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| 編輯推薦： |
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本专著对标新一代民用航空器货舱环保型抑灭火系统轻量化设备研发、有效抑烟降温结果获得、持续抑灭火药剂浓度保持等机载应用工程技术需求，聚焦低气压/持续变气压环境机舱火行为、低驱动压力双流体细水雾雾化、低驱动压力双流体细水雾抑灭火机理等关键科学技术问题，全力推进新一代民用航空器机载抑灭火基础理论与关键技术研究。 内容始终面向飞行中新一代哈龙替代抑灭火系统环保、轻量、兼容、低气压、雾化等重大工程技术需求要素，飞行中就是指航空器为起飞而关闭舱门到为卸载客货而打开舱门这一阶段，环保就是新一代机载抑灭火系统应不破坏大气组份，轻量即是新一代抑灭火系统应竭尽所能选择可减轻重量的技术，兼容即是新一代抑灭火系统应考虑采用航空器自身的供氮、供水系统资源，低气压即是航空器飞行中较低大气压力（101 kPa-60 kPa）和持续变动大气压。参考这些应用约束条件，项目组设定该项研究包括特殊火行为、新型雾化机理和抑灭火机理。特殊火行为是指在低气压及持续变动气压下诸如机舱等受限空间内，不同燃料火的高度、分区、温度、热辐射、烟气等特性；新型雾化机理是指低驱动压力双流体细水雾，在低气压环境及持续变压环境成雾机理、粒径速度、
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| 內容簡介： |
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本专著对标新一代民用航空器货舱环保型抑灭火系统轻量化设备研发、有效抑烟降温结果获得、持续抑灭火药剂浓度保持等机载应用工程技术需求，聚焦低气压/持续变气压环境机舱火行为、低驱动压力双流体细水雾雾化、低驱动压力双流体细水雾抑灭火机理等关键科学技术问题，全力推进新一代民用航空器机载抑灭火基础理论与关键技术研究。 内容始终面向飞行中新一代哈龙替代抑灭火系统环保、轻量、兼容、低气压、雾化等重大工程技术需求要素，飞行中就是指航空器为起飞而关闭舱门到为卸载客货而打开舱门这一阶段，环保就是新一代机载抑灭火系统应不破坏大气组份，轻量即是新一代抑灭火系统应竭尽所能选择可减轻重量的技术，兼容即是新一代抑灭火系统应考虑采用航空器自身的供氮、供水系统资源，低气压即是航空器飞行中较低大气压力（101 kPa-60 kPa）和持续变动大气压。参考这些应用约束条件，项目组设定该项研究包括特殊火行为、新型雾化机理和抑灭火机理。特殊火行为是指在低气压及持续变动气压下诸如机舱等受限空间内，不同燃料火的高度、分区、温度、热辐射、烟气等特性；新型雾化机理是指低驱动压力双流体细水雾，在低气压环境及持续变压环境成雾机理、粒径速度、粒径颗粒大小和雾通量；变压抑灭火机理是指低驱动压力双流体细水雾，在低气压环境下雾滴弥散与障碍物、燃烧物之间的作用关系，以及细水雾在诸如机舱等受限空间的降温、抑烟的作用。具体采用小尺度、全尺寸实验和数值模拟等研究方法，首先研发轻型高效且匹配机载系统的新一代细水雾产生装置，解决水-氮气两相混合、激波谐振雾化等关键科学问题，获取相关作用原理及关键控制参数；其次，研发机载细水雾灭火抑火系统，基于雾场绕流及时空特性，确定不同布局、不同压力/温度变化下系统动态响应与优化策略；最后，基于康定机场（4290米）可模拟飞机起降环境的全尺寸增减压标准货舱实验平台，研究细水雾在接近真实飞控环境下的灭火机理，并揭示飞机近场过程中的复燃机理，获得性能优越可靠的原型系统。研究将揭示气液两相流与激波谐振的相互影响及成雾机理，低压及变压下水-氮气混合细水雾的灭火抑火机理和空间扩散规律。成果为研发中国自主知识产权的机载货舱细水雾灭火系统技术原型提供理论技术支持，提升我国大飞机国产化水平，并将为国际哈龙替代研究做出中国的贡献。
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| 關於作者： |
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贺元骅，男，1965年生，硕士，教授，中国民用航空飞行学院民航安全工程学院院长，民航首届科技创新领军人才。主要从事民航安全工程与管理等研究，侧重民机防火工程、机场消防工程和民航安防管理教学科研工作。主持在研科技部十三五重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目项、 新工科项目、省部级重大科技项目等15项；主持完成国家软科学研究项目1项、国家自然基金2项，省部级课题1项；主持（学术负责）完成起草部委规章1部，主研完成部委规章1部。作为负责人获得省部级奖励5项，发表科研论文40余篇，申请国家发明专利10余项。
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| 目錄：
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1机载细水雾研究进展
1.1机载抑灭火技术系统发展趋势
1.1.1机载哈龙替代抑灭火技术发展趋势
1.1.2飞机货舱哈龙替代灭火系统最低性能标准
1.2细水雾抑灭火技术系统发展概述
1.2.1低驱动压力细水雾雾场特性
1.2.2低驱动压力细水雾抑灭火有效性
1.2.3低驱动压力细水雾抑灭火机理
1.3机载细水雾抑灭火技术发展趋势
1.3.1机载细水雾抑灭火系统的组成及功能
1.3.2低驱动压力细水雾喷头研发
1.3.3机载细水雾抑灭火实验验证
2飞行中机舱火行为研究
2.1持续降气压火行为变化机理
2.1.1池火燃烧阶段划分
2.1.2耦合气压因素的质量损失速率模型
2.1.3耦合气压因素的火羽流分区模型
2.1.4火焰高度的非单调变化规律
2.2飞行中货舱多气压梯度池火行为
2.2.1货舱受限空间下池火燃烧及顶棚射流特性实验研究
2.2.2顶板倾斜角度对池火燃烧及顶板射流特性影响实验研究
2.2.3飞机货舱内倾斜顶板下油池火热辐射实验与模型研究
2.3飞行中机舱固体火行为
2.3.1固体纸箱火行为
2.3.2锂电池火行为
2.3.3飞机舱内典型内饰材料的火行为
2.3.4旅客行李火行为
2.3.5航空电缆火行为
3机载细水雾抑灭火技术原型试验系统研发
3.1低驱动压力双流体细水雾抑灭火系统技术需求分析
3.1.1民用飞机货舱细水雾抑灭火系统部件需求分析
3.1.2民用飞机货舱细水雾抑灭火系统机上环境需求分析
3.2低驱动压力双流体细水雾抑灭火技术系统
3.2.1系统主要技术性能
3.2.2系统调节工况设计
3.2.3系统主要构件
3.2.4系统控制设备
3.2.5系统控制设备和信号采集设备
3.2.6控制采集方式及性能
3.3低驱动压力双流体细水雾雾场特性
3.3.1雾滴碰撞动力学
3.3.2雾场特性
4低驱动压力双流体细水雾抑灭火实验研究
4.1低气压下狭小空间火灾抑灭火实验
4.1.1低气压抑灭火实验
4.1.2抑灭气溶胶火灾实验
4.2正常大气压下机舱环境大尺度抑灭火实验研究
4.2.1单喷头抑灭火实验研究
4.2.2多喷头联动抑灭火实验研究
参考文献
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| 內容試閱：
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大型民机防火系统是 的机载系统，也是我国大型民机跻身世界必须攻克的重要技术体系。20世纪80年代末及90年代初，由于机载灭火系统充装的哈龙灭火剂具有重大环保缺陷，国际社会开启了机载灭火系统哈龙替代的科技创新历程。依据当时的一项新型民用航空器申请适航试飞计划，2011年盥洗室应禁用哈龙灭火剂，2014年机上手提式灭火器和APU舱禁用哈龙灭火剂，2018年飞机货舱禁用哈龙灭火剂。1990年以来，美国联合欧盟、巴西和日本等航空强国及地区建立一个未包括中国的“国际哈龙替代工作组”(后更名为“国际航空器火灾防护系统工作组”)，初步形成机载哈龙替代品研发理论技术的先发优势。
我国大型民用航空器灭火系统的产品供应严重依赖国外供应商技术，ARJ21700和C919机载灭火系统均选用美国产品。波音空客预测未来全球机载灭火系统需求将新增3.553万套，我国占据1/4，高达8800套。这无论是就中国工业始终追求的独立自强而言，还是就当今的双循环新经济技术格局而言，都是我们必须力求独立解决的关键工业技术。无独立的大型民用航空器机载抑灭火技术，我们必将陷入大型民用航空器被“卡脖子”的困境。研发具有完全自主知识产权的新一代货舱机载灭火系统，不仅可为我国大型民用航空器自主商用飞行奠定坚实技术基础，还可为我国民机产业和民航业带来巨大的经济效益。
对于大型民用航空器在爬升、巡航及降落各阶段，因机舱大气压力变化导致的机舱火行为、灭火剂雾化机理、抑灭火效能等科学问题，国内外研究者都一直未进行有效深入的研究。我国是一个高海拔地理研究资源十分丰富的国家，不仅有着250余万km2的高高原(海拔2438 m及以上的地区)地理空间，而且在其上还生活着2000多万常住居民，并形成了全球规模最大的高高原经济社会体系。因此，利用我国独有的高高原实验环境，研究低气压及变动气压环境下航空器火灾机理及抑灭火技术，既可揭示变动气压、低气压下大型民用航空器火灾生成演化规律，又可研发高效的诸如货舱机载细水雾灭火系统等关键技术。
本书基于“民用飞机货舱细水雾灭火关键技术与实验验证”项目的研究，是中国民用航空飞行学院(以下简称“中飞院”)、清华大学、中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院(以下简称“中商飞上飞院”)联合向国家自然科学基金委员会申请的项目。该项目是联合基金项目(民航联合研究基金)下重点支持项目，项目编号为U1633203。
本书面向新一代民用航空器货舱环保型抑灭火系统轻量化设备研发、有效抑烟降温结果获得、持续抑灭火药剂浓度保持等机载应用工程技术需求，聚焦低气压/持续变气压环境机舱火行为、低驱动压力双流体细水雾雾化、低驱动压力双流体细水雾抑灭火机理等关键科学技术问题，交替采用小尺度、全尺寸实验和数值模拟等方法，全力推进新一代民用航空器机载抑灭火基础理论与关键技术研究。
研究大型民用航空器新一代机载抑灭火系统是一项立足火灾科学基础理论、面向国家大飞机战略和民航强国战略的重要工作。因此，为推进本书编著工作顺利开展，在国家自然科学基金委员会和中国民用航空局的总体领导下，本书编写组自2014年开始组建产学研用4结合的编著团队。中飞院、清华大学、中商飞上飞院三家组建了机载货舱细水雾抑灭火系统科技攻关编写组。由此，编写组既有民航业内从事航空消防技术研究的科研院所（即中飞院），又有长期从事航空火灾科学研究的国内著名高校（即清华大学），还有从事大飞机研发设计生产的大型国有企业（即中商飞上飞院）。
为组建一支从细水雾基础理论到关键技术原型、从小尺度机理实验到全尺寸验证实验、从实验研究到数值模拟分析的大型民用航空器新一代机载哈龙替代抑灭火科技专著的编写团队，中飞院委派本校民航运行防火及救援学术带头人贺元骅教授，清华大学委派长江学者特聘教授、清华波音联合中心副主任张辉教授，中商飞上飞院委派ARJ21飞机副总设计师、ARJ21飞机防火系统和全机防火总体负责人常红研究员级高工，分别代表各自单位领队参与本书编写，编写组总体由中飞院贺元骅教授牵头组织工作。中飞院参与人员为贺元骅、伍毅、陈现涛、孙强，清华大学参与人员为张辉、杨锐、刘全义，中商飞上飞院参与人员为常红、安凤林、宣扬。刘全义同志在清华大学做博士后，2016年7月博士后出站后即赴中飞院工作，因此其在本书中既是清华大学的编写人员，又是中飞院的编写人员，更多的是作为中飞院的核心骨干成员参与本书的编写。在本书4年的编写工作中，三方还派出了一些同志参与编写工作。中飞院方面有贾旭宏、谢松、王海斌3名副教授，清华大学方面有马秋菊、王伟、朱培、李聪、姚一娜、陶振翔等博士，中商飞上飞院方面有叶沉然工程师。
为保障本书研究科学技术方向的正确性，编写组还聘请了由3名国际著名火灾科学家和中国民航行业资深专家组成的顾问组。顾问组组长由我国著名科学家范维澄院士担任，范维澄院士时任清华大学公共安全研究院院长、清华波音联合研究中心主任、中科大火灾国家重点实验室学术委员会主任。另两名顾问组成员，一名是上海航空器适航审定中心动力装置室主任、ARJ21700和C919飞机型号合格审定审查组动力装置组组长李新高级工程师，另一名是民航西南地区管理局适航审定处副处长，ARJ21700、HO300飞机型号合格审定审查组性能试飞组组长，C919、AG600飞机型号合格审定委员会TCB委员周成刚高级工程师。
本书研究内容始终面向飞行中新一代哈龙替代抑灭火系统环保、轻量、兼容、低气压、雾化等重大工程技术需求要素。飞行中是指航空器为起飞而关闭舱门到为卸载客货而打开舱门这一阶段； 环保是指新一代机载抑灭火系统应不破坏大气组分； 轻量是指新一代抑灭火系统应竭尽所能选择可减轻重量的技术； 兼容是指新一代抑灭火系统应考虑采用航空器自身的供氮、供水系统资源； 低气压是指航空器飞行中较低大气压力(101~60 kPa)和持续变动大气压。参考这些应用约束条件，项目组设定该项研究包括特殊火行为、新型雾化机理和抑灭火机理。特殊火行为是指在低气压及持续变动气压下诸如机舱等受限空间内，不同燃料火的高度、分区、温度、热辐射、烟气等特性；新型雾化机理是指低驱动压力双流体细水雾，在低气压环境及持续变压环境下成雾机理、粒径速度、粒径颗粒大小和雾通量；变压抑灭火机理是指低驱动压力双流体细水雾，在低气压环境下雾滴弥散与障碍物、燃烧物之间的作用关系，以及细水雾在诸如机舱等受限空间的降温、抑烟的作用。
基于环保、轻量、兼容、低气压、雾化5项工程技术需求，以及特殊火行为、新型雾化机理、抑灭火机理等3项科学问题，编写组设置了5项主要内容。①变动气压环境对货舱火行为的影响规律。结合大型民用航空器飞行中低气压低氧的环境，特别是结合飞行中货舱火灾抑灭可能持续变动气压的特情，研究在低气压、持续变气压条件下机舱池火、固体火等火行为，研究气溶胶火灾特征，厘清飞行中大型民机货舱火灾防控需求。②兼容机载系统的细水雾产生方法。研发轻型高效且匹配机载系统的新一代细水雾抑灭火系统。首先是研发低驱动压力双流体细水雾雾化装置，突破氮气水两相混合、激波谐振雾化等关键科技瓶颈，厘清低驱动压力下气液作用原理、低驱动压力下气液控制关键技术。其次是依据美国联邦航空局的新一代机载灭火系统最低性能标准，结合大型运输机货舱构型需求，研发机载细水雾抑灭火系统。③细水雾绕流特性和时空分布规律。对标大型运输飞机货舱应用环境，研究在常气压静气压、低气压静气压、持续变气压环境下，低驱动压力双流体细水雾雾场绕流及时空特性，低驱动压力双流体细水雾雾滴与货舱地板、壁板相互作用机理，确定不同布局、不同压力/温度变化下系统动态响应与优化策略，揭示气液两相流与激波谐振的相互影响及成雾机理。④低气压/变动气压环境下机载细水雾抑灭火机理。研究在常大气压力、低大气压力和变动大气压力下，低驱动压力双流体细水雾抑烟降温的特征，揭示低气压及变压下氮气水混合细水雾的空间扩散规律和抑灭火机理。⑤全尺寸货舱抑灭火实验验证。结合飞行中正常大气压、低气压等环境，研究飞行中低驱动压力双流体细水雾抑灭飞机货舱火灾有效性问题。依托康定机场(海拔4290 m)可模拟飞机起降环境的全尺寸变压耐温舱实验平台、中飞院民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室飞机灭火验证技术平台，研究细水雾在接近真实飞控环境下的灭火机理，获得性能优越可靠的原型系统。
本书通过基于“民用飞机货舱细水雾灭火关键技术与实验验证”项目的研究，实现理论与技术两个层面的创新。理论创新方面是揭示复杂气压环境下机舱细水雾抑灭火机理，即利用全球海拔最高的高高原航空安全实验室，开展低气压及变动气压环境下各类型全尺寸火灾实验，研究货舱特定气压环境下低驱动压力双流体细水雾流场绕流特性和时空分布规律，揭示货舱变压环境和特定流场条件下细水雾灭火抑火机理，弥补国内外变动气压环境民用航空器抑灭火技术研究的不足，为我国民用航空器灭火系统研发提供理论技术支撑；技术创新方面是研发货舱机载氮气水双流体细水雾生成技术，面向机载系统兼容性限制条件，结合空气动力学和声学原理，利用机载惰化系统和供水系统，研发超音速谐振雾化的低驱动压力氮气水双流体细水雾抑灭火技术原型系统，满足我国国产大飞机货舱哈龙替代灭火系统研发的紧迫需求。
基于项目，依据项目的总体目标、关键科学问题和研究内容，制订了一个全面可行的研究进展计划。既兼顾基本科学问题持续追问，又兼顾关键技术装备研发； 既兼顾常温正常大气压平原实验与低气压及变动气压实验，又兼顾小尺度科学实验与全尺寸工程验证。以确保完成全部研发任务，全面攻克新一代机载抑灭火技术系统难题。
本书编写总共耗时4年，始于2017年1月1日，止于2020年12月31日。4年编写历程是短暂的，但这段经历却耐人回味，有几件事情非常值得与大家分享。①项目组修建高高原航空安全实验室。为使机载抑灭火系统研究体现飞行中的真实情境，中飞院和清华大学两方在2014年决定修建高高原航空安全实验室。为解决实验室房屋土地、设施投资主体的合法性问题，中飞院和清华大学争取到四川康定机场集团和四川天舟通用航空科技有限公司的全力支持，康定机场集团提供实验室房屋修建用地，四川天舟通用航空科技有限公司提供实验室房屋基础设施修建经费60多万元，中飞院和清华大学先后向实验室投入设备，从而建成了全球海拔最高的高高原航空安全实验室，奠定了我国以飞行中民机火灾生成演化及抑灭为主体的，全面覆盖飞行中民机灾害生成与控制研究的实验技术基础。②从康定县城到康定机场每日的往返经历。康定机场海拔4290 m，生长于平原地区的师生初上康定，不仅得忍受缺氧的煎熬，而且面临感冒、罹患肺水肿的风险，因此夜间不能留在康定机场住宿。然而，康定县城至康定机场相距近60 km高寒山路，海拔垂直高差超过2000 m，每日往返里程接近120 km，且无定期公共交通工具往返，要么租车，要么自驾往返，最顺利往返耗时近3 h。由于高海拔、低气压、低温度，时常伴随暗冰行车障碍，即使是七、八月的盛夏也概莫能外。项目组为了师生往返安全，也为了及时完成实验项目，周密规划上山下山行车安全路线，每天早起晚归且每周工作6天，圆满实现4年出入高寒山区零事故零伤亡结果。③高寒高海拔地区每日餐食供给保障。由于高海拔、超低气压且常低温(盛夏中午温度15℃，不过1 h)，日常煮卤灶具无法实现膳食供给；还由于差旅经费紧张，每人每日可得的人民币180元补助在租车、吃饭后入不敷出，故而发动师生及家属上高寒高海拔地区做饭烧菜。通过4年的高寒高海拔地区研发经历，本书编写基于的项目组不仅完成了全部实验，而且掌握了低气压、低供氧、低气温环境下膳食保障技术，竟然练成了高原寒区实验不断炊的本领。
理论是灰色的，生命之树常青。历经4年的研发时光，编写组不仅在飞行中民用航空器火灾抑灭基础理论、关键技术方面，而且在高寒高海拔地区行车安全、膳食保证等方面，都取得了长足的进步。这些科研研发的意外收获，值得我们铭记，更值得我们感恩！
由于编者学识水平有限，书中难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正。
作者
2023.7
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