Boeing/NASA-Glenn 05

انستیتوی تحقیقات مهندسی دانشگاه نیومکزیکو(NMERI) کنفرانس Halon Options Technical / Working را هر ساله برای 11 سال است که برقرار می کند و به بررسی عامل های جایگزین و آزمایش آنها می پردازد. در واقع تا به حال هیچ اجماعی در مورد جایگزین های Halon صورت نگرفته است.

تحلیل و بررسی گنجایشOBIGGS در اتاق های حمل بار هواپیما در 3 سطح متفاوت از گاز بی اثر نیتروژن صورت گرفتته است، سطح84% ، 88% و 91% که نمایانگر تحقیقات انجام شده برروی کنترل آتش کلاسB می باشد. همچنین خواهیم دید که آزمایش های با مقیاس طبیعی در سیستمOBIGGS هواپیما به منظور بی اثر سازی آتش در محموله انجام گرفته است.

به منظور بیان کاربردهای هواپیما می بایست بین بی اثر سازی و خاموش کردن تفاوت قائل شد. بی اثر سازی ایجاد و حفظ اتمسفری است که انتشار شعله ها را در بدترین شرایط نیز موجب نمی شود. و خاموش کردن اطفای کامل شعله ها در محدودۀ بروز آتش سوزی می باشد. سیستم بی اثر سازی پایدار در اتاق های حمل بار هواپیما به دلیل نشت در اتاق که نیاز به مقدار زیادی گاز دارد غیر عملی می باشد. سیستم اطفای حریق آتش محموله موجب خاموش سازی شعله های قابل رؤیت کفایت می کند. دینامیک سیستم های بی اثر سازی نیتروژن در محموله مواد کلاسA برای نویسندگان این تحقیق نا آشنا بوده است و می بایست پیش از کاربرد در هواپیما مورد آزمایش قرار گیرد.

سیستم های اطفای حریق محموله شامل تخلیه ابتدایی می باشد که با سیستم های کاهش دهنده ضروری برای حفظ تراکم گازهای خاموش کننده آتش در طول دوره ای مشخص حمایت می شوند. اگرOBIGGS به سیستم اطفای حریق آتش مربوط شود و استانداردهای یکسانی در عملکردها برخوردار باشد نیازمند کاهش تخلیه و در نتیجه کنترل آتش، سیستم Metering برای کنترل خواهد بود.

استاندارد های عملکرد برای عامل ها و سیستم های جایگزینHalon می بایست حداقل یکسان با استانداردهای  باشد.

برای دست یابی به اهداف این تحقیق چنین فرض شده است که تخلیه ی ابتدایی خاموش کننده ها در همان زمان فرودOBIGGS  فعال می شود تا غلظت نیتروژن در اتاق حمل بار ثابت باشد. این تخلیه به 1 یا 2 شکل صورت می پذیرد: کاهش نیتروژن یا کاهش مواد خاموش کننده آتش غیر از نیتروژن. این امر موجب می شود دو مدل تولید شود که در مرجع 2 به آن اشاره شده است.

در مدل خاموش کردن توسط نیتروژن(شکل22) مخزن نیتروژن مایع یا فشرده همزمان باOBIGGS فعال می شود تا میزان نیتروژن برای کنترل آتش ثابت بماند. ترکیبOBIGGS با نیتروژن در شکل23 نشان داده شده است و به صورت گرافیکی در شکل24 ترسیم شده است.

این مدل چنین فرضیاتی را مطرح می کند :

1)    سطح نیتروژن در اتاق حمل بار در آغاز شبیه به مقدار آن درخواست 79%

2)    غلظت نیتروژن برای خاموش کردن شعله ها برای اطفای حریق کفایت می کند.

3)    نیتروژن کافی استفاده شده در سیستم خاموش سازی در طول 1 دقیقه به حداقل غلظت نیتروژن بی اثر می رسد.

4)    DBIGGS یا 95% نیتروژن خالص یا 98 % نیتروژن خالص تولید می کند.

5)  جریان DBIGGS نیتروژن کافی را برای بررسی میزان نشست در اتاق حمل بار تهیه می کند، همراه سیستم Holam بعلاوه میزان جریان نیتروژن OBIGGS .

6)  نفوذ جریان هوا در اتاق حمل بار در سیستم های حمل بار مشخص کننده هواپیما هایی است که از OBIGGS استفاده می کنند.

باید به این نکته اشاره کرد که برآیند فشار وتاثیر آن در اتاق حمل بار برای تخلیه سریع نیتروژن(ضروری برای خاموش کردن آتش حال چه با نیتروژن چه باهر گاز باحجم بالا) مورد ارزیابی و بررسی قرار نگرفته است. چنین تأثیراتی مربوط به طراحی هواپیما و کاربردهای آن در هواپیما می باشد

تحلیل وآنالیز برای هر دو مدل کنترل – حجم وکنترل- جریان توده وار به پایان رسیده است.

سیستم های محافظت محموله در برابر آتش به وسیله کنترل حجمی تعریف می شود.

در شکل25 گرافیک مرحله خاموش کردن آتش توسط نیتروژن/گنجایش حجمی OBIGGS (مورد نیاز در تقطیر مدل های Boeing بوئینگ) آمده است. بسته به بازدۀOBIGGS، میزان کم جریان  ، 98% نیتروژن خالص در هواپیما مدل737-800 تحویل می دهد اگر 84% نیتروژن برای کنترل آتش کافی باشد و میزان جریانOBIGGS 95% نیتروژن خالص تحویل می دهد که میزان 91 درصدی نیتروژن برای کنترل آتش کفایت می کند.

اتاق حمل بار در عرشه اصلی هواپیمایی 747-400Combi به میزان بیشتری نیتروژن OBIGGS نیاز دارد. این ارقام گستره ای از میزان جریان نیتروژن معقول برای انواع مدل های هواپیما به دست می دهند.

جدول شماره 6و7 کمیت گاز نیتروژن مورد نیاز در خاموش سازی وایجاد غلظت کافی را نشان می دهد و زمانی که با  مقایسه می شود اوزان مشابه از نیتروژن برای حداقل تراکم نیتروژن 84% برای خاموش کردن آتش محموله مورد نیاز است.

اگر تراکم حداقل نیتروژن91% باشد.3یا4 برابر نیتروژن (از نظر وزنی) برای خاموش کردن آتش لازم است.

تحلیل knock down  ممکن است به این نکته ما را برساند که غلظت نیتروژن از طریق اتاق حمل بار سریعاً به تعادل می رسد در حالی که در طراحی واقعی، ممکن است از سیستم توزیع برای جایگزینی نیتروژن به جای هوا در اتاق استفاده کند. اندازه وشکل اتاق حمل بار ممکن است گستره انتخاب و ابقای مدل را محدود کند.

عملکرد تکنولوژی :

امروزه درخواست هایی از تکنولوژی تفکیک هوا توسط ارتش صورت گرفته است. در کاربرد های بی اثرسازی مخزن سوخت، کاربردهای نظامی به دلیل نیاز به مخازن بی اثر ( فاقدواکنش های شیمیایی د ر مخزن) در زمان فرودهای تاکتیکی متوالی به مناطقی که امکان رخ داد آتش سوزی را افزایش می دهد، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. سیستم های OBIGGS درارتش به اندازه ای بزرگ طراحی شده اند که بتوانند پاسخگوی نیازهای خدمه باشند. سیستم تفکیک هوا برای اکسیژن در هواپیماهای جت مسافربری و نیز گنجایش کافی به منظور راحتی بیشتر مسافران از جمله مهم ترین درخواست هایی است که از هواپیمای نظامی شده است.

بی اثر سازی نیتروژن ( مخازن سوخت) :

4 سیستم اصلی برای بی اثر سازی نیتروژن در نظر گرفته شده اندHFM ،PSA ، برودتی (Cryognic) و دوگانه (Hybrid).

منظور از سیستم دو گانه یا هیبرید به خدمت گیری ابزار psa یا HFM برای جدا سازی نیتروژن از هوا می باشد سپس نیتروژن سرد می شود تا ذخیره گردد. همچنین Hybrid به توصیف طرح برودتی بی اثر سازی(cryogenic) در جایی که این بی اثر سازی توسط LENA ذخیره شده در طول زمان تولید آن حمایت می شود. همان طور که در این گزارش به آن اشاره شده است، سیستم دو گانه / Hybrid سیستم تولید نیتروژن است که موازی باAHOS-Mعمل می کند. در بررسی سیستم های PSA ،HFM برای بی اثر سازی مستقیم مخازن سوخت حداکثر میزان جریان در آغاز مورد توجه قرار می گیرد. اندازه دستگاه های HFM,PSA با میزان جریان تقاضا شده پیش فرض اینکه سیستم های هواپیما گنجایش بار داشته و تحویل جریان هوابه داخل، دما و فشار را بررسی و تنظیم می کنند، هم خوانی دارد.

راه های بی اثر سازیHybrid یاCryogenic شامل ذخیره LNEA و سپس ذخیره و تبدیل آن به گاز می شود. همچنین سرعت و میزان تحویل LNEA ، بی اثر سازی تقاضاشده و زمان بی اثر سازی نیز بی ارتباط با این راه ها نمی باشد.

به کار گیری مخازن LNEA به انتخاب واحدهای کوچکتر تولید نیتروژن کمک می کند زیرا LNEA در طول دوره های تقاضای پایین جمع آوری شده ومی تواند برای بالا بردن محصول بدست آمده از دستگاه تولید نیتروژن در دوره های بالا بودن میزان تقاضاها مورد استفاده قرار گیرد. این عمل به نام”Load Leveling” معروف است.

احتیاجات مربوط به عمل بی اثر سازی بر اساس حجم مخزن سوخت که می بایست مورد حفاظت قرار گیرد، الگوهای پرواز و دوره هایی را که بی اثر سازی در آنها ضروری است مانند
(take-off,taxi)طراحی می کند. این حوزه از تحقیق در سال 2000 توسط کمیته
Aviatian Rulemaking Advisory (ARAC) باتمرکز برروی بی اثر سازی مخازن سوخت بر روی زمین (GBI) و هواپیماهای تجاری OBIGGS مورد مطالعه قرار گرفته است. نتیجه این تلاش وجود رابطه دائمی بین تلاش های انجام شده ونتایج حاصله از آنها می باشد. در این تحقیق بی اثر سازی مخازن بر روی زمین با بی اثر سازی مخازن در هنگام پرواز، بی اثر سازی مخزن در مرکز بال با بی اثر سازی همه مخزن ها مورد مقایسه قرار گرفته اند.

در بی اثر سازی مخازن در هنگام پرواز به تحلیل تأثیر این بی اثر سازی در طول فازهای پرواز در مقایسه با فاز آغازین پرداخته می شود.

جدول 9و8 عملکردهای تطبیقی و احتیاجات هواپیما در مورد 3 سیستم را برای هواپیماهایی که واکنش های شیمیایی در تمام مخازنش بی اثر شده نشان داده شده است. چنین هواپیمای  بزرگی می تواند مدل 747 بوئینگ باشد، و وزن تخمین زده شده سیستم برای هر مسافر و برای هر کدام از این 3 سیستم در شکل توضح داده شده کمتر از 1 پوند  خواهد بود.

این گونه فرض شده است که هر 3 سیستم نیاز به فشرده شدن هوای کابین برای به خدمت گیری به عنوان منبع نیتروژن ، دارند.

ممکن است نتایج متفاوتی در مقایسه سیستم ها بر مبنای هواگیری کمپرسور موتور به دست آید ، به علاوه ، بی اثر سازی تنها در زمان TAKE- off   taxi  باعث بروز مشکلاتی برای سیستم ها می گردد.

 بی اثر سازی نیتروژن (محافظ از اتاق حمل بار در برابر آتش)

ایمنی هوایی با محافظت از اتاق حمل بار در برابر آتش مرتبط است. زمانی که بی اثر سازی مخزن سوخت به عنوان یک قانون جدید و بی سابقه مطرح شد ، در خواستهای مبنی بر اطفای حریق  در اتاق حمل بار قدمتی 40 ساله داشت . ایت تقاضا ها بر اساس تجربه خدماتی مورد تغییر و اصلاحاتی قرار گرفت. مثال، حادثه مربوط به آتش سوزی در اتاق حمل بار valujet  در سال1996 موجب شد که قانونی برای محافظت از مسافران به خصوص آن که نزدیک به اتاق های حمل بار می باشند وضع شود تا توسط سیستم های ردیابی آتش و سیستم اطفای آتش گاز Halom حفاظت شوند .

پیش از آن در هواپیماهای تک راهرویی این گونه تصور می شود که اگر آتشی نیز در اتاق کوچک حمل بار چنین هواپیمایی نیز رخ دهد، به دلیل وجود دیوارهای درز گیری شده این اتاق ها، اکسیژن داخل اتاق را مصرف نموده و خمودش خاموش می شود .

زیر نظر گرفتن مرحله تخلیه یکی از لایه های ازن  (strato spheric) منجر به توقف توليد عامل های خاموش سازی آتش halom  می گردد . در حالیکه هوانوردی بر اساس  EPA از استفاده از halom   در اکثر موارد منع شده است ، صنعت هوانوردی در راستای  قانون گذاری های دولت  به دنبال جاگزین های قابل قبول برای می باشد. به علاوه این گونه شایع شده است که مدل های هواپیمایی اروپایی کاملاً از نظر مسئله حفظ محیط زیست تأیید شده می باشند. این امر به معنای ترکیب  آب  و نیتروژن در سیستم اطفای حریق اتاق حمل بار می باشند. بنابراین، در آینده تلاش هایی برای خدمت گیریNEA  به منظور خاموش سازی آتش یا تحت کنترل گرفتن اتاق حمل بار از طریق بی اثر سازی پس از  خاموش کردن آتش و در آغاز با  عامل های  دیگر، صورت خواهد  گرفت.

تقاضای هواپیما برای نیتروژن و  عنوان عامل  خاموش کننده نیتروژن کاملاً با سیستم بی اثر سازی مخزن سوخت تفاوت دارد. بر اساس این واقعیت که سیستم اطفای حریق اتاق حمل بار شامل تحویل غلظت بالایNEA در مقدار بالا برای دوره زمانی طولانی در فازهای پرواز می باشد(حالت افقی و فرود) بررسی هر تکنیک تفکیک هوا بر اساس دسترسی کم به هواگیری اضافی موتور در طول دوره فازهای پرواز  صورت می گیرد. کاربردهایNEA برای سیستم حفاظت از محموله در برابر آتش، حتی در هواپیماهای بی ضرر برای محیط زیست، کاربرد ایمنی(در مواقع بحرانی) کمتری برای  استفاده از نیتروژن نسبت به بی  اثر سازی مخزن سوخت دارد، زیرا تنوع روش ها و عامل ها برای حفاظت از محموله در اتاق حمل بار زیاد است اما طرح دیگری به غیر از سیستم استفاده  از نیتروژن برای جایگذاری طرح بی اثر سازی مخزن سوخت وجود ندارد. در این زمان تخمین نیازهای سیستم برای نقشNEAR وLNEA در سیستم خاموش سازی آتش محموله دشوار می باشد.

عملکرد آتش زدایی  مبنایی است برای حداقل استانداردهای عملکردی برای هر عامل جایگزین این سیستم .

  با غلظت 3 تا 5 درصد با حجم معین سالها است که در خاموش سازی—– (کنترل آتش و نه لزوما خاموش کردن آن) آتش های کلاس A در اتاق های حمل بار هواپیما مفید بوده است . این غلظت هایHalon  به گونه ای هستند که می توانند به تجزیه شیمیایی انواع هیدروکربن در فاز گاز پرداخته و آتش را خاموش کنند. بی اثر سازی مخزن سوخت از طریق افزایش نیتروژن در زمانی که غلظت اکسیژن تا 9% یا پایین تر از آن رقیق می شود مورد استفاده قرار می گیرد. به وسیله قیاس با سیستم کنترل آتش اتاق حمل بار و نیز سیستم خاموش سازی ، این عدد 9 % برای حداکثر غلظت  اکسیژن رقم مناسبی برای سیستم های نیتروژن (on-board) در بی اثر سازی اتاق های حمل بار می باشد. بنابراین پس از خاموش سازی  اولیه آتش محموله، نیتروژن تأمین شده برای تحویل نیتروژن (100% نیتروژن ) در زمانی که میزان نشست در اتاق حمل بار 91 درصد است کفایت می کند.

FAATC آزمایشی را ترتیب داده است که به بررسی تفاوت سطوح بی اثر سازی برای سطوح مختلف اشتعال می پردازد .

برای مثال، اشتعال سطوح داغ می تواند با سطح 84 درصدی غلظت نیتروژن(16% اکسیژن) و 88 درصد نیتروژن برای 5/1 یول جرقه منجر به اشتعال ، جلوگیر می شود، در حالی که در کاربردهای نظامی ، حداقل 91 درصد نیتروژن برای جلوگیری  از انفجار و اشتعال کفایت می کند (mm 23 آتشHEI )