螺栓与投放杆相连，螺栓穿过焊有13毫米(1/2英寸)螺母的宽垫圈。投放杆的末端拧入螺母，并把一个0.51毫米(0.02英寸)厚的宽垫圈夹在两个13毫米(1/2英寸)螺母之间，调节两螺母以密封辐射门上为投放杆或校准热流计通过而留的孔。
(7)热流计 必须使用一全通量的热流计来测量总热通量。热流计固定在12.7毫米(1/2英寸)厚的Kaowoo1(硅酸铝纤维)“M”板的中心，该板嵌在试样夹具上。热流计必须有180度的视角且必须对入射热通量校准。热流计的校准必须经中国民用航空局适航部门认可。
(8)引燃位置 分别如(b)(8)(i)和(b)(8)(ii)或(b)(8)(iii)所述使上、下引燃燃烧器同时点燃试样，由于大于3秒的引燃灭火间歇会使试验结果无效，可安装一个点火器来确保下引燃燃烧器持续燃烧。
(i)下引燃燃烧器 引燃管应是外径6.3毫米、壁厚0.8毫米的不锈钢管。下引燃火焰喷管应通入120厘米3／分甲烷和850厘米3／分空气的混合气，引燃燃烧管末端的正常位置应距试样外露铅垂面10毫米，并与其垂直。燃烧管出口中心线须在试样下缘以上5毫米处与试样垂直中心线相交。
(ii)上引燃燃烧器 引燃管必须是外径6.3毫米、壁厚0.8毫米、管长360毫米的不锈钢直管。管的一端必须封闭。管上应钻有3个孔距60毫米的美标40钻孔作燃气孔，同向喷射。第一个孔距管子的封闭端应为5毫米。管子应置于距试样外露上缘的上方19毫米和后方19毫米。中间的孔必须指向辐射源并在垂直于试样暴露表面且通过其垂直中心线的铅垂面内。供给燃烧器的气体应为甲烷，且调到产生25毫米长火焰。
(iii)选择性的14孔上引燃燃烧器 该燃烧器可用来代替本部分(b)(8)中所述的标准3孔燃烧器。该引燃燃烧器必须是外径6.3毫米、壁厚0.8毫米、管长400毫米的不锈钢直管。管的一端必须封闭。管上应钻有14个孔距13毫米的美标59号钻孔作燃气孔，同向喷射。第一个孔距管子的封闭端应为13毫米。管子应置于试样夹具上方，以便使这些孔如本部分图1B所示位于试样上方。供给燃烧器的气体应为甲烷与空气以大约50/50的比例混合的混合气体。总燃气流量应调到产生25毫米长火焰。当燃气/空气的比例调整恰当时，大约6毫米长火焰呈现黄色。
(c)仪器校准
(1)热释放速率 应将图4所示的燃烧器气密连接于下引燃管末端。流入引燃器的气流至少须含99％甲烷，且须精确测定。使用前，将湿式测试表严格调水平，并在无气体流动时向内部指示器末端充蒸馏水。环境温度和水的压力依据湿式测试表的温度，先调定大约l升/分的基准流量，然后增加到较高的预定流量4、6、8、6、4升/分。在将记录甲烷流速前应采用8升/分钟的流速2分钟预处理燃烧室。此不作为校准的部分记录。该流量测定采用秒表，以记录湿式测试表对基准流量和较高流量两者的全周期时间，变到下一个较高流量之前要返回基准流量。测量热电堆基准电压。流入燃烧器的燃气应增到较高的预定流量且燃烧2分钟，然后测量热电堆电压。重复操作直到全部测出5个电压值为止。这5个数据的平均值应作为标定系数。如果相对标准偏差超过5％，则整个过程必须重复。有关计算见(f)。
(2)热通量均匀度 对试样上方热通量的均匀度必须进行定期检查和更换加热元件后的检查，以确定其是否处于允许的±5％限制内。
(3)应如本部分(b)(2)款所注的那样清除热电偶热端的沉积物以保持校准精度。
(d)试样准备
(1)在材料和构造方法方面应足以代表航空器元件。厚度不超过45毫米垂直安装试验的试样，其标准尺寸为150×150毫米。试样厚度应与其所代表的航空器元件一样，最大可为45毫米厚。
(2)预处理 试样必须置于本附录第1部分所述的环境中。
(3)安装 一个试验中，试样应只有一个表面暴露在外，其余未暴露表面全部用0.025毫米厚的单层铝箔包覆。
(e)程序
(1)接通辐射板电源以产生3.5瓦/厘米2的辐射热通量。该值应在试样置于试验位置时其暴露表面中心处测定，并须在通过设备的气流调到额定流量后测得。必须按试样的最终使用厚度进行试验。
(2)按(b)(8)所述，点燃引燃火焰并检查火焰位置。
(3)通过设备的气流应由一个位于直径为38.1毫米的管道内的圆孔板盘控制，该管道内有2个压力测量点位于孔板盘的上流38毫米和下流19毫米处，且管道应与设置压差为200毫米汞柱的流量计相接(见图lB)。通过设备的气流调定为常压下0.04±0.00l米3/秒。调整垂直试样夹持连杆的止动器使试样被放人环境箱时，其暴露表面距入口100毫米。
(4)在辐射门关闭的情况下，将试样放入夹持箱。关紧外侧气密舱门并启动记录装置。投放前，试样必须在夹持箱内保持60±10秒。热电堆的零值应在保持期的最后20秒内确定。
(5)试样投入时，打开辐射门，把试样放进环境箱中，随即关闭辐射门。
(6) [备用]
(7)试样放入并关闭辐射门时为时间零点。在试样位于环境箱内的全过程中，必须记录热电堆的输出值，至少每秒一个数据点。
(8)试验进行时间为5分钟。除可以间歇不超过3秒的间歇性火焰熄灭外，下引燃燃烧器和上引燃燃烧器在整个试验期间应保持燃烧，而且，若选用3孔上引燃燃烧器，除可以间歇不超过3秒、3个火焰出口全部间歇性火焰熄灭外，在整个试验期间至少2个火焰出口应保持燃烧。
(9)至少试验3个试样。
(f)计算
(1)标定系数按下式汁算：
F0–甲烷基准流量(升/分)；
F1–甲烷预定流量(升/分)；
V0–热电堆基准电压(毫伏)；
V1–预定流量下热电堆电压(毫伏)；
Ta–环境温度(K)；
P–环境压力(毫米汞柱)；
Pv–水蒸气压力(毫米汞柱)。
(2)任一时刻的热释放速率可用下式根据热电堆的输出电压算出：
HRR--热释放速率(千瓦/米2)；
VM–测得的热电堆电压(毫伏)；
Kh–标定系数(千瓦/毫伏)。
(3)热释放速率的积分是总放热量，其为时间函数，可用热释放速率乘以数据采样周期(以分钟为单位)并将其累加(从0到2分钟)得出。
(g)接受准则 必须将至少3个试样开始试验2分钟以上时间内的正的总放热量值进行平均，还必须平均试样的峰值热释放速率。总放热量的平均值不得超过65千瓦•分/米2。峰值热释放速率的平均值不得超过65千瓦/米2。
(h)报告 试验报告应包括各试样下列内容：
(1)试样说明；
(2)试样受到的辐射热通量，用瓦/厘米2表示；
(3)给出作为时间函数的热释放速率(千瓦/米2)数据，以时间间隔不超过10秒的图形或表格表示，且须给出标定系数(Kh)；
(4)如发生熔化、下垂、分层或其他影响暴露表面面积或燃烧形态的情况，则须将这些情况及发现时间一并记录下来；
(5)必须记录峰值热释放速率值和2分钟的热释放速率积分值。
图1 热释放速率仪(毫米)
图2A “碳化硅”辐射板(毫米)
图2B “碳化硅”辐射板(毫米)
图3 试样夹持器(毫米)
图4 燃烧器(毫米)
图5 热电偶热端位置(毫米)
〔中国民用航空局1990年7月18日第一次修订，1995年12月18日第二次修订，2001年5月14日第三次修订，2011年 11 月 7 日第四次修订〕
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