Влияние структуры трехслойных панелей интерьера на показатели пожарной безопасности

Полученные в процессе работы результаты легли в основу разработки технологии рентгенографического и рентгеноскопического контроля сотовых конструкций: РТМ 1.2.167-2000 «Неразрушающий контроль сотовых панелей летательных аппаратов в условиях ремонта авиационной техники радиационным и тепловизионным методами»; ТР 1.2.1769-2003 «Неразрушающий контроль рентгеноскопическим методом изделий из композиционных материалов и сотовых конструкций в условиях ремонта и эксплуатации авиационной техники».

Современный уровень развития авиации предполагает дальнейшее развитие и расширение спектра конструкционных материалов и изделий из них. Разнообразие геометрических форм агрегатов, различных материалов и их комбинаций предъявляет все более высокие требования к методам неразрушающего контроля изделий. Каждый метод контроля имеет свои специфические ограничения, не позволяющие дать стопроцентную гарантию о годности изделия. Поэтому для решения задач, возникающих при производстве и эксплуатации авиационной техники, необходимо использовать комплекс методов неразрушающего контроля - в этом случае возможно достижение компромисса между производительностью и чувствительностью проводимого контроля, что в свою очередь позволит повысить надежность и безопасность эксплуатации авиационной техники.

ЛИТЕРАТУРА

1. Азаров Н.Т. Эксплуатационный УЗК содержания и определения количества воды в клееных сотовых конструкциях самолетов //В мире неразрушающего контроля, 2001, № 4.

2. Вавилов В.П., Климов А.Г. Тепловизионная диагностика воды в авиационных сотовых панелях //В мире неразрушающего контроля, 2003, № 2.

3. Вавилов В.П. Тепловой контроль авиационной техники //В мире неразрушающего контроля, 2003, № 2.

4. Airbus adopts infrared termography for in-service inspection //Insight, 1994, v. 36, № 10.

5. Степанов А.В., Косарина Е.И. Радиографический контроль сотовых конструкций с целью обнаружения технологических и эксплуатационных дефектов //В мире неразрушающего контроля, 2003, № 3, с. 2-5.

6. Косарина Е.И., Степанов А.В., Тараканов Ю.В., Усачев В.Е. Радиоскопический контроль сотовых конструкций, с. 73-81 (настоящего сборника).

УДК 629.7.023.2

С.Л. Барботько, В.Н. Воробьев

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ТРЕХСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ ИНТЕРЬЕРА НА ПОКАЗАТЕЛИ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Последствиями развития пожара, помимо риска для жизни людей, является большой материальный ущерб, так как в большинстве случаев, после ликвидации по-

жара, эксплуатация транспортного средства становится невозможной, или как минимум требуется замена внутреннего содержимого.

Для обеспечения пожарной безопасности авиационной техники, помимо активных средств предупреждения и защиты от развития очага пожара (системы индикации задымления, повышения температуры, огнетушения), в конструкции должна использоваться пассивная защита, затрудняющая возникновение и предотвращающая развитие очага пожара.

Создание новых материалов, полностью соответствующих требованиям авиационных норм и конкурентоспособных на мировом рынке, невозможно без проведения большого количества экспериментов. В процессе разработки новых материалов проводятся обширные исследования, включающие в том числе изучение влияния различных факторов структуры и состава типовых элементов конструкций на показатели пожарной опасности.

В настоящее время для отделки пассажирского салона наиболее широко используются трехслойные панели, состоящие из обшивок и сотового заполнителя. Однако вместо сотопласта могут использоваться и другие структуры: пеноматериалы, ребра жесткости, ячеистый заполнитель и др. Замена одного вида заполнителя на другой при неизменном составе внешних обшивок и декоративного покрытия может существенно сказаться на пожаробезопасных свойствах тестируемого элемента конструкции.

Так как в настоящее время, как правило, наиболее жестким и критичным видом испытания является метод оценки тепловыделения, представляло интерес проведение исследований по влиянию структуры элемента конструкции на показатели тепловыделения. Типовой график скорости выделения тепла при горении трехслойного элемента конструкции приведен на рис. 1.

Рис. 1. Тепловыделение типовой трехслойной сотовой панели для интерьера самолета

120 180 Время, с

300

Под воздействием внешнего теплового потока и открытого пламени, через несколько секунд после начала испытания происходит воспламенение внешней обшивки трехслойной панели с имеющимся декоративным покрытием. В результате на графике скорости выделения тепла регистрируется первый максимум тепловыделения. При испытании обычной трехслойной панели с сотовым заполнителем внутри, продукты термического пиролиза внутренних слоев скапливаются в полостях сот. Под воздействием повышенной температуры (400-600°С) давление газов на обшивки значительно возрастает, в то время как прочность скрепления обшивок с сотовым заполнителем снижается в результате термодеструкции. При превышении предела прочности происходит разрушение элемента конструкции с мгновенным отслаиванием внешней обшивки и резким выходом большого количества ранее образовавшихся газообразных продуктов термоокислительного пиролиза. Выходящие газообразные продукты термодеструкции мгновенно воспламеняются и пламя охватывает внутренние слои элемента конструкции. В результате на графике скорости выделения тепла образуется второй максимум тепловыделения. Для элементов конструкций, имеющих более высокую прочность

прикрепления обшивок к заполнителю, разрушение происходит позже, но отрыв обшивки может происходить более резко, сразу по всей поверхности, вследствие чего величина второго максимума на кривой тепловыделения увеличивается. Величина второго максимума может превышать значение первого, и, следовательно, она будет зарегистрирована как максимальная скорость тепловыделения материала.

Известно, что на показатели тепловыделения определяющее влияние оказывает химический состав и количество полимерной составляющей испытываемого образца и его декоративного покрытия. Но кроме этих факторов на пожаробезопасность влияют и структурные параметры элемента конструкции, к которым относятся толщина обшивок и заполнителя, их состав.

Для улучшения шумопоглощающих свойств трехслойной панели ее тыльная обшивка может иметь сетчатую структуру или быть перфорированной. Это изменение структуры элемента конструкции может оказать существенное влияние на величину второго максимума на графике скорости тепловыделения за счет обеспечения постоянного выхода газообразных продуктов из внутренней полости трехслойной панели. В табл. 1 представлены сравнительные данные тепловыделения образцов трехслойных сотовых панелей без декоративного покрытия, вырезанных из одной плиты и отличающихся только наличием/отсутствием отверстий на тыльной стороне. Панели были изготовлены при помощи автоклавного формования на основе сотового заполнителя ПСП 1-2,5-45 и обшивок, состоящих из двух слоев препрега Т-15(П)-76 + ФПР-520. Перфорация тыльной обшивки была сделана отверстиями диаметром 0,5 мм с шагом 8 мм.

Таблица 1

Тепловыделение трехслойных панелей с различной структурой тыльной обшивки

Вид панели Максимальная скорость выделения тепла (пик), кВт/м2 Общее количество выделившегося тепла за первые 2 мин, кВтмин/м2

Трехслойная панель со сплошной тыльной обшивкой 27 23

Трехслойная панель с перфорированной тыльной обшивкой 19 27

График (рис. 2) демонстрирует, что при наличии перфорации происходит существенное снижение второго максимума тепловыделения, но одновременно происходит его сдвиг на более ранний период, и вследствие этого несколько увеличивается количество тепла, выделившегося за первые две минуты испытания. Таким образом, использование перфорированных обшивок может быть целесообразным для повышения по-жаробезопасности конструкций, имеющих высокие значения второго максимума тепловыделения, но одновременно обладающих запасом по критерию общего количества выделившегося тепла.

Рис. 2. Скорости выделения тепла для

исходной трехслойной панели (-) и

панели с перфорацией тыльной обшивки

120 180 Время, с

Вместо сот при изготовлении трехслойного элемента конструкции могут быть использованы другие типы материалов: пенопласт, ячеистый заполнитель, ребра жесткости.

В табл. 2 приведены результаты сравнительных испытаний трехслойных панелей толщиной 18 мм, имеющих сотовый заполнитель или ребра жесткости, на тепловыделение при горении (панели без декоративного покрытия). Трехслойные панели имели одинаковый состав обшивок (два слоя препрега из стеклоткани Т-10-80 и фенольно-го связующего ФП-520) и были отформованы при идентичных условиях.

Таблица 2

Показатели тепловыделения трехслойных панелей с различным заполнителем

Заполнитель Максимальная скорость выделения тепла (пик), кВт/м2 Общее количество выделившегося тепла за первые 2 мин, кВтмин/м2

Соты ССП 48 48

Горизонтальные ребра жесткости (лента ЛСК + ФП-520) 35 39

Вертикальные ребра жесткости (лента ЛСК + ФП-520) 51 55

Замена стеклосотопласта, имеющего в структуре трехслойной панели герметично закрытые ячейки, на материал с протяженными каналами, образованными ребрами жесткости, с приблизительным сечением 16x16 мм приводит к существенному изменению показателей тепловыделения. Это вызвано несколькими причинами. Во-первых, наличие открытых с торцов каналов, аналогично перфорированным обшивкам, позволяет продуктам термического разложения свободно покидать внутренние полости испытываемого элемента конструкции, обеспечивая более равномерный по времени выход из внутренних слоев трехслойной панели образующихся при термическом воздействии газообразных горючих продуктов. Во-вторых, в процессе нагрева элемента конструкции под воздействием внешнего теплового потока существенно улучшаются условия теплопереноса от нагретой внешней обшивки к внутренним слоям трехслойной панели благодаря большей величине каналов и более интенсивному развитию конвективных потоков. Это приводит к более эффективному отводу тепла от лицевой обшивки к более глубоким слоям. Вследствие этого замедляется прогрев лицевой обшивки, ее воспламенение происходит позже и снижается первый максимум на графике выделения тепла.

Большое влияние на развитие процесса горения оказывает ориентация каналов (рис. 3). При горизонтальной ориентации ребер жесткости, газообразные продукты деструкции вытесняют первоначально содержащийся в каналах воздух и сами покидают межреберное пространство только за счет образования новых газообразных продуктов и термического расширения при дальнейшем нагреве стенок образца.

Рис. 3. Влияние вида заполнителя на скорость выделения тепла при горении для образца трехслойной панели: -вертикальные ребра;--горизонтальные ребра;---сотовый заполнитель

При вертикальной ориентации ребер жесткости, вследствие большой вертикальной протяженности появляется эффект «дымовой трубы» - образовавшиеся газообразные продукты быстро выносятся на поверхность, а вместо них в полости каналов образца поступает воздух, кислород которого начинает взаимодействовать как с твердым полимером, усиливая процессы термоокислительной деструкции, так и с образовавшимися горючими газообразными продуктами. Вследствие этого увеличивается скорость выделения тепла.

Следовательно, вертикальная ориентация ребер жесткости в элементах конструкций является нежелательной, так как приводит к повышению тепловыделения. Таким образом, элементы структуры трехслойной панели, такие как газопроницаемая обшивка, а также вид и ориентация заполнителя оказывают влияние на пожаробезопас-ность, определяемую методом тепловыделения при горении. Показано, что перечисленные факторы изменяют кинетику процесса горения и могут оказывать существенное влияние на регистрируемые параметры - максимальную скорость тепловыделения и общее количество выделившегося при горении тепла. Представленные эксперименты показывают существенное влияние факторов структуры элемента конструкции на скорость выделения тепла. Учет влияния этих составляющих на пожаробезопасность необходим как в процессе разработки структуры типовой трехслойной панели на этапе выбора типа заполнителя или состава тыльной обшивки, так и непосредственно при конструировании интерьера пассажирских салонов (учет ориентации создаваемых внутренних каналов в элементе конструкции) и позволит повысить пожаробезопасность пассажирской авиационной техники.

УДК 663.18

О.И. Емельянов, А.В. Полякова

ЗАЩИТА ТОПЛИВ И МАТЕРИАЛОВ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ САМОЛЕТОВ ОТ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ

Микробиологическое поражение топлив и топливных систем самолетов в настоящее время привлекает большое внимание специалистов многих стран. Это связано с увеличением поставок нашей техники в страны с влажным тропическим климатом. Микроорганизмы, питающиеся углеводородами, в ряде случаев могут стать причиной серьезных проблем, возникающих при применении нефтепродуктов. Известны случаи, когда воздействие микроорганизмов, вызывая значительное поражение топлива, коррозию материалов топливных систем, забивку топливных фильтров биомассой, приводило к авариям.

Особая трудность в обеспечении длительной и безотказной работы авиационной техники возникает при ее эксплуатации во влажных тропических и субтропических зонах, в том числе и странах азиатского региона, куда в последние годы увеличились поставки изделий авиационной промышленности российского производства.

Установлено, что в топливных системах самолетов чаще всего встречаются следующие микроорганизмы:

- грибы: Cladosporium resinae, Amorphotheca resinae;

- бактерии: Pseudomonas eruglonosa, Baacillus species, Desulphovibrio desulphuricaus, Aerobacter aerogenes, Alternaria tenius, Desulphovibrionas deruginosa.