機場消防車刺臂技術進展研究

　　摘要：機場救援消防車的新設備可以幫助改善飛機墜毀后的消防救援工作。在機場消防車上安裝帶有刺臂的延程曲臂(HRET)等新型設備可以更快地撲滅飛機火災，更準確地將滅火劑應用于火災，并挽救乘客的生命，保障民航安全和消防救援的有效性。本文基于美國聯(lián)邦航空局(FAA)和美國消防協(xié)會(NFPA)關于機場新型消防救援裝備的相關測試和試驗，介紹刺臂消防車的國內(nèi)外研究進展及相關優(yōu)勢與技術標準，對我國加快研發(fā)新一代國產(chǎn)化機場消防救援裝備有一定的參考價值。

　　關鍵詞：航空應急救援,消防救援裝備,刺臂消防車,民航消防安全

　　1背景

　　機場消防救援裝備建設是提高機場消防救援能力的重要環(huán)節(jié)，新型消防救援裝備的應用對建立民航機場消防安全保障體系有著重大的意義。2008年6月28日在舊金山國際機場，由于補充氧氣系統(tǒng)存在缺陷，1611航班一架ABX航空公司的波音767-200的多功能室在發(fā)動機啟動前發(fā)生地面火災，飛機嚴重損壞。消防人員很快找到了起火點，但由于艙門操作機構及其軌道受熱熔化，導致無法打開艙門。

　　隨后消防人員通過刺臂技術對機艙窗戶進行穿刺，并對機身內(nèi)部釋放滅火劑。大約25分鐘后火災得到控制，并在大約43分鐘后完全撲滅。美國國家運輸安全委員會認為，在火災破壞艙門阻止人員進入時，刺臂技術可以有效的撲滅機身內(nèi)部火災[1]。

　　隨著民航運輸業(yè)飛機大型化的趨勢，飛機所用材料也發(fā)生著變化，大飛機復合材料使用比例加大，如玻璃纖維、增強鋁材料等質(zhì)量輕、強度高、抗疲勞性好。但這些材料在保持飛機機身強度、減輕機體重量的同時，其耐火性能、破拆機理等差異化特性，也增加了突發(fā)情況下救援及滅火的難度[2]。

　　在飛機發(fā)生火災時，救援機上乘客和延長乘客在機艙內(nèi)部的存活時間至關重要，許多國家開展了地面消防救援裝備的研發(fā)，尤其是新一代機場救援消防技術裝備，這些新技術設備不但要滿足飛機救援與消防車輛標準(NFPA414)[3]，也要具備使滅火劑到達機艙內(nèi)的能力。

　　2機場消防車刺臂技術的提出

　　機場消防救援新設備不但可以在飛機發(fā)生火災時救援機上乘客，延長乘客在機艙內(nèi)的存活時間，還可以幫助改善飛機墜毀后的消防工作。在機場消防車上安裝帶有刺臂的延程曲臂(HRET)等新型設備可以更快地撲滅火災，更準確地將滅火劑應用于機艙內(nèi)火災，并及時挽救乘客的生命。

　　2001年美國聯(lián)邦航空局(FAA)在針對改善民用機場救援與消防能力的《救援與消防研究計劃》中提出了大型航空器消防車輛、機場消防車刺臂技術等方面的研究。最近的幾起涉及外部燃料火災飛機事故的分析表明[4]，雖然外部火災被有效撲滅，但飛機機身內(nèi)二次火災難以用現(xiàn)有的設備和程序所控制。FAA休斯研究中心的機場技術研發(fā)部門在一架波音707飛機上做了實驗，驗證了通過刺臂技術噴射細水霧的滅火效果，實驗顯示在2分鐘內(nèi)用約1893L的水就控制住火勢[5]。

　　3刺臂技術性能測試

　　3.1與傳統(tǒng)消防車的對比實驗

　　為了比較帶有刺臂功能的機場消防車與傳統(tǒng)機場消防車的滅火能力，F(xiàn)AA休斯研究中心委托空軍研究實驗室(AFRL)火災研究小組在佛羅里達州Tyndall空軍基地進行實驗[6]。飛機模型內(nèi)部有座椅、木托盤、破布、地毯、塑料和電線等可燃物，由航空器救援和消防中心設計帶有刺臂的延程曲臂消防車，可以裝載三種滅火劑。

　　該消防車的主要滅火劑為水和水成膜泡沫濃縮液(AFFF)，次要滅火劑為HalotronⅠ清潔滅火劑和碳酸氫鉀(PKP)化學干粉滅火劑，采用延程曲臂搭配刺臂噴頭進行測試。為了對照，P-19消防車采用與高性能測試消防車相同滅火劑噴射強度和馬力。

　　3.1.1不同工作模式對滅火的影響測試

　　首先對刺臂消防車的三種工作模式：向前下方、完全展開、完全升高進行了對比測試。性能測試主要在上述試驗30.5m直徑燃燒區(qū)域內(nèi)進行，測試消防車布置在飛機機頭部位，燃燒所用燃料為378.5L的JP-8飛機燃料。結合場地有風狀況，當90%的燃燒區(qū)域熄滅時計時停止。測試表明向前下方模式比其他模式滅火時間快了58%，風對滅火劑的噴射和滅火性能沒有顯著的影響。

　　刺臂消防車在其最佳滅火模式即向前下方模式下與P-19消防車車頂泡沫炮進行滅火對比測試。兩輛車都在飛機機頭位置進行滅火，由于刺臂消防車可以通過曲臂延程對飛機左右兩側(cè)的燃燒面積實施滅火，而P-19消防車只能通過重新定位車輛位置來對機身兩側(cè)的區(qū)域?qū)嵤�滅火，這就導致刺臂消防車的滅火時間比P-19消防車的滅火時間縮短了53%。

　　3.1.2刺臂消防車對飛機上單翼火災的滅火測試

　　采用C-130上單翼飛機模型的火災測試[6]，飛機模型為上單翼飛機，發(fā)動機均與機翼連接，發(fā)生火災時容易形成流淌的油料火災。測試時，刺臂消防車和P-19消防車分別位于機身正面使用AFFF和AFFF的組合滅火劑來撲滅機翼下方的流淌火，進行三次重復測試。在90%熄滅測試中，刺臂消防車單獨使用AFFF比同條件的P-19消防車滅火率提高了25%，刺臂消防車和P-19消防車使用AFFF組合滅火劑比單獨使用AFFF滅火劑滅火率提高了46%。

　　3.1.3刺臂消防車對發(fā)動機艙滅火測試

　　對飛機模型尾部的發(fā)動機艙進行滅火測試[6]。油料從發(fā)動機艙以27.8升/分的速度流出，有30s的預燃，燃燒面積包括發(fā)動機艙下的油池火和發(fā)動機艙內(nèi)的流淌火。測試時，刺臂消防車和P-19消防車使用AFFF、AFFF的組合滅火劑和手持干粉滅火劑來分別撲滅飛機發(fā)動機艙的火災，進行三次重復測試。

　　同樣使用組合滅火劑的刺臂消防車比P-19消防車滅火率提高了32%，與P-19消防車在使用車頂和手持干粉滅火劑相比，使用組合滅火劑的刺臂消防車滅火時間縮短了45%。與單獨使用AFFF相比，使用AFFF組合滅火劑可以使滅火時間縮短63%[7]。

　　3.1.4刺臂消防車穿刺位置對機艙內(nèi)部火災的滅火影響測試

　　針對飛機機艙內(nèi)部火災的滅火性能，研究了刺臂噴頭布置方式對滅火的影響。測試使用的兩種噴頭分別為可伸展的刺臂噴頭和標準刺臂噴頭�？缮煺沟拇瘫蹏婎^可以從垂直軸線的多個孔噴出細水霧，標準刺臂噴頭除可以從垂直軸線的多個孔噴出細水霧外，還可以沿軸線放線呈錐形噴出細水霧。

　　標準刺臂噴頭可以通過對機身的頂部和側(cè)部進行穿刺來對機艙內(nèi)部進行滅火。標準刺臂噴頭通過對機身的頂部和側(cè)部穿刺成功熄滅了機身內(nèi)部的火焰，在120s內(nèi)使用1885L水將火撲滅，標準刺臂噴頭對機身側(cè)面進行穿刺，在90s內(nèi)用1400L水將火撲滅。

　　3.1.5刺臂消防車對機艙內(nèi)部火災影響測試

　　在SanAntonio機場的訓練飛機上評估了使用具有刺臂功能的HRET的機場消防車是否可以控制和撲滅飛機內(nèi)部火災并降低飛機內(nèi)溫度的測試[6]。測試使用波音707-321B型大型商用飛機進行，在測試前機翼已被拆除，為了模擬機翼的位置，在機翼區(qū)域設置了屏障，以保證測試的真實性，其中飛機內(nèi)部火災的熱效應通過布置在機艙內(nèi)的五組熱電偶測量。在飛機墜毀事故中大部分火災都是由于飛機燃料引起的，測試開始時，在飛機尾部點燃航空煤油油盤，來模擬飛機流出的油池火。

　　在飛機左后艙門處，對內(nèi)飾進行點燃，以模擬飛機內(nèi)部產(chǎn)生火情。燃燒開始后，在機身尾部燒毀出一個1.4㎡的洞。燃燒繼續(xù)到大約280s時，滅火測試正式開始。刺臂消防車布置和定位刺臂噴頭共耗時37s。穿透點位于從左后方出入口的第十四個窗口之上。

　　穿透時，熱電偶顯示飛機尾部艙內(nèi)溫度已升高到982℃以上。刺臂噴頭釋放細水霧，水霧迅速降低了艙內(nèi)的溫度，并在1分鐘內(nèi)使艙內(nèi)火災得到控制。測試結果顯示在全面火場測試中，帶有刺臂噴頭能夠控制火焰蔓延到尾部，將高溫的機艙溫度從815℃降低到約121℃[6]，并提供了快速的排煙及通風，使機艙內(nèi)條件允許消防人員進入，更好地保護消防人員。

　　4我國民航領域機場消防裝備研發(fā)進展

　　我國一直高度重視公共安全科技創(chuàng)新工作，“十一五”以來科研投入力度不斷加大，公共安全領域科學研究和技術裝備研發(fā)得到快速發(fā)展，初步建立了公共安全創(chuàng)新體系。科技部“十三五”重點研發(fā)計劃《公共安全風險防控與應急技術裝備研發(fā)》指南“機場消防安全關鍵技術與裝備研發(fā)”方向明確提出開展研究新一代全電驅(qū)動機場消防救援裝備，也在大力推動機場刺臂消防車研發(fā)，并將在全球海拔最高的航空安全實驗室(海拔4290m)基于全尺寸飛機貨艙變壓耐溫實驗艙[8]開展飛機貨艙滅火測試。我國目前對機場消防車技術指標基本參照于美國NFPA414標準以及MH7002-2006《民用航空運輸機場消防站消防裝備配備》相關標準[9,10]。

　　隨著國內(nèi)機場的進一步建設，商用底盤載重量有限，一般只能加裝泡沫滅火系統(tǒng)，根據(jù)民航要求還需要照明等其他功能，這就無形中給機場增加了成本。專用底盤的消防車的出現(xiàn)，可根據(jù)機場的不同需求提供不同的配置，專用底盤消防車將越來越受歡迎。國內(nèi)目前對全電動機場專用消防救援車底盤、上裝、動力裝置還沒有成熟的技術標準，電動專用底盤消防車的研究將會成為專用機場消防車的重點研究領域之一。

　　5結束語

　　根據(jù)我國民用航空發(fā)展第十三個五年計劃，至2020年，完善華北、東北、華東、中南、西南六大機場群，新增布局一批運輸機場，建成機場超過50個，運輸機場總數(shù)達到260個左右。航空業(yè)在民用運輸上的大力發(fā)展，使我們必須面對火災對乘客及飛機帶來的危害，機場救援消防車等新裝備對航空應急救援有著重要的意義。機場消防車安裝帶有刺臂功能的延程曲臂等新型設備可以更快地撲滅火災，更準確地將滅火劑應用于火災，挽救機上乘客的生命。在航空器發(fā)生火災時，機場消防車的刺臂技術意義重大。

　　參考文獻

　　[1]SvanbergK.AircraftAccidentSummaryReport:GroundFireAboardCargoAirplane,ABXAirFlight1611,Boeing767-200,N799AX,SanFrancisco,California,June28,2008[J].JareDataReportsMarineBiology,2009,31(4):863

　　[2]李明駿，伍毅.美國大型航空器消防應急救援技術發(fā)展趨勢研究[J].冶金叢刊，2017(01):240[3]NFPA414:StandardforAircraftRescueandFireFightingVehicles[S].USA,2012

　　相關論文投稿刊物：《冶金叢刊》(雙月刊)創(chuàng)刊于1978年，由廣州市金屬學會主辦。多年來，堅持以導向、實用為特點，全面報道冶金及相關行業(yè)的新技術、新工藝、新設備、新產(chǎn)品。面向廣大冶金行業(yè)及相關院校和科研單位的人員。

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