刘天奇等：飞机隔热隔音超细玻璃纤维棉燃烧火焰蔓延特性 1651· 2500 棉的厚度越大，一方面隔音效果更好，另一方面在 A点 受到同样火焰温度作为点火源的条件下，在燃烧 2000 局部空间里，有更多的热量沿着玻璃纤维棉内部 1500 B点 厚度的方向进行传播和蔓延，一定程度上是对热 量的耗散，因此就降低了火焰热量沿Y轴正向的 1000 传播速度和蔓延距离，所以1值会随之变小.这一 C点 500 结果对探讨飞机上隔热隔音材料的使用厚度具有 8 重要意义 12 16 20 to/s 4结论 国7温度变化曲线 Fig.7 Curves of temperature change (1)增大点火时间1对火焰沿Y轴正向蔓延最远 距离1具有明显促进作用.1从15增至85s过程中， 3.2不同超细玻璃纤维棉厚度下火焰蔓延特性分析 火焰蔓延速率先减小、后增大、再减小，第一次减 在上文基础上，进一步探究玻璃纤维棉厚度 小是因为玻璃纤维棉内部氧气被快速消耗，随后 对火焰沿y轴正向蔓延最远距离的影响作用.由上 增大是因为外部氧气通过试样切口得到补充，第 文可知，辐射板温度为700℃、样品厚度24mm、 二次减小是由于局部氧气被第二次大量消耗 点火时间15s时，火焰沿Y轴正向蔓延最远距离 (2)增大辐射板温度T对火焰沿Y轴正向蔓延 为280mm.在此基础上，再依次制取样品厚度 最远距离1具有显著促进作用.随T在700~820℃ 12、18、30、36、42和48mm的玻璃纤维棉进行测 内不断增大，1增长速率在不断减小，这主要是由 试，得到火焰沿Y轴正向蔓延最远距离1与玻璃纤 于辐射板传递热量的本质是热辐射，热辐射仅是 维棉厚度d的关系如图8.分析可知：根据1与d在 由于辐射热板具有温度而辐射电磁波，因此T的 二维平面上构成的7个散点，拟合得到两者之间 增加对1增大作用呈现递减趋势 的一元二次曲线为=-0.0843f+2.0535d4279.2857, (3)增大玻璃纤维棉厚度可有效阻止火焰蔓 判定系数R2达到0.988，说明拟合效果良好.该拟 延与扩散.从燃烧机理角度分析认为，玻璃纤维棉 合曲线仅是为了从二维平面角度定量分析两者关 厚度越大，在燃烧局部空间里有更多热量沿玻璃 系，并不代表等号两端量纲一致，因此在根据d值 纤维棉内部厚度方向进行传播和蔓延，因此降低 计算1值时，不考虑量纲问题，仅在最终分析结果 了火焰热量沿Y轴正向的传播速度和蔓延距离. 时考虑量纲 300 1=0.0843f+2.0535dh279.2857(R2-0.988) 参考文献 280 [1]Zhang H P.Introduction to Aircraft Fire Protection Technology. 260 Beijing:Science Press,2017 20 (张和平.飞机防火技术概论.北京：科学出版社，2017) [2]Wu HH.Ren C Q,Wang J,et al.Research status and development 220 trend of structural thermal insulation materials.New Chem Mater, 200 2020.48(1):6 180 (吴海华，任超群，王俊，等.结构型隔热材料研究现状及发展趋 101520253035404550 势.化工新型材料，2020,48(1)：6) d/mm [3]Wu D F.Lin L J.Wu W J,et al.Thermal/vibration test of 图8I随d变化关系 lightweight insulation material for hypersonic vehicle under Fig.8 Relationship between /and d extreme-high-temperature environment up to 1500 C.Acta Aeron 由图8进一步分析可知：当d为12mm时， Astron Sin,2020,41(7):223612-1 I为295mm,随d在12~48mm范围内不断增大， (吴大方，林鹭劲，吴文军，等.1500℃极端高温环境下高超声速 飞行器轻质隔热材料热/振联合试验.航空学报，2020,41(7) 1值不断减小至180mm,说明玻璃纤维棉厚度越 223612-1) 大，在同等条件下，火焰沿Y轴正向蔓延最远距离 [4]Li YY,Sun Y M,Qiu J L,et al.Moisture absorption 就越小，说明增大玻璃纤维棉厚度可有效阻止火 characteristics and thermal insulation performance of thermal 焰的蔓延与扩散.从燃烧机理角度分析：玻璃纤维 insulation materials for cold region tunnels.Constr Build Mater,3.2    不同超细玻璃纤维棉厚度下火焰蔓延特性分析 在上文基础上，进一步探究玻璃纤维棉厚度 对火焰沿 Y 轴正向蔓延最远距离的影响作用. 由上 文可知，辐射板温度为 700 ℃、样品厚度 24 mm、 点火时间 15 s 时，火焰沿 Y 轴正向蔓延最远距离 为 280 mm. 在此基础上 ，再依次制取样品厚度 12、18、30、36、42 和 48 mm 的玻璃纤维棉进行测 试，得到火焰沿 Y 轴正向蔓延最远距离 l 与玻璃纤 维棉厚度 d 的关系如图 8. 分析可知：根据 l 与 d 在 二维平面上构成的 7 个散点，拟合得到两者之间 的一元二次曲线为 l=−0.0843d 2+2.0535d+279.2857， 判定系数 R 2 达到 0.988，说明拟合效果良好. 该拟 合曲线仅是为了从二维平面角度定量分析两者关 系，并不代表等号两端量纲一致，因此在根据 d 值 计算 l 值时，不考虑量纲问题，仅在最终分析结果 时考虑量纲. 由 图 8 进一步分析可知 ： 当 d 为 12 mm 时 ， l 为 295 mm，随 d 在 12～48 mm 范围内不断增大， l 值不断减小至 180 mm，说明玻璃纤维棉厚度越 大，在同等条件下，火焰沿 Y 轴正向蔓延最远距离 就越小，说明增大玻璃纤维棉厚度可有效阻止火 焰的蔓延与扩散. 从燃烧机理角度分析：玻璃纤维 棉的厚度越大，一方面隔音效果更好，另一方面在 受到同样火焰温度作为点火源的条件下，在燃烧 局部空间里，有更多的热量沿着玻璃纤维棉内部 厚度的方向进行传播和蔓延，一定程度上是对热 量的耗散，因此就降低了火焰热量沿 Y 轴正向的 传播速度和蔓延距离，所以 l 值会随之变小. 这一 结果对探讨飞机上隔热隔音材料的使用厚度具有 重要意义. 4    结论 （1）增大点火时间 t 对火焰沿 Y 轴正向蔓延最远 距离 l 具有明显促进作用. t 从 15 增至 85 s 过程中， 火焰蔓延速率先减小、后增大、再减小，第一次减 小是因为玻璃纤维棉内部氧气被快速消耗，随后 增大是因为外部氧气通过试样切口得到补充，第 二次减小是由于局部氧气被第二次大量消耗. （2）增大辐射板温度 T 对火焰沿 Y 轴正向蔓延 最远距离 l 具有显著促进作用. 随 T 在 700～820 ℃ 内不断增大，l 增长速率在不断减小，这主要是由 于辐射板传递热量的本质是热辐射，热辐射仅是 由于辐射热板具有温度而辐射电磁波，因此 T 的 增加对 l 增大作用呈现递减趋势. （3）增大玻璃纤维棉厚度可有效阻止火焰蔓 延与扩散. 从燃烧机理角度分析认为，玻璃纤维棉 厚度越大，在燃烧局部空间里有更多热量沿玻璃 纤维棉内部厚度方向进行传播和蔓延，因此降低 了火焰热量沿 Y 轴正向的传播速度和蔓延距离. 参    考    文    献 Zhang  H  P. Introduction to Aircraft Fire Protection Technology. Beijing: Science Press, 2017 （张和平. 飞机防火技术概论. 北京: 科学出版社, 2017） [1] Wu H H, Ren C Q, Wang J, et al. Research status and development trend of structural thermal insulation materials. New Chem Mater, 2020, 48（1）: 6 （吴海华, 任超群, 王俊, 等. 结构型隔热材料研究现状及发展趋 势. 化工新型材料, 2020, 48（1）：6） [2] Wu  D  F,  Lin  L  J,  Wu  W  J,  et  al.  Thermal/vibration  test  of lightweight  insulation  material  for  hypersonic  vehicle  under extreme-high-temperature environment up to 1500 ℃. Acta Aeron Astron Sin, 2020, 41(7): 223612-1 （吴大方, 林鹭劲, 吴文军, 等. 1500 ℃极端高温环境下高超声速 飞行器轻质隔热材料热/振联合试验. 航空学报, 2020, 41(7): 223612-1） [3] Li  Y  Y,  Sun  Y  M,  Qiu  J  L,  et  al.  Moisture  absorption characteristics  and  thermal  insulation  performance  of  thermal insulation  materials  for  cold  region  tunnels. Constr Build Mater, [4] 0 4 8 12 16 20 0 500 1000 1500 2000 2500 A点 B点 C点 T0 /℃ t0 /s 图 7    温度变化曲线 Fig.7    Curves of temperature change 10 15 20 25 30 35 40 45 50 180 200 220 240 260 280 300 l/mm d/mm l=−0.0843d 2+2.0535d+279.2857 (R 2=0.988) 图 8    l 随 d 变化关系 Fig.8    Relationship between l and d 刘天奇等： 飞机隔热隔音超细玻璃纤维棉燃烧火焰蔓延特性 · 1651 ·