空客A320机型机上有烟雾程序探讨概要

A320机型机上有烟雾程序探讨摘要：本文介绍了烟雾和机舱构造的基础知识；从理论上分析了A320客机机上有烟雾程序的设计原理和理念，分析了机组需进行的危险评估及处置原则；提出了针对该程序的模拟机教学的基本思路和方法。关键词：烟程序设计原理和理念处置原则模拟机教学一、定义和基础知识：(一)定义：颊层：这一区域位于客舱和驾驶舱地板之下、货舱空间之外，在现代化客机上，这一区域被设计成容纳液压管线、捆状电缆或线状传感器的空间。顶板区域：指的是在机舱中天花板和蒙皮之间的区域。这一区域的空间大小取决于飞机型号，在A320机型上，这一区域可能只有几英寸的高度，一个典型的顶板区域包含了飞机的娱乐系统、众多的捆绑布线部件，控制电缆，部分的空调系统，乘客紧急氧气系统和其他系统。回风格栅：这些隔栅沿客舱侧壁底部分布。现代化客机客舱空调系统大部分从客舱顶板区域提供空气，空气流从上向下流动，由回风隔栅排出客舱。隐藏火源：指那些位于很难被查找、定位和进行灭火处理位置的火源，例如处于客舱侧壁板、顶板、颊层内部的火源。阴燃：阴燃的特点是不可见的火焰和燃烧速度缓慢，阴燃火源如果没有被重视或没有被完全熄灭，可以在很短时间内重燃并恶化成更大的难以控制的火灾。烟雾：物质经过燃烧产生悬浮在空气中的固体和液体微粒以及有害气体并和大量空气混合后形成。烟雾的产生：组成烟的微粒是不完全燃烧的产物。虽然烟的性质及其所形成的模式非常不同，但都是由阴燃或明燃产生的。阴燃产生的烟类似于任何碳基材料被加热到高温时发生化学降解并产生挥发物的演变。这些挥发物与空气混合，混合物中会包含大量极小的焦油颗粒和高沸点液体颗粒。明燃产生的烟主要由固体微粒组成。烟雾的探测：空客飞机的烟雾探测器分为三类：电离式烟雾探测器，第一代光电式烟雾探测器，第二代光电式烟雾探测器。电离式烟雾探测器电离通过其内部极板的粒子。当极板间存在烟雾微粒时，内部环路电阻会上升，电流下降。实测室的电压高于参考室的电压，通过比较后烟雾探测器送出一个电压警告信号给ECAM。光电式烟雾探测器利用烟雾微粒反射光线原理。原本垂直于光电管的光源光线通过烟雾微粒的反射后由光电管吸收，光电管电阻变小送出模拟信号报警。浮力和分层：高温产生热量，这些热量使烟源附近的气体升温并扩散，这种使热气体上升和流动并向周围扩散的力，被称为浮力。浮力可以使热气体从任何通风环路的上游或任何其他适当的渗漏途径向外扩散。但热气体在浮力作用下向外扩散的过程中，又会和周围的较冷空气混合并降温，这导致浮力减小和在向上流动的气体减少，这些气体累积成层，这一过程被称为分层。(二)潜在的烟源：烟源应考虑飞机上的所有易燃材料和潜在的火源，包括行李，货物，旅客，设备舱，厨房，卫生间等，引起冒烟的原因通常有：a)电器设备故障和电缆短路b)由于恒温器或控制组件故障导致设备过热c)引气管道泄漏d)可燃性液体（液压油、也二醇等）泄漏在高温物体上e)食物油、脂肪或其他油脂在加热烤箱内泄漏f)雷击g)机上火灾（阴燃或明燃）二、A320飞机机上有烟雾程序的设计原理和理念：国际民航公约附件8在第97次修订后通过了有关飞机设计的安全方面的某些标准和建议措施，其中就包括飞机有能力疏散烟雾，浓烟和有毒气体的标准。这一标准得到了欧洲联合航空局（JAA）和联邦航空管理局（FAA）的认可和执行，也就是说，现代化客机都是满足这一标准的，包括A320飞机。要正确理解A320机上有烟雾程序的设计原理和理念，我们必须首先了解这一标准是怎样制定的。(一)客舱换气率：通过大量的防火和排烟测试数据，美国联邦航空局已经确定：最少在30分钟的连续期间，客舱换气率至少每5分钟一次，就足以阻止烟雾使舱内人员死亡。因此，在飞机设计上要求：一旦启动，飞机应该在任何时候都能持续提供必要的平均5分钟客舱换气率的间隔，包括暂时性的活动，如：气源转换、使用防冰、慢车进近等。图2.机身截面所定义的客舱体积公式一：客舱换气率公式客舱换气率＝客舱体积(ft3)／外部空气流量(ft3/min)(二)烟雾对机上人员的危险性评估：FAA提供的危险性评估方案，包含了几个参数和标准。这些参数和标准，用来确定在机舱冒烟的情况下，不会使机上人员因窒息和中毒而失去意识（无法撤离）的机舱环境。客舱烟雾对机上人员的危害，可以由有毒气体的浓度以及该浓度随时间的变化关系来确定。如果我们假设客舱内的空气能够通过空调通风系统始终保持与新鲜空气均匀混合，然后随着时间的推移所产生的烟雾浓度变化，必然是一个平稳递减的过程，这一递减的过程可以用公式二来表示：其中：C(t)是时间参数，表示一定容积内的烟雾浓度变化Co最初的烟雾浓度t表示旅客暴露在烟雾中的时间（分钟）τ表示客舱换气率（分钟）e是数学常数，是自然对数的底数（固定值）从这个公式中我们可以知道：如果我们知道飞机的客舱换气率是多少，那么客舱中的最初烟雾浓度将决定此后任一时间的烟雾浓度是多少。据美国联邦航空局的防火测试程序的数据，在所有机上可能产生的烟雾中，一氧化碳对人的伤害最大（除去氰化物这一几乎不可能出现在机舱中的有害气体），二氧化碳导致呼吸速率增加，这更加大了一氧化碳的影响。因此，这两种有害气体就成为美国联邦航空局在确定初始烟雾浓度时的主要数据。通过大量实验得到的数据，FAA认为在确定旅客对烟雾的最大承受能力的基础上，初始烟雾浓度应假设为一氧化碳含量不超0.59%、二氧化碳含量不超1.23%（如果初始烟雾浓度超出这一标准，旅客很可能就已经死亡或失去意识）表一：客舱中的初始烟雾浓度成分客舱初始烟雾浓度(%容积)CO0.59CO21.23O219.23表二：当客舱具备5分钟换气率能力时，各种气体随时间变化的关系上图表明，当客舱的换气率达到5分钟时，在烟源已经被确定并消除的情况下，客舱中的氧气含量可以在30分钟的时间内恢复到正常水平（21%左右），而有害气体可以被降至最低。但我们还必须考虑另外一种情况：客舱中的烟雾并不只包含一氧化碳和二氧化碳，并且烟源没有被发现和消除。针对这种情况，我们可以用以下公式来评估：其中：FED表示各种有害气体对人的伤害的累积FEDi表示单一有害气体对人的伤害这一公式表明：烟雾对人的伤害等于各种有害气体对人体伤害的积分（不一定是累加，因为各种有害气体的毒性随时间变化的关系并不一样）。FAA通过大量防烟实验得到数据并设定如果FED的数值大于1那么旅客将死亡或失去意识。FractionalEffectiveDose(FED)表三：可接受的5分钟换气率曲线、不可接受的7分钟换气率曲线和可接受的2分钟保护呼吸和7分钟换气率曲线1.51.25最大可接受限制10.750.50.25不可接受-(7分钟空气置换率)可接受-(5分钟空气置换率)可接受-(2分钟保护呼吸7分钟空气置换率)0051015202530时间(分钟)上图表明：即使烟源无法确定并消除，但只要保证5分钟的空气置换率，就可以使旅客不会死亡。(三)A320机上有烟雾程序分析：A320机上有烟雾程序的结构分为三个部分：一是有“电子舱冒烟”ECAM警告的电子检查单程序；二是没有ECAM警告的纸质检查单程序；第三部分是其他冒烟程序。此外还空客还提供了纸质排烟程序。A320FCOM第三册的非正常和紧急程序提供了这些程序的具体内容。关于这些程序的使用方法在A320FCTM中有详细的介绍。程序的重点在于第二部分：没有ECAM警告的纸质检查单程序，因为此程序包含了在烟雾源无法立即被探明、接近并且熄灭的情况下，机组应该采取的动作。QRH中的烟雾/电子设备冒烟程序由四个部分构成：第一部分：立即执行的动作，包括超控抽风扇和排风扇并关掉客舱风扇，执行这些动作的原因就是为了满足FED5分钟换气率的要求，只要空调通风系统工作正常，完成了这些动作足以保证旅客在烟雾环境下不会死亡或失去意识，因此FCOM要求机组不管在任何情况下，都必须先完成这些动作。FCTM要求机组在执行有ECOM警告的电子设备冒烟程序时，当做到ECOM显示倒数计时5分钟时，机组要立即转到纸质检查单，而一旦开始执行纸质检查单，就不要再回到ECOM检查单。这是因为虽然5分钟换气率虽然已经设置（电子检查单和纸质检查单在立即执行的动作上是完全相同的），但烟源并不一定已经被隔离并消除，机组在设置了5分钟客舱换气率以后还面临火灾等其他威胁，因此必须立即开始查找、隔离烟雾源。剩余的三个部分是并列关系，机组应根据所怀疑的烟雾来源，执行程序三个部分的其中一个：(1)怀疑空调系统冒烟(2)怀疑客舱设备冒烟(3)怀疑电子设备冒烟在怀疑空调系统冒烟这部分的程序中，我们会注意到，程序要求把抽风扇和排风扇恢复正常形态，然后开始隔离组件一或组件二，这基于两方面的考虑：第一，单组件工作的情况下可能无法满足增压的要求（旅客氧气面罩掉下释放氧气，可能会使烟源恶化成机上火灾）；第二，客舱换气率要求的是新鲜无污染的空气被置换到客舱，如果空调系统已经被污染，那么即使客舱换气率能够达到所要求的5分钟标准也变得毫无意义了。在空调系统冒烟的情况下，机组所面临的最大威胁是火灾和旅客窒息或中毒死亡，这与客舱设备冒烟和电子设备冒烟的情况下机组所面临的威胁是不同的。在怀疑客舱设备冒烟这部分程序中，抽风扇和排风扇始终处于超控位，这也就保证了旅客因为窒息或中毒死亡的可能性被降到最低，机组面临的主要威胁是火灾和客舱混乱（明火有可能在客舱中形成）。在怀疑电子设备冒烟这部分程序中，通风系统的形态和客舱设备冒烟程序是完全相同的，即使在设置了紧急电气形态以后也是如此，在这种情况下机组所面临的主要威胁是火灾和设备损坏以后造成飞机的操纵失去控制。如果我们比对一下旧版手册的程序，就会发现，在这一部分程序已经被大大简化，这基于机组在实践中所面临的两个现实问题：1、在模拟机训练中，大部分机组完成烟雾/电子设备冒烟程序需要25分钟时间（太长，可能在烟雾已经失控的情况下机组还没有隔离烟源，只能使用排烟程序，而这是有风险的）；2、很多机组质疑为什么在压力最大、环境最混乱的情况下使用的程序被设计的如此复杂。三、冒烟程序在模拟机教学中的基本思路和方法：训练的最终目的是为安全服务，模拟机教员在针对冒烟程序进行训练时，至少需要达到以下目标：使学员了解处置冒烟的基本原则。这建立在对冒烟程序的设计原理的充分理解的基础上。使学员明白与客舱沟通重要性。对抗机上冒烟带来的威胁，仅靠两名飞行员是不够的，需要机组最大程度的利用所有机上资源。使学员掌握确定烟雾源的基本逻辑思路以及训练方法。这建立在对飞机空调通风系统以及飞机构造的充分了解的基础上。(一)处置原则：a通常动作：只要发现明显的烟雾，应立即执行公司批准的“烟雾/异味/电子设备冒烟”程序，通知空管，开始规划下降和紧急降落，通知乘务员做好撤离准备，如有可能协助乘务员确定烟源并消除烟源。b.尽快落地：隐藏火源或烟雾源，如果发现不及时或无法被定位并隔离，极有可能导致机毁人亡的灾难性后果。大量事故证明：机上火灾只需要8-10分钟的时间就可以蔓延到无法控制的地步。研究表明：如果机组对机上火灾没有任何实质性的干预，那么留给机组的时间可能只有15-20分钟。所有研究和经验表明,机组一旦发现冒烟应立即考虑改航，如果烟雾源无法立即被探明、接近并熄灭，要毫不迟疑的立即改航。只要有一分钟的犹豫没有改航并下降，最后结果就有可能是安全落地和机毁人亡的区别，下表提供了部分机上冒烟导致事故的案例中机组从发现冒烟到失控的时间统计：表4：部分机上冒烟事故失控时间统计日期地点机型失控时间07-26-1969BISKRA,ALGERIACARAVELLE262607-11-1973PARIS,FRANCEB-707711-03-1973BOSTON,USAB-7073511-26-1979JEDDAH,SAUDIAARABIAB-7071706-02-1983CINCINATTI,USADC-91911-28-1987MAURITIUS,INDIANOCEANB-7471909-02-1998NOVASCOTIA,CANADAMD-111608-08-2000GreensboroNC,U