ICS 49.025.01 V 13
民用飞机机舱内部非金属材料
烟密度试验方法
Smoke density test method for cabin interior
nonmetallic material of civil aircraft
2014-05-19 发布 2014-10-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本标准按 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。
本标准代替 HB 6577-1992《民机机舱内部非金属材料烟密度试验方法》。
本标准与 HB 6577-1992 相比的主要技术变化如下：
a) 对各主要设备和器材的配图进行了修改;
b) 增加了烟密度试验箱校准标准;
c) 规范了烟密度试验过程。
本标准由中国航空综合技术研究所归口。
本标准起草单位：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院、中国航空工业集团公司北京航空材料研究院。
本标准主要起草人：吕峥烨、丁琨、韩松兴、纪艳玲。
本标准历次版本发布情况为：
——HB 6577-1992。
民用飞机机舱内部非金属材料烟密度试验方法
1 范围
本标准规定了民用飞机机舱内部非金属材料烟密度试验的试验设备和器材、试验设备的校准、检测和维护、试样、试验步骤及试验报告。
本标准适用于民用飞机机舱内部非金属材料烟密度试验。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则
《中国民用航空规章第 25 部〈运输类飞机适航标准〉》(CCAR-25-R4) 中国民用航空局 2011年 11 月 7 日中国民用航空局令第 209 号
3 术语和定义
CCAR-25-R4 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
透光率 transmittance
T
光通过量的百分数。
3.2
光密度 optical density
D
入射光与透射光比值的对数，即光线透过率倒数的对数，无量纲。
3.3
比光密度 specific optical density
Ds
单位面积材料燃烧时产生的烟量的无量纲测量值。
注：置试样于一定容积的试验箱内，在试样因高温分解或燃烧而产生烟雾的过程中，测定穿过烟雾的垂直平行光束的透光率，计算出在规定试样暴露面积，光程长度下的光密度。
3.4
烟密度 smoke density
tDm
规定时间(t)内的最大比光密度。
4 原理
根据布格尔(Bouguer)定律，透光率 T 用公式(1)表示：
T=T0e_σL………………………………………………(1)
式中：
T ——透光率;
T0 ——初始透光率为 100;
σ ——衰减系数;
L ——光程长度，单位为米(m)。
对于单一分散烟雾，σ 与烟雾粒子尺寸和数量呈正比，用公式(2)表示：
σ=Kπ r 2c…………………………………………………(2)
式中：
K ——比例常数;
r ——烟雾粒子半径，单位为微米(μm);
c ——烟雾粒子浓度(单位体积粒子数)。
光密度 D 用公式(3)表示：
D 和几何因素有关，故引入比光密度 Ds 概念，用公式(4)表示：
Ds lg
式中：
V ——密闭试验箱容积，单位为立方米(m3);
A ——试样暴露面积，单位为平方米(m2)。
在本试验方法中(V/AL)等于 132，通过测定“透光率一时间”变化来计算“比光密度-时间”变化。由于在本试验方法规定条件下，Ds 与烟箱体积、试样尺寸、光程长度无依赖关系， 仅依赖于试样厚度、试样的化学物理性质及暴露条件，故用此表示民用飞机机舱内部非金属材料的产烟特性。
5 试验设备和器材
5.1 试验箱
密闭试验箱由薄钢板制成，内腔尺寸为宽(914±3)mm、深(610±3)mm、高(914±3)mm，并涂黑色无光耐高温涂料。试验箱正面应有带观察窗的门。典型的试验箱如图 1 所示。
5.2 光电测量系统
光电测量系统由垂直光路系统和检测系统组成，最小能检测 1%光通量。光路系统位置示意图见图 2，光路系统的示意图见图 3。
5.3 辐射炉
辐射炉为功率约 600 W 且可调节的电炉，辐射炉结构示意图见图 4，辐射炉位置示意图见图 5。
5.4 热量计
用于校准辐射炉提供给试样表面的热流密度，可使用以下两种类型的热量计：
a) 铜盘热量计，其探头为热电偶，其结构示意图见图 6;
b) 气冷式或水冷式热流密度计，水冷式热流密度计结构示意图见图 7。
1—流量计;2—固定把手;3—试验箱;4—光路系统;5—观察窗;
6—试验箱门(尺寸可选);7—铰链;8—试验箱控制器(位置可选)
图 1 典型的烟密度试验箱示意图
单位为毫米(mm)
4
1—金属杆;2—光窗开孔;3—燃烧箱左侧壁;4—燃烧箱背面
图 2 光路系统位置示意图
1―光源调整变压器;2―光系统罩(下);3―曲光度为 7 的透镜(下);4―光系统平台(下);5―支杆(下);
6―光系统平台(上);7―光系统罩(上);8―曲光度为 7 的透镜(上);9―9 片一组的中性补偿滤光片;
10―孔板;11―半明的扩展滤光片;12―光电倍增管和插座;13―光电倍增管罩;14―带多孔 ND2 过滤片的上部盖片;
15―带单孔的下部盖片;16―光窗(上);17―箱顶板;18―支杆(上);19―平行光柱，直径 37.5 mm;
20―光窗(下);21―箱地板;22―光窗加热器;23―光源;24―可调电阻器
图 3 光路系统示意图
单位为毫米(mm)
1―热电偶;2―加热器线圈;3―加热器表面;4―炉面;5―试样面;6―试样盒
图 4 辐射炉结构示意图
单位为毫米(mm)
1―箱左壁;2―箱底;3―箱后壁;4―辐射炉;5―试样盒;6―箱右壁;7―箱前壁
图 5 辐射炉位置示意图
1―试样盒;2―不锈钢框架;3―铜盘;4―绝缘框架;5―固定杆;6―定位钢丝;7―热电偶丝;8―弹簧片
图 6 铜盘热量计结构示意图
1―紫铜外壳;2―传感器;3―冷却水管(2 根);4―传感器引出线
图 7 水冷式热流密度计结构示意图
5.5 箱体温度测量系统
箱体温度测量系统由安装在箱体后壁几何中心的适合测量 35℃的热电偶及配套的温度指示器和控制器组成。
5.6 燃烧器
5.6.1 标准燃烧器
标准燃烧器为有六根燃烧管的小火焰燃烧器，如图 8 所示。最外两根燃烧管的管口垂直于试样表面，
最内两根燃烧管的管口弯曲向下成 45˚角，中间两根燃烧管的管口弯曲垂直向下，对准试样盒的滴落物槽。
单位为毫米(mm)
1―试样盒;2―试样;3―燃烧器
图 8 标准燃烧器示意图
5.6.2 直管燃烧器
直管燃烧器为绝缘导线烟密度试验专用燃烧器。有六根燃烧管的小火焰燃烧器， 六根燃烧管的管口皆垂直于试样表面，如图 9 所示。
单位为毫米(mm)
1―试样盒;2―试样;3―燃烧管
图 9 直管燃烧器示意图
5.7 试样盒和支架
5.7.1 试样盒
试样盒由不锈钢框、绝缘板制成的背衬、固定试样位置的弹簧片、定位杆和包覆试样的铝箔组成。其形状和尺寸如图 10 所示。
单位为毫米(mm)
1―试样盒侧壁，厚(0.64±0.05)mm;2―用于固定档杆的孔，Ф3.3 mm;3―2 根等间距的不锈钢丝，Ф0.5 mm;
4―前表面开口;5―滴落物盘;6―顶部导向装置;7―底部导向装置
图 10 试样盒示意图
5.7.2 支架
支架结构如图 11 所示。
1
2
3
4
5
1―炉子定位环;2―可调节中心挡块;3―试样盒支撑杆;4―辐射炉;5―底座
图 11 支架结构示意图
5.8 绝缘导线夹具
绝缘导线夹具有两种规格，其结构和尺寸如图 12 所示。按以下方法选用夹具：
a) 绝缘导线外径小于等于 3.6 mm，使用夹具 A;
b) 绝缘导线外径大于 3.6 mm 并小于 6.35 mm，使用夹具 B;
c) 绝缘导线外径大于等于 6.35 mm，不使用夹具。
5.9 气体流量计
气体流量计分为空气流量计和丙烷流量计。压缩空气采用空气流量计，精度不低于 20 cm3/min;丙烷气体采用丙烷流量计，精度不低于 3 cm3/min。
5.10 压力计
压力计为高度约 152 mm 的水柱 U 型压力计，用以监测箱体的压力和泄漏。
5.11 排气罩
排气罩应满足每次试验后辅助快速排除试验箱内的烟气要求。
单位为毫米(mm)
4.8
R4.8
2.0
52.3
2-Ф4.8
a) 夹具 A
b) 夹具 B
图 12 绝缘导线夹具示意图
5.12 预处理箱
能使试样保持在(21±3)℃和 45%～55%的相对湿度环境里的恒温恒湿箱。
5.13 燃气
试验用燃气由丙烷气体和压缩空气组成。 压缩空气的压力为 (0.14 ± 0.03)MPa，流量为(500±20)cm3/min，并应过滤除油;丙烷气体的压力为(0.10±0.02)MPa，流量为(50±3)cm3/min，纯度应不小于 95%。
6 试验设备的校准、检测和维护
6.1 光电测量系统
应定期对光电测量系统进行线性校准。
6.2 辐射炉
应定期用校准过的热量计监测辐射炉的热辐射能，在试样中心平面测得热流密度的平均值应为(2.5±0.05)W/cm2，记录此时辐射炉功率控制器的设定值。
6.3 箱体泄漏
应定期进行烟密度箱泄漏速率测试，核实箱内压力在 2 min 内泄漏小于 51 mm 水柱。
6.4 总系统
应定期用标准试样检查总系统，其烟密度值应满足标准试样的规定值。
6.5 维护
应定期或必要时对试验箱光学系统窗口、观察窗、箱壁和试样盒进行清理。
7 试样
7.1 取样
7.1.1 片状试样
片状试样按以下方法选取：
a) 试样应取自实际部件或模拟部件，能代表所测的材料和部件。
b) 对曲面、模塑或特殊零件， 应按实际制造工艺制取同样厚度和成分的平面试样进行试验。试样的基材和芯子应和实际部件一致。
c) 若材料或部件不同的两个表面在实际使用中都暴露在火焰中，则两个表面都应进行试验。
d) 当样品具有明显的方向性时，应按每个方向取样，所有试验结果都应报告。
7.1.2 绝缘导线试样
绝缘导线试样直接从绝缘导线上选取。
7.2 试样尺寸
7.2.1 片状试样
片状试样尺寸应为(73±2)mm ×(73±2)mm，试样厚度应和零件/结构的实际厚度相同，但样品厚
度超过 25.4 mm 时，试样厚度应为 25.4 mm，但不应切削试验面。
7.2.2 绝缘导线试样
绝缘导线试样尺寸如下：
a) 绝缘导线外径小于等于 3.6 mm 时，试样长度至少为 3.05 m;
b) 绝缘导线外径大于 3.6 mm 时，试样长度至少为 1.52 m。
7.3 试样数量
每组试样数量应不少于 3 个。
7.4 试样准备
7.4.1 片状试样
除试验时需要暴露的表面外，片状试样的其他表面应采用 0.04 mm 厚的软质铝箔包覆。包覆时注意不应刺破铝箔或产生不必要的皱折。
7.4.2 绝缘导线试样
绝缘导线试样按以下方法准备：
a) 当绝缘导线外径小于等于 3.6 mm 时，将绝缘导线缠绕在夹具 A 上。绝缘导线一端插入夹具上的孔内并弯曲 180˚, 将端头通至夹具中心，再将绝缘导线顺序缠绕于夹具的槽内，直至最后一槽，并将末端插入未使用的孔内和最后一圈导线的下方以防止松脱。在缠绕绝缘导线夹具的背面包覆铝箔。
b) 当绝缘导线外径大于 3.6 mm 并小于 6.35 mm 时，将绝缘导线缠绕在夹具 B 上。绝缘导线绕过第一槽弯曲 180˚,将端头通至夹具中心，再将绝缘导线顺序缠绕于夹具的槽内，直至最后一槽，并将末端插入夹具中心，以防止松脱。在缠绕绝缘导线夹具的背面包覆铝箔。
c) 当绝缘导线外径大于等于 6.35 mm 时，将绝缘导线切成约 76 mm 长的小段并排放置，应能将试样盒前面的整个开口覆盖住。
7.5 试样预处理
试样应在温度(21±3)℃和相对湿度 45%～55%的预处理箱中至少预处理 24 h。试验时，每次仅取一个试样，并立即进行试验。
8 试验步骤
8.1 检查试验设备，接通电源，预热 20 min。
8.2 打开试验箱门，用刷子清除箱壁、炉体和支架上的燃烧残余物，用酒精清洗上下光窗。打开进气口、排气口、排气阀，排气 2 min 以净化箱内空气。
8.3 接通辐射炉电源，检查或设定辐射炉功率控制器的控制值。除试验或热流密度标定外，仅装有绝热板的“空白”试样盒应始终放在辐射炉的前面，以保护辐射炉。
8.4 打开光路系统光源，在系统稳定后，调整测量仪器的零点和灵敏度，以获得百分之百的透光率。
8.5 选择合适的燃烧器，按 5.13 要求检查燃气后，点燃燃烧器。
8.6 检查箱后壁温度是否达到(35±2)℃。若温度超过 37℃,可适当打开箱门或进气阀冷却。
8.7 取一个按 7.5 准备好的试样放入试样盒，试样背面衬以 12.7 mm 厚的绝热板，用弹簧片和档杆将试样固定在试样盒内。去掉试样前面边缘多余的铝箔， 在槽口处将铝箔向前弯折，以便熔融试样流入试样盒的小槽内。遇到以下情况时，应注意试样的安装方式：
a) 对于薄膜和织物试样，因其在试验时易收缩、卷曲或从试样盒内脱落， 故在中心位置和四个象限中心位置，连同包覆的铝箔，用标准订书钉将试样订到绝热板上，见图 13。
1―试样;2―订书钉;3―试样盒
图 13 薄膜和织物试样定位示意图
b) 对于外径大于等于 6.35 mm 的绝缘导线试样，先用铝箔覆盖绝热板的前部，并将其和弹簧片、档杆插入试样盒。然后再将已分段的绝缘导线试样(见 7.4.2)从试样盒前面插入并垂直放置，见图 14。
c) 绝缘导线试样在试验中只能垂直放置。
8.8 将装有试样的试样盒放在支架上，推入并取代辐射炉前的“空白”试样盒，迅速关闭试验箱门，同时启动计时器和光电测量记录系统。记录试验过程中光通量和/或光密度随时间的变化。当透光率指针有移动时，表明有烟雾产生，完全关闭进气孔。
8.9 通过压力计观测试验箱内压力变化。在试验期间，箱内压力应保持在 1500 Pa 之内。若箱内压力偏高或偏低，可略开启进气孔平衡箱内压力。
8.10 试验有效性判定，判定规则如下：
a) 若试验过程中，试样从试样盒内脱落，此试样试验失败，增加新试样进行试验。
b) 片状试样：试验时注意和记录两根垂直于试样表面或(和)试样表面成 45˚角的小火焰是否熄灭，并且连续熄灭时间是否超过 3 s。若该现象发生，此试样试验失败，增加新试样进行试验。
c) 绝缘导线试样：试验时一个或多个燃烧管在试验开始时(前 5 s)就熄灭，则停止试验，重新点燃火焰后，仍用原试样开始试验。若一个或多个燃烧管在试验过程的前 10 min 熄灭，此试样试验失败，需用新的试样进行试验。若一个或多个燃烧管在试验的后 10 min 熄灭，则继续试验，把熄灭时间和熄灭的燃烧管数记录下来。
d) 试验过程中，试样熔融物从试样盒槽内溢出，此试样试验失败，增加新试样进行试验。
1―定位杆;2―试样;3―弹簧片;4―背衬;5―试样盒
图 14 外径大于等于 6.35mm 的绝缘导线试样的放置方式示意图
8.11 按如下规定记录试验时间和数据：
a) 片状试样连续试验 240 s。计算和记录 90 s 和 240 s 时的 Ds，以及 240s 内的 4Dm。
b) 绝缘导线试样连续试验 20 min。计算和记录 90 s、240 s 和 20 min 时的 Ds，以及 20 min 内的 20Dm。
8.12 在最初的 240 s 试验期间内，不应进行任何箱内物质的分析，如气体取样等。
8.13 记录试验期间的试样特性，如收缩、熔化、下陷、分层、烟雾颜色等。
8.14 试验结束后，用“空白”试样盒取代试样盒，打开进气口、排气口、排气阀， 连续排气直到最大透光率。
8.15 试验结果取三个平行试验数据的算术平均值，取三位有效数字或正整数。用实际 tDm 值计算平均值，不应用平均透光率来确定平均 tDm 值。
9 计算
9.1 烟密度 tDm 的计算
烟密度 tDm 按公式(5)计算：
式中：
t ——试验时间，单位为分钟(min);
tTmin ——试验时间 t 内的最小透光率。
9.2 标准偏差和离散系数
烟密度标准偏差和离散系数按 GB/T 1446 中的方法计算。
10 试验报告
试验报告应至少包括以下内容：
a) 材料描述(材料名称、材料牌号、材料批号、材料标准等);
b) 送样单位;
c) 试样尺寸;
d) 预处理条件;
e) 环境条件;
f) 批准放行证书/适航批准标签编号(适用于适航验证试验);
g) 试验类型;
h) 试验编号;
i) 试验结果(必要时给出标准偏差和离散系数);
j) 现象说明;
k) 试验结论;
l) 试验日期和人员。
