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提升飞行消防安全,从火灾模拟器开始

NIST的研究人员使用火灾动力学模拟器(FDS)模拟了客机上方舱室的烟雾温度。FDS输出的3D渲染图展示了温度高低。

最危险的火灾往往发生在意料不到的地方。这个观点不仅适用于建筑物,还适用于商业客机。虽然大多数飞机都安装有早期火灾探测系统,但在遍布弯管、电线和结构元件的头顶机舱内发生的火灾,很可能会逃脱系统监控。美国联邦航空局火灾研究专家(FAA)Haiqing Guo说:“顶舱火灾的发生几率更低,但也更难发现。当机组人员发现顶舱火灾时,通常已经太迟了。”

在行李架上方安装火警探测器,对消防工程师来说非常具有挑战性。因为他们现在还不清楚如何预测烟雾在不规则形状杂物中的传播情况。techxplore.com网站当地时间3月24日报道,美国国家标准与技术研究所(NIST)开发的新版火灾模拟模型,有望提供这方面的紧急指导。在一项新研究中,NIST和FAA的研究人员用火灾动力学模拟器(FDS),对一架着陆起火的飞机进行了模拟测试,发现该软件能够精确复制测量到的温度,并准确识别顶舱中的热点。

FDS能够模拟火灾产生的热量和烟雾的流动情况。自2000年问世以来,该软件已被广泛用于设计建筑物的消防系统,以及对真实火灾的法医学重建。借助FDS,工程师可以避免进行昂贵的全面测试。此前,FDS已经能够可靠地模拟平面和块状物体环境中的火灾行为。对于大多数矩形房间场景,这个功能已经足够好了。然而,曲面或者不平坦的顶舱环境,有时会让FDS陷入困境。为了应对这一挑战,工程师们对FDS进行了迭代升级。最近一次更新后,FDS已经能够用于三角形光滑表面场景。在了解到FDS及其新功能后,Guo认为他找到了一种破解顶舱火灾难题的有力工具。

NIST和FAA联合团队以激光雷达信息为蓝图,数十万个三角形为数字积木,为FDS构建了一个数字版本的顶舱空间。对比从真实客机中收集到的数据,研究人员发现,温度的最初跃升几乎在同一时间发生在数据集之间。靠近天花板的模拟温度值与实测值平均相差5摄氏度左右。NIST化学工程师Randall McDermott说:“模型与实验之间出现这种程度的不一致,在全面测试中非常常见。因此,模型结果是合理的。最终,我们的目标是将其控制在实验的不确定性范围内。我们还需要做更多的工作来追踪误差来源。”

新版本FDS成功捕捉到了真实顶舱火灾的部分特征。随着进一步的发展,它有望成为消防工程师未来设计飞机系统的可靠工具。研究团队沿着类似思路,在不同形状的顶舱中测试了FDS性能,并检视了其对烟雾浓度等火灾指标的探测效果。研究人员表示,FDS不仅可以用于探测火灾,还可以用于扑灭火灾。通过模拟消防系统,工程师能够收集有关延缓火灾蔓延或彻底扑灭火灾的宝贵细节。此外,FDS还能够演示新一代灭火剂在不规则空间中的流动,以及与烟雾的混合情况。这类虚拟测试研究,将有助于研究人员设计性能更出色的灭火物质/系统,并为优化实施提供参考。

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编译:雷鑫宇

审稿:西莫

责编:陈之涵

原文链接:

https://techxplore.com/news/2021-03-fire-simulating-tool-in-flight-safety.html

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