低压条件下FEP导线热解与着火实验研究

发布时间：2018-05-11 19:47

本文选题：低压环境 + FEP高温导线　；参考：《中国科学技术大学》2017年硕士论文

【摘要】：由于航天器内大量导线电缆的使用,使得导线短路过载时所引起的电气火灾,成为了航天器正常工作所必须考虑的重点问题。首先,电气火灾的发生不仅会影响到航天器的正常运行,同时也会影响到航天员所处的生存环境。其次,航天器的内部是一个微重力环境,自然对流减弱,这一条件下导线等材料的着火燃烧与常重力条件下有很大不同,不能简单地与地面所得的着火结论进行等同处理。最后,航天器在设计时,考虑到宇航员的生存,舱内的氧气浓度会高于21%,这一变化对于材料的燃烧也会产生重要影响。随着航天科学技术的不断发展和相关应用的不断深入,"太空经济"时代已经到来,在迎接这一时代的阶段,载人航天器的防火安全问题就变得十分关键的,它对于航天员的安全、航天任务的完成以及我国的航天战略的顺利进行都意义非凡,而其中火灾安全问题的关键之一就是导线的着火。在以往的实验研究中,学者们主要选取PE、PVC等普通导线进行研究,而很少对太空中广泛使用的FEP、ETFE等高温导线开展研究,因此也主要针对这一方面展开研究。实验中所用到的低压实验平台主要由四部分组成:(1)JRC-500低压舱系统,用于提供实验所需低压环境;(2)实验控制系统,包括压力、氧气浓度及电流控制装置等;(3)图像采集系统,记录整个实验过程;(4)实验导线搭载系统。文中所用的实验材料是以NiCr为线芯、聚全氟乙丙烯(FEP)为绝缘层的导线,同时也进行了 NiCr线芯的聚乙烯(PE)绝缘层导线在部分工况下的实验,用于对比分析。低压舱内的温度(20℃),湿度(40%)等均保持不变,实验中设定9个环境压力工况(20kPa-100kPa,10kPa间隔)和3个氧气浓度(OC)工况(21%,30%,40%,体积浓度),共计27个工况,这些工况主要通过低压舱系统和控制系统实现。实验中控制过载电流为13A不变。整个实验过程都在暗室中进行,以避免外界光源对着火图像的影响。通过对实验现象和实验结果的分析,得出以下结果:FEP导线在电流过载时发生的热解可分为两部分,一是绝缘层外部热解,该过程中产生的热解气体,其形状会随着环境压力而变化,且热解气体上升速率随着环境压力的增加而降低,与氧气浓度的关系不大;二是绝缘层内部热解,该过程产生的热解气体会在导线内部积聚,形成热解气泡,热解气泡的宽度随着压力的增加而增加,而高度则随着压力的增加而降低。热解气泡达到最大尺寸后会发生破裂并喷出热解气体,随后发生着火现象。FEP导线喷射着火时,着火点在导线中间位置出现的概率最高,根据其着火特点,喷射着火可分为对称式喷射着火和非对称式喷射着火两种情况:非对称式喷射着火的火焰形状像"日珥",一端先发生着火,然后引燃另一端的热解气体;对称式喷射着火从着火瞬间到达到最大火焰的过程中,火焰形状始终保持对称。对于着火时间的研究,主要把着火时间tig分为气泡形成时间tb和引导时间tin两部分,气泡生成时间tb定义为实验回路通电瞬间到热解气泡达到最大尺寸时的时间间隔,引导时间tin定义为气泡破裂瞬间到着火瞬间的时间间隔,通过对实验结果分析,得出tb随着环境压力的增加而降低,其与氧气浓度之间的关系不大;tig随着环境压力的增加而降低,且氧气浓度增加也会使tin降低。由于着火时间tig是上述两个时间之和,因此其会随着环境压力的增加而降低,随着氧气浓度的增加而降低。
[Abstract]:Due to the use of large number of wire cables in the spacecraft , the electrical fire caused by short - circuit overload of the conductor is a key problem to be considered in the normal operation of the spacecraft . First , the occurrence of the electrical fire can not only affect the normal operation of the spacecraft , but also affect the survival environment of the astronauts . In this paper , it is very important to study the fire safety problem of the manned spacecraft in the stage of the space economy , which is very important to the safety of the astronauts , the completion of the space mission and the smooth progress of the space strategy of our country . The ignition time tb is defined as the time interval between the gas bubble formation time tb and the pilot time tin . The ignition time tb is defined as the time interval when the bubble burst happens to reach the maximum size .

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：V528;V445.1

【参考文献】