1 背景

     机场消防救援装备建设是提高机场消防救援能力的重要环节，新型消防救援装备的应用对建立民航机场消防安全保障体系有着重大的意义。

     2008 年 6 月 28 日在旧金山国际机场，由于补充氧气系统存在缺陷， 1611 航班一架 ABX 航空公司的波音 767-200 的多功能室在发动机启动前发生地面火灾，飞机严重损坏。消防人员很快找到了起火点，但由于舱门操作机构及其轨道受热熔化，导致无法打开舱门。随后消防人员通过刺臂技术对机舱窗户进行穿刺，并对机身内部释放灭火剂。大约 25 分钟后火灾得到控制，并在大约 43分钟后完全扑灭。美国国家运输安全委员会认，在火灾破坏舱门阻止人员进入时，刺臂技术可以有效的扑灭机身内部火灾[1]。

     随着民航运输业飞机大型化的趋势，飞机所用材料也发生着变化，大飞机复合材料使用比例加大，如玻璃纤维、增强铝材料等质量轻、强度高、抗疲劳性好。但这些材料在保持飞机机身强度、减轻机体重量的同时，其耐火性能、破拆机理等差异化特性，也增加了突发情况下救援及灭火的难度[2]。在飞机发生火灾时，救援机上乘客和延长乘客在机舱内部的存活时间至关重要，许多国家开展了地面消防救援装备的研发，尤其是新一代机场救援消防技术装备，这些新技术设备不但要满足飞机救援与消防车辆标准（NFPA414） [3]，也要具备使灭火剂到达机舱内的能力。

2 机场消防车刺臂技术的提出

     机场消防救援新设备不但可以在飞机发生火灾时救援机上乘客，延长乘客在机舱内的存活时间，还可以帮助改善飞机坠毁后的消防工作。在机场消防车上安装带有刺臂的延程曲臂（HRET）等新型设备可以更快地扑灭火灾，更准确地将灭火剂应用于机舱内火灾，并及时挽救乘客的生命。2001 年美国联邦航空局（FAA）在针对改善民用机场救援与消防能力的《救援与消防研究计划》中提出了大型航空器消防车辆、机场消防车刺臂技术等方面的研究。最近的几起涉及外部燃料火灾飞机事故的分析表明[4]，虽然外部火灾被有效扑灭，但飞机机身内二次火灾难以用现有的设备和程序所控制。 FAA 休斯研究中心的机场技术研发部门在一架波音 707 飞机上做了实验，验证了通过刺臂技术喷射细水雾的灭火效果，实验显示在 2 分钟内用约 1 893 L 的水就控制住火势[5]。

3 刺臂技术性能测试

3.1 与传统消防车的对比实验

     为了比较带有刺臂功能的机场消防车与传统机场消防车的灭火能力， FAA休斯研究中心委托空军研究实验室（AFRL）火灾研究小组在佛罗里达州Tyndall空军基地进行实验[6]。测试所用飞机模型如图1（a）所示，飞机模型内部有座椅、木托盘、破布、地毯、塑料和电线等可燃物，飞机

尺寸和内部布置如图1（b）所示。

     图2（a）所示的是由航空器救援和消防中心设计带有刺臂的延程曲臂消防车，可以装载三种灭火剂。该消防车的主要灭火剂为水和水成膜泡沫浓缩液（AFFF），次要灭火剂为HalotronⅠ 清洁灭火剂和碳酸氢钾（PKP）化学干粉灭火剂，采用延程曲臂搭配刺臂喷头进行测试。图2（b）所示的是用于与刺臂消防车进行对比测试的P-19消防车[7]，为了对照， P-19消防车采用与高性能测试消防车相同灭火剂喷射强度和马力。

3.1.1 不同工作模式对灭火的影响测试

     首先对刺臂消防车的三种工作模式：向前下方、完全展开、完全升高（图3）进行了对比测试。性能测试主要在上述试验30.5 m直径燃烧区域内进行，测试消防车布置在飞机机头部位，燃烧所用燃料为378.5 L的JP-8飞机燃料。结合场地有风状况，当90%的燃烧区域熄灭时计时停止，测试结果如表1所示。测试表明向前下方模式比其他模式灭火时间快了58%，风对灭火剂的喷射和灭火性能没有显著的影响。

     刺臂消防车在其最佳灭火模式即向前下方模式下与P-19消防车车顶泡沫炮进行灭火对比测试。两辆车都在飞机机头位置进行灭火，由于刺臂消防车可以通过曲臂延程对飞机左右两侧的燃烧面积实施灭火，而P-19消防车只能通过重新定位车辆位置来对机身两侧的区域实施灭火，这就导致刺臂消防车的灭火时间比P-19消防车的灭火时间缩短了53%，测试结果如表2所示。表 1 刺臂消防车三种工作模式灭火时间测试3.1.2 刺臂消防车对飞机上单翼火灾的灭火测试采用C-130上单翼飞机模型的火灾测试[6]，如图4所示，飞机模型为上单翼飞机，发动机均与机翼连接，发生火灾时容易形成流淌的油料火灾。测试时，刺臂消防车和P-19消防车分别位于机身正面使用AFFF和AFFF的组合灭火剂来扑灭机翼下方的流淌火，进行三次重复测试，结果如表3所示。在90%熄灭测试中，刺臂消防车单独使用AFFF比同条件的P-19消防车灭火率提高了25%，刺臂消防车和P-19消防车使用AFFF组合灭火剂比单独使用AFFF灭火剂灭火率提高了46%。

3.1.3 刺臂消防车对发动机舱灭火测试

     对飞机模型尾部的发动机舱进行灭火测试[6]，如图5所示。油料从发动机舱以27.8升/分的速度流出，有30 s的预燃，燃烧面积包括发动机舱下的油池火和发动机舱内的流淌火。测试时，刺臂消防车和P-19消防车使用AFFF、 AFFF的组合灭火剂和手持干粉灭火剂来分别扑灭飞机发动机舱的火灾，进行三次重复测试。表4显示了刺臂消防车和P-19消防车对发动机舱灭火测试的平均结果。同样使用组合灭火剂的刺臂消防车比P-19消防车灭火率提高了32%，与P-19消防车在使用车顶和手持干粉灭火剂相比，使用组合灭火剂的刺臂消防车灭火时间缩短了45%。与单独使用AFFF相比，使用AFFF组合灭火剂可以使灭火时间缩短63%[7]。

3.1.4 刺臂消防车穿刺位置对机舱内部火灾的灭火影响测试

     针对飞机机舱内部火灾的灭火性能，研究了刺臂喷头布置方式对灭火的影响，三种布置方式如图6（a）所示。测试使用的两种喷头分别为可伸展的刺臂喷头和标准刺臂喷头。可伸展的刺臂喷头可以从垂直轴线的多个孔喷出细水雾，标准刺臂喷头除可以从垂直轴线的多个孔喷出细水雾外，还可以沿轴线放线呈锥形喷出细水雾。标准刺臂喷头可以通过对机身的顶部和侧部进行穿刺来对机舱内部进行灭火。标准刺臂喷头通过对机身的顶部和侧部穿刺成功熄灭了机身内部的火焰，图6（b）显示了标准刺臂喷头对机身顶部进行穿刺，在120 s内使用1 885 L水将火扑灭，标准刺臂喷头对机身侧面进行穿刺，在90 s内用1 400 L水将火扑灭，测试结果如表5所示。

3.1.5 刺臂消防车对机舱内部火灾影响测试

     在San Antonio机场的训练飞机上评估了使用具有刺臂功能的HRET的机场消防车是否可以控制和扑灭飞机内部火灾并降低飞机内温度的测试[6]。测试使用波音707-321B型大型商用飞机进行，在测试前机翼已被拆除，为了模拟机翼的位置，在机翼区域设置了屏障，以保证测试的真实性，其中飞机内部火灾的热效应通过布置在机舱内的五组热电偶测量。在飞机坠毁事故中大部分火灾都是由于飞机燃料引起的，测试开始时，在飞机尾部点燃航空煤油油盘，来模拟飞机流出的油池火。在飞机左后舱门处，对内饰进行点燃，以模拟飞机内部产生火情。燃烧开始后，在机身尾部烧毁出一个1.4㎡的洞，如图7（a）所示。燃烧继续到大约280 s时，灭火测试正式开始。刺臂消防车布置和定位刺臂喷头共耗时37 s。穿透点位于从左后方出入口的第十四个窗口之上，如图7（ b）所示。穿透时，热电偶显示飞机尾部舱内温度已升高到982 ℃ 以上。刺臂喷头释放细水雾，水雾迅速降低了舱内的温度，并在1分钟内使舱内火灾得控制。测试结果显示在全面火场测试中，带有刺臂喷头能够控制火焰蔓延到尾部，将高温的机舱温度从815 ℃ 降低到约121 ℃ [6]，并提供了快速的排烟及通风，使机舱内条件允许消防人员进入，更好地保护消防人员。

4 我国民航领域机场消防装备研发进展

     我国一直高度重视公共安全科技创新工作，“十一五”以来科研投入力度不断加大，公共安全领域科学研究和技术装备研发得到快速发展，初步建立了公共安全创新体系。科技部“十三五”重研发计划《公共安全风险防控与应急技术装备研发》指南“机场消防安全关键技术与装备研发”方向明确提出开展研究新一代全电驱动机场消防救援装备，也在大力推动机场刺臂消防车研发，并将在全球海拔最高的航空安全实验室（海拔4290 m）基于全尺寸飞机货舱变压耐温实验舱[8]开展飞机货舱灭火测试。

     我国目前对机场消防车技术指标基本参照于美国NFPA414 标准以及MH7002-2006《民用航空运输机场消防站消防装备配备》相关标准[9,10]。随着国内机场的进一步建设，商用底盘载重量有限，一般只能加装泡沫灭火系统，根据民航要求还需要照明等其他功能，这就无形中给机场增加了成本。专用底盘的消防车的出现，可根据机场的不同需求提供不同的配置，专用底盘消防车将越来越受欢迎。国内目前对全电动机场专用消防救援车底盘、上装、动力装置还没有成熟的技术标准，电动专用底盘消防车的研究将会成为专用机场消防车的重点研究领域之一。

5 结束语

     根据我国民用航空发展第十三个五年计划，至 2020 年，完善华北、东北、华东、中南、西南六大机场群，新增布局一批运输机场，建成机场超过 50 个，运输机场总数达到 260 个左右。航空业在民用运输上的大力发展，使我们必须面对火灾对乘客及飞机带来的危害，机场救援消防车等装备对航空应急救援有着重要的意义。机场消防车安装带有刺臂功能的延程曲臂等新型设备可以更快地扑灭火灾，更准确地将灭火剂应用于火灾，挽救机上乘客的生命。在航空器发生火灾时，机场消防车的刺臂技术意义重大。

参考文献

[1] Svanberg K. Aircraft Accident Summary Report:Ground Fire Aboard Cargo Airplane, ABX Air Flight1611, Boeing 767-200, N799AX, San Francisco, California, June 28, 2008[J]. Jare Data Reports MarineBiology, 2009, 31(4):863

[2] 李明骏，伍毅. 美国大型航空器消防应急救援技术发展趋势研究[J]. 冶金丛刊， 2017(01):240

[3] NFPA 414:Standard for Aircraft Rescue and FireFighting Vehicles [S].USA,2012

[4] Bagot K. Hawk J R. Test and Evaluation of NextGeneration 65-foot, High-Reach Extendable Turret(HRET)[J]. Carcinogenesis, 2011(05):925-8

[5] Wright J. Rescue and Firefighting Research Program [R]. Atlantic City: William J. Hughes TechnicalCenter, 2001

[6] Keith B and Nicholas S. High-Reach ExtendableTurrets with Skin-Penetrating Nozzle Springfield [R].Federal Aviation Administration,2005

[7] Menchini C P, Dierdorf D, Kalberer J L, et al.The Development and Design of a Prototype UltraHigh Pressure P-19 Firefighting Vehicle [J]. Air ForceResearch Laboratory,2007

[8] 刘全义，贺元骅，杨锐等. 一种飞机货舱全尺寸 多 功 能 变 压 实 验 测 试 系 统 ：CN201621146199.X[P].2017-05-17

[9] MH/T7002-2006:民用航空运输机场消防站装备配备[S]. 中国， 2011

[10] 颜坤. 浅谈我国机场消防车技术现状的分析与发展[J]. 军民两用技术与产品， 2017(06):59

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