低壓條件下FEP導(dǎo)線熱解與著火實驗研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、由于航天器內(nèi)大量導(dǎo)線電纜的使用,使得導(dǎo)線短路過載時所引起的電氣火災(zāi),成為了航天器正常工作所必須考慮的重點問題。首先,電氣火災(zāi)的發(fā)生不僅會影響到航天器的正常運行,同時也會影響到航天員所處的生存環(huán)境。其次,航天器的內(nèi)部是一個微重力環(huán)境,自然對流減弱,這一條件下導(dǎo)線等材料的著火燃燒與常重力條件下有很大不同,不能簡單地與地面所得的著火結(jié)論進(jìn)行等同處理。最后,航天器在設(shè)計時,考慮到宇航員的生存,艙內(nèi)的氧氣濃度會高于21%,這一變化對于材料的燃燒也

2、會產(chǎn)生重要影響。隨著航天科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和相關(guān)應(yīng)用的不斷深入,“太空經(jīng)濟(jì)”時代已經(jīng)到來,在迎接這一時代的階段,載人航天器的防火安全問題就變得十分關(guān)鍵的,它對于航天員的安全、航天任務(wù)的完成以及我國的航天戰(zhàn)略的順利進(jìn)行都意義非凡,而其中火災(zāi)安全問題的關(guān)鍵之一就是導(dǎo)線的著火。在以往的實驗研究中,學(xué)者們主要選取PE、PVC等普通導(dǎo)線進(jìn)行研究,而很少對太空中廣泛使用的FEP、ETFE等高溫導(dǎo)線開展研究,因此也主要針對這一方面展開研究。
 

3、 實驗中所用到的低壓實驗平臺主要由四部分組成:(1) JRC-500低壓艙系統(tǒng),用于提供實驗所需低壓環(huán)境;(2)實驗控制系統(tǒng),包括壓力、氧氣濃度及電流控制裝置等;(3)圖像采集系統(tǒng),記錄整個實驗過程;(4)實驗導(dǎo)線搭載系統(tǒng)。文中所用的實驗材料是以NiCr為線芯、聚全氟乙丙烯(FEP)為絕緣層的導(dǎo)線,同時也進(jìn)行了NiCr線芯的聚乙烯(PE)絕緣層導(dǎo)線在部分工況下的實驗,用于對比分析。低壓艙內(nèi)的溫度(20℃),濕度(40%)等均保持不變,實

4、驗中設(shè)定9個環(huán)境壓力工況(20 kPa-100 kPa,10kPa間隔)和3個氧氣濃度(OC)工況(21%,30%,40%,體積濃度),共計27個工況,這些工況主要通過低壓艙系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實現(xiàn)。實驗中控制過載電流為13A不變。整個實驗過程都在暗室中進(jìn)行,以避免外界光源對著火圖像的影響。
  通過對實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果的分析,得出以下結(jié)果:FEP導(dǎo)線在電流過載時發(fā)生的熱解可分為兩部分,一是絕緣層外部熱解,該過程中產(chǎn)生的熱解氣體,其形狀

5、會隨著環(huán)境壓力而變化,且熱解氣體上升速率隨著環(huán)境壓力的增加而降低,與氧氣濃度的關(guān)系不大;二是絕緣層內(nèi)部熱解,該過程產(chǎn)生的熱解氣體會在導(dǎo)線內(nèi)部積聚,形成熱解氣泡,熱解氣泡的寬度隨著壓力的增加而增加,而高度則隨著壓力的增加而降低。熱解氣泡達(dá)到最大尺寸后會發(fā)生破裂并噴出熱解氣體,隨后發(fā)生著火現(xiàn)象。FEP導(dǎo)線噴射著火時,著火點在導(dǎo)線中間位置出現(xiàn)的概率最高,根據(jù)其著火特點,噴射著火可分為對稱式噴射著火和非對稱式噴射著火兩種情況:非對稱式噴射著火的

6、火焰形狀像“日珥”,一端先發(fā)生著火,然后引燃另一端的熱解氣體;對稱式噴射著火從著火瞬間到達(dá)到最大火焰的過程中,火焰形狀始終保持對稱。對于著火時間的研究,主要把著火時間tig分為氣泡形成時間tb和引導(dǎo)時間tin兩部分,氣泡生成時間tb定義為實驗回路通電瞬間到熱解氣泡達(dá)到最大尺寸時的時間間隔,引導(dǎo)時間tin定義為氣泡破裂瞬間到著火瞬間的時間間隔,通過對實驗結(jié)果分析,得出tb隨著環(huán)境壓力的增加而降低,其與氧氣濃度之間的關(guān)系不大;tig隨著環(huán)境

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