The mathematical modelling and computer simulation of fire development in aircraft
1991; Elsevier BV; Volume: 34; Issue: 1 Linguagem: Inglês
10.1016/0017-9310(91)90185-h
ISSN1879-2189
Autores Tópico(s)Computational Fluid Dynamics and Aerodynamics
ResumoThe paper presents a steady-state or transient, three-dimensional mathematical field model describing aircraft cabin fires. The fire is modelled by a simple heat source, and the simulation is intended to represent non-spreading fires. The computer code implementing the model uses a body-fitted coordinate (BFC) formulation to describe accurately the interior of the aircraft, that is neither Cartesian nor polar- cylindrical. The model is first used to predict the experimental results obtained from a series of fire tests performed in a Boeing-737 fuselage (without fittings). Both steady-state and transient results are presented and discussed. Then the effect of openings in the fuselage and cabin compartmentation on the temperature distribution within the empty aircraft cabin is investigated. With the forward and aft bulkhead doors open, allowing for natural convection, the temperatures are kept to tolerable levels. When the forward door is closed while the aft is kept open, temperatures increase throughout the cabin even in the aft section. With both forward and aft doors open, the cabin is partitioned into two communicating sections, the forward section containing the fire. When compared to the non-compartmented case temperatures in the aft section decrease while temperatures in the forward section increase. With the cabin fitted with seats, ceiling panels and overhead stowage bins the effect of the aircraft's air-conditioning system on the temperature distribution within the burning fuselage is examined. The results suggest that a reverse flow situation (i.e. cold air injected through floor vents and hot air sucked out at ceiling vents) greatly reduces the temperature throughout the fuselage. It is concluded that, although insufficiently validated as yet due to the lack of extensive and suitable experimental data, the model is promising. On présente un modèle mathématique tridimensionnel variable ou permanent qui décrit des feux dans une cabine d'avion. Le feu est modélisé par une simple source de chaleur et la simulation peu représenter des feux qui ne s'étendent pas. Le code de calcul utilise une formulation de coordonnées adaptée (BFC) pour décrire avec précision l'intérieur de l'avion qui n'est ni cartésien ni cylindro-polaire. Le modèle est tout d'abord utilisé pour prédire des résultats expérimentaux d'une série d'essais effectués sur un fuselage de Boeing 737. On présente les résultats en régimes variable et permanent et on les discute. On étudie l'effet des ouvertures du fuselage et des cloisons entre cabines sur la distribution de température dans l'espace vide. On examine le cas où la cabine est équipée de ses sièges, des panneaux supérieurs et on considère l'effet du système de conditionnement sur la distribution de température dans le fuselage en feu. On conclut que bien que la validation ne soit pas suffisante, à cause du manque de données expérimentales, le modèle est prometteur. Das stationäre oder instationäre, dreidimensionale mathematische Modell von Kabinenbränden in Flugzeugen wird vorgestellt. Das Feuer wird als einfache Wärmequelle simuliert, wobei angenommen wird, daß sich das Feuer nicht ausbreitet. Das Rechenprogramm verwendet angepaβte Körperkoordinaten, um das Innere des Flugzeugs genau zu beschreiben, das weder rechteckig noch zylindrisch ist. Das Modell wird zuerst dazu verwendet die experimentellen Ergebnisse von Brandversuchen im Rumpf einer Boeing 737 nachzurechnen. Sowohl die Ergebnisse für den stationären als auch für den instationären Fall werden dargestellt und diskutiert. Danach wird der Einfluβ von Öffnungen im Rumpf und von Trennwänden in der Kabine auf die Temperaturverteilung in dem leeren Flugzeug untersucht. Wenn die vordere und die hintere Tür geöffnet sind, so daβ ein natürlicher Durchzug entsteht, bleiben die Temperaturen in einem erträglichen Rahmen. Bei geschlossener vorderer und offener hinterer Tür nehmen die Temperaturen in der ganzen Kabine zu, sogar im hinteren Bereich. Bei geöffneter vorderer und hinterer Tür wird die Kabine in zwei Abteile unterteilt, das vordere enthält das Feuer. Im Vergleich zum Fall ohne Trennwand liegt die Temperatur im vorderen Teil höher und im hinteren Teil niedriger. Zum Schluβ wird der Einfluβ der Klimaanlage des Flugzeugs bei voll ausgestatteter Kabine auf die Temperaturverteilung in dem brennenden Rumpf untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daβ sich eine Umkehrströmung einstellt (d.h. Kaltluft wird unten eingeblasen und Heiβ luft an der Decke abgezogen), welche die Temperaturen im Rumpf erheblich reduziert. Obwohl das Modell bisher noch nicht genügend validiert ist, da nicht genügend geeignete Versuchsergebnisse vorliegen, sind die Ergebnisse vielversprechend. B paбoтe пpeдcтaвлeнa cтaциoнapнaя и нecтaциoнapнaя мaтeмaтичecкaя мoдeль, oпи-cывaющaя пoжapы в кaбинe caмoлeтa. Плaмя мoдeлиpyeтcя пpocтым иcтoчникoм тeплa, пpичeм цeлью являeтcя oпиcaниe нepacпpocтpaняющичcя пoжapoв. Кoмпьютepнaя пpoгpaммa, peaлизyю-щaя этy мoдeль, иcпoльзyeт для тoчнoгo oпиcaния внyтpeннeй oблacти caмoлeтa cиcтeмy кoopдинaт, cвязaннyю c фopмoй этoй oблacти и oтличaющyюcя oт дeкapтoвoй и пoляpнo-цилиндpичecкoй (body-fitted coordinate—BFC). Cнaчaлa мoдeль иcпoльзyeтcя для пpeдcкaзaния экcпepимeнтaльныч peзyльтaтoв, пoлyчeнныч пpи пpoвeдeнии cepии oпытoв c нoжapaми в фюзeляжe Бoингa-737 (бeз oбopyдoвaния). Пpивoдятcя и oбcyждaютcя кaк cтaциoнapныe, тaк и нecтaциoнapныe peзyльтaты. зaтeм иccлeдyeтcя влияниe oтвepcтий в фюзeляжe и paздeлeния кaбины нa oтceки нa pacпpeдeлeниe тeмпepaтyp внyтpи пycтoй кaбины caмoлeтa. Пpи oткpытыч двepяч нocoвoй и кopмoвoй пepeбopoк блaгoдapя ecтecтвeннoй кoнвeкции тeмпepaтypы coч-paняютcя нa дoпycтимoм ypoвнe. B cлyчae зaкpытoй пepeднeй и oткpытoй зaднeй двepи тeмпepa-тypa вoзpacтaeт пo вceй кaбинe, дaжe в ee кopмoвoй чacти. Пpи oткpытыч двepяч пepeднeй и зaднeй пepeбopoк кaбинa paздeлялacь нa двa cooбщaющичcя oтceкa, пpичeм в пepeднeм нaчoди-лocь плaмя. Пo cpaвнeнию co cлyчaeм, кoгдa кaбинa нe ceкциoниpoвaнa, тeмпepaтypa в кopмoвoм oтceкe cнижaeтcя, a в нocoвoм вoзpacтaeт. Иccлeдyeтcя влияниe cиcтeмы кoндициoниpoвaния вoздyчa в caмoлeтe нa pacпepeдeлeниe тeмпepaтyp в гopящeм фюзeляжe в cлyчae, кoгдa кaбинa oбopyдoвaнa cидeньями, пoтoлoчными пaнeлями и вepчними бyнкepaми. Peзyльтaты пoзвoляют cдeлaть вывoд, чтo пpи нaличии oбpaтнoгo вoздyшнoгo пoтoкa (т.e., кoгдa чoлoдный вoзлyч ввo-дитcя чepeз вeнтиляциoнныe oтвepcтия в пoлy кaбины, a гopячий oтcacывaeтcя чepeз oтвepcтия в пoтoлкe) тeмпepaтypa вo вceм oбъeмe фюзeляжa знaчитeльнo cнижaeтcя. B зaключeниe oтмe-чaeтcя, чтo, нecмoтpя нa нeдocтaтoчнyю дocтoвepнocть, oбycлoвлeннyю нeчвaткoй cooтвeтcтвyю-щич экcпepимeнтaльныч дaнныч, paccмoтpeннaя мoдeль являeтcя мнoгooбeщaющeй.
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