DE69113754T2 - Feuerlöscher. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung ist auf einen Feuerlöscher gerichtet und insbesondere auf einen Feuerlöscher, der sich speziell für die Trockenzelle von Brennstofftanks in Flügeln oder Rümpfen von Flugzeugen eignet, die, wenn sie durch eine Explosion durchtrennt wird, eine Nettoreaktionskraft von Null auf die Zelle des Flugzeugs ausübt.
• Die Verwendung von Linearfeuerlöschern in Form eines hochfesten langgestreckten Rohres, das ein unter Druck stehendes Feuerlöschmittel, wie Halon 1301 enthält, wurde sowohl in dem US-Patent 4 854 389 (das '389-Patent) und 4 938 293 (das '293- Patent) vorgeschlagen, die beide auf den vorliegenden Zessionar übertragen sind. Dabei wird eine geformte Ladung parallel zu einer Achse des Rohres angeordnet, die bei ihrer Detonation das Rohr trennt, um die Verteilung des Feuerlöschmittels in weniger als 10 ms zu ermöglichen. Die Installation ist typisch für die Trockenzelle eines Militärflugzeuges, um Feuer, beispielsweise aufgrund eines durchschlagenen Brennstofftanks, schnell zu löschen. Um darüber hinaus bei dem '293-Patent für eine Nettoreaktionskraft auf das Rohr von im wesentlichen Null zu sorgen und um so die Beanspruchungen an der Flugzeugzelle zu verringern, wurde vorgeschlagen, daß das unter Druck stehende Rohr oder der unter Druck stehende Behälter auf gegenüberliegenden Seiten durchtrennt wird, um für eine Nettoreaktionskraft zu sorgen, die theoretisch im wesentlichen Null ist. In dem gleichen Patent wird auch eine wendelförmige Geometrie geoffenbart, welche die Reaktionskraft verringert.
• Es ist das allgemeine Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Feuerlöscher bereitzustellen.
• In Übereinstimmung mit dem obigen Ziel wird ein Linear-Feuerlöscher für einen Einsatz befestigt an der Zelle eines Flugzeugs und für andere ähnliche Anwendungen bereitgestellt, bei welchem eine lineare Verteilung eines Feuerlöschmittels längs einer langen linearen Distanz durch Verwendung eines hochfesten rohrförmigen Behälters erreicht wird, der eine Achse hat, längs derer er sich erstreckt, und der ein unter hohem Druck stehendes Feuerlöschmittel enthält, das durch Explosionsdurchtrennung längs einer Linie freigesetzt wird, die im wesentlichen parallel zu der genannten Achse ist und sich über der Länge des Behälters erstreckt. Eine solche Freigabe des Löschmittels und der sich ergebende Ausstrom verursachen eine Reaktionskraft, R1, von der Flugzeugzelle aus. Der Löscher hat Einrichtungen zur Erzeugung einer bezüglich der Flugzeugzelle zu der Kraft R1 entgegengesetzten und im wesentlichen gleichen Kraft, R2, mit einer Ablenkeinrichtung, die an der Flugzeugzelle angrenzend an die Durchtrennungslinie angebracht ist, um den Ausstrom des Löschmittels in ein Paar von entgegengesetzten Wegen umzurichten, die in einer Ebene liegen, die im wesentlichen senkrecht zu den Kräften R1 und R2 ist. Der Ausstrom auf den entgegengesetzten Wegen erzeugt Kräfte, die einander im wesentlichen aufheben.
• Das folgende ist eine Beschreibung einiger spezieller Ausführungsformen der Erfindung, wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird, in denen
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht ist, die den Linear- Feuerlöscher der vorliegenden Erfindung installiert in der Trockenzelle eines Flugzeugflügels zeigt,
• Fig. 2 eine Schnittansicht eines vereinfachten Teils des Feuerlöschers ist, die ihn verbunden mit einem Feuerdetektorsystem zeigt,
• Fig. 3 eine perspektivische Schnittansicht einer Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Feuerlöschers ist,
• Fig. 4 Fig. 3 gestrichelt zeigt und die Kräfte darstellt, die durch Betätigung des Feuerlöschers erzeugt werden,
• Fig. 5 eine vereinfachte Ansicht von Fig. 4 ist,
• Fig. 6A eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Feuerlöschers in Ausführung der vorliegenden Erfindung ist,
• Fig. 6B eine Schnittansicht von Fig. 6A ist,
• Fig. 6C eine Teilseitenansicht der Figuren 6A und 6B ist, und
• Fig. 7A, 7B und 7C Diagramme sind, die das Konzept der Erfindung veranschaulichen.
• Fig. 1 zeigt den Flügelabschnitt 10 mit einer Brennstoffzelle 11, die mit einem gestrichelten Umriß gezeigt ist. Die Wände 7 und 8 der Brennstoffzelle sind notwendigerweise an dem Flügelzellenabschnitt 10 befestigt oder bilden einen wirksamen Teil davon. An den Wänden 7 und 8 sind Linear-Feuerlöscher 12 und 13 befestigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung in Gehäusen 16 bzw. 20 aufgenommen sind, die an den Wänden 7 und 8 angebracht sind. Die nicht belegten Abschnitte des Flügels, die bei 14 und 15 gezeigt sind, sind als Trockenzellen bekannt.
• Die Erfindung hat natürlich auch andere Anwendungen, beispielsweise im Maschinenraum eines Flugzeugs oder eines Landfahrzeugs. Es kann auch eine andere, nicht auf ein Flugzeug gerichtete Anwendung dort erfolgen, wo es erwünscht ist, Feuer sofort zu löschen, wo jedoch gleichzeitig erwünscht ist, Impulsbelastungen auf den Tragaufbau zu minimieren.
• Fig. 2 zeigt den Druckbehälter oder Behälterabschnitt eines Linear-Feuerlöschers 12, bei welchem das Gehäuse 16 zur Vereinfachung weggelassen worden ist. Wie in den oben genannten Patenten beschrieben wurde, hat der Linear-Feuerlöscher einen geschweißten rohrförmigen Behälter 17, der ein feuerlöschendes Mittel (Feuerlöschmittel) 22 enthält, das mit gasförmigem Stickstoff unter hohen Druck gesetzt ist. Der Behälter 17 hat eine Achse 18 und ist an seinen Enden durch Verschlüsse 19 und 21 abgedichtet, so daß Drucke von mehreren tausend psi angelegt werden können. Längs der Außenseite des Rohres 17 erstreckt sich eine flexible, linear geformte Ladung 23, die, wenn sie durch einen Detonator 24 aktiviert wird, in der Lage ist, die gesamte Wandstärke des Behälters 17 zu durchtrennen. Das unter Druck stehende Feuerlöschmittel wird dann schnell in wenigen ms in den gefährdeten Bereich abgegeben. Normalerweise würde das Feuerdetektorsystem 26, wenn es an dem Detonator 24 befestigt ist, das System aktivieren. Dies ist alles in dem obigen '389-Patent beschrieben und beansprucht.
• Da die geformte Ladung, die gewöhnlich unter dem Warenzeichen "Jetcord" verkauft wird, die Zylinderwand (längs einer Linie im wesentlichen parallel zur Achse 18) durchtrennen und das Durchtrennen auf der gesamten Länge des Behälters 17 in einem in us gemessenen Zeitraum durchführen kann, kann der Impuls oder die Reaktionskraft, die von dem Ausstrom auf das unter Druck stehende Löschmittel ausgeübt wird, ziemlich hoch sein, d.h. Tausende von Pfunden Kraft. Der Tragflächenaufbau eines Flugzeugs ist jedoch relativ fragil, so daß eine Gefahr für eine solche Flügelstruktur bestehen würde. Die Notwendigkeit einer Reduzierung der Kraft wurde natürlich in dem obigen '293-Patent diskutiert. Man glaubt, daß bei Verwendung von unter hohem Druck stehendem Halon 1301 als Feuerlöschmittel das unmittelbar folgende Abgabeübergangsereignis in seiner Art hochturbulent und instationär sein kann. Da das Halon-Agens unter extremen chemischen Potentialunterschieden steht, verdampft es (oder ändert sich von der flüssigen in die dampfförmige Phase) in wenigen ms 30 bis 40% seines Gehalts. Vernünftigerweise ist zu erwarten, daß etwas von dem Agens in flüssiger Form und vielleicht 30 bis 40% unmittelbar als Dampf abgegeben werden. Man nimmt deshalb an, daß die Natur des ausgetriebenen Agensstroms ein instationärer Zweiphasenstrom mit dazwischen auftretenden Änderungen von Flüssigkeit zu Dampf ist. Man nimmt ferner an, daß zu jedem Zeitpunkt aufgrund lokaler Eigenschaften von beispielsweise Dichte, Geschwindigkeit, usw., das austretende Fluid nicht zu jedem beliebigen Zeitpunkt wiederholbare oder identische Eigenschaften hat. In anderen Worten kann, abhängig von der Umgebung (einsschließlich eines speziellen Aufbaus) und dem Löschmittel (Halon), das verwendet wird, eine relativ unwiederholbare oder instationäre Abgabe vorhanden sein.
• Um die von der Freigabe und dem Abstrom eines Löschmittelmaterials aus dem Behälter 17 verursachte willkürliche Übergangsnatur der Reaktionskraft R1 zu kompensieren, kann erfindungsgemäß eine gleiche und entgegengesetzte Kraft R2 durch Verwendung einer Ablenkeinrichtung 27, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, vorgesehen werden. Der Linear-Feuerlöscher 12 kann in dem langgestreckten verstärkten Behälter 16 aufgenommen sein, der einen gekrümmten Ablenkabschnitt 27 aufweist. Der Ausstrom des Löschmittels durch die lineare Öffnung 31 (die besser in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist) erzeugt eine Reaktionskraft R1 auf den Flugzeugzellenaufbau. Gemäß Fig. 3, 4 und 5 wird dieser mit 32 bezeichnete Ausstrom von der Ablenkeinrichtung 27 abgelenkt, die wegen der Richtungsänderung des Impulses eine entgegengesetzte Kraft R2 hat. Die Ablenkeinrichtung 27, wie sie gezeigt ist, ändert im wesentlichen die Richtung des Ausstroms in die entgegengesetzten Wege 33 und 34. Diese Wege sind im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Kräfte R1 und R2. Gleichzeitig erzeugen diese entgegengesetzten Wege Kräfte T1 und T2 (oder genauer gesagt die Reaktion auf diese Wege), die aufgrund der Geometrie des Gehäuses 16 und seiner Öffnungen 36 einander im wesentlichen aufgrund ihrer gleichen und entgegengesetzten Vektorgrößen aufheben. Vom axialen Gesichtspunkt aus, der durch den Vektor 38 (Fig. 3) bezeichnet ist, heben auch alle axialen Kräfte, die in Fig. 4 als T3 und T4 bezeichnet sind, einander auf. In der Praxis ist das Gehäuse 16 mit dem Flugzeugzellenaufbau verbunden, der als Wand 7 der Brennstoffzelle 11 dargestellt ist. Da alle Reaktionskräfte, die in Fig. 4 gezeigt sind, einander an dem gemeinsamen Gehäuse aufheben, erzeugen sie die Kraft Null an der Flugzeugzelle.
• Neben der Bildung der Ablenkeinrichtung 27 hat das Gehäuse 16 auch noch die wesentliche Funktion, herumfliegende Bruchstücke einzuschränken.
• Insgesamt ergibt sich die Reaktionskraft R1 aus dem Impuls- Ausstromdurchsatz durch die Öffnung 31 des Löschmittels. Wenn der Ausstrom 32 den Ablenkaufbau 27 erreicht, tritt eine weitere Geschwindigkeits/Impulsänderung auf. Aufgrund dieser Änderung wird die Reaktionskraft R2 erzeugt. Die Größe von R2 wird im wesentlichen sowohl vom Abstand von der Ausstromfläche 31, die mit dem Punkt 1 bezeichnet ist, zu dem effektiven Ablenkpunkt 2, als auch von der geometrischen Gestalt der Ablenkeinrichtung 27 beeinflußt. Je größer beispielsweise die Änderung in der Richtung am Punkt 2 ist, desto größer ist die Reaktionskraft.
• Bezüglich der Entfernung zwischen den Punkten 1 und 2 wird die Größe der Reaktionskraft R2 auf zwei Arten beeinflußt. Zum einen nimmt die Größe des am Punkt 2 ankommenden Impulses mit zunehmendem Abstand ab, da der Zweiphasen-Flüssigkeitsstrom 32 sich verlangsamt, wenn er nach außen expandiert. Zum anderen beeinflußt die Zeit-Phasen-Beziehung zwischen den R1- und R2- Übergängen die Netto-Reaktionskraft und somit die Wirksamkeit der Größe von R2. Einfacher gesagt muß die Zeitverzögerung zwischen R1 und R2 auf ein Minimum reduziert werden, jedoch den vollständigen Verteilungsausstrom des Löschmittels zulassen.
• Fig. 7A zeigt eine theoretische Null-Zeitverzögerung zwischen R1 und R2 dort, wo die Kräfte als Dreieckswellenform in vollständiger Opposition dargestellt sind. Diese ergeben die ideale Impulskraft von Null. Um dieses Ziel zu erreichen, sollte die Entfernung zwischen den Punkten 1 und 2 so nahe wie praktikabel bei Null liegen, und der Grad der Impulsänderung (Wenden) sollte ausreichen, um eine Kraft R2 zu erzeugen, die in der Größe annähernd gleich der Kraft R1 ist.
• Das Diagramm von Fig. 7B zeigt eine realistischere Situation, bei welcher R1 und R2 um 10 % des Zeitintervalls der Zeitdauer T außer Phase sind. Dies ist die Zeit, über die der wirksame Ausstrom erfolgt, um die dargestellte dreieckige Kraft zu erzeugen. Mit diesen 10 % der Zeitversetzung wird die Nettokraft anstelle von Null durch den schraffierten Abschnitt 41 als 20 % der Spitzenimpulse sowohl in der positiven als auch negativen Richtung gezeigt. Das heißt mit anderen Worten, daß durch diesen Ausstrom des Löschmittels eine effektive Impulskraft geschaffen wird, die auf 80 % der als Fp bezeichneten Spitzenkraft reduziert ist. Man nimmt an, daß diese 80%ige Reduzierung der Last noch effektiv ist.
• Deshalb ergäbe sich beispielsweise der folgende Abstand der Ablenkeinrichtung 27, der eine solche Zeitverzögerung erzeugen könnte. Wenn beispielsweise die gesamte Abgabezeit 1 ms war und die Agensabgabegeschwindigkeit 5 Zoll/ms war, sollte der Abstand zwischen den Punkten 1 und 2 auf 12,7 mm (0,5 Zoll) begrenzt sein. Das Diagramm von Fig. 7C zeigt die Situation, in welcher sich die Kräfte vollständig außerhalb einer Synchronisation befinden (beispielsweise, wo die Ablenkeinrichtung 27 12,7 mm - 5 Zoll - von der Abgabeöffnung 31 ist) und somit vollständig ineffektiv sind.
• Fig. 6A, 6B und 6C zeigen eine alternative Ausführungsform, die tatsächlich geprüft wurde und die zu einer 85%igen Impulsreduzierung führte. Gemäß Fig. 6B hat das Gehäuse 42 dieser Ausführungsform neben dem Vorhandensein des Linear-Feuerlöschers in seinem Behälter 17 zusammen mit seiner Sprengschnur 23 auch einen U-förmigen Abschnitt 43 mit Öffnungen 44 und einer zentralen Trenneinrichtung 46. Die Trenneinrichtung erstreckt sich über der gesamten Länge des U-förmigen Abschnitts 43. Übliche Abmessungen sind eine Länge von 254 mm (10 Zoll), wobei der Behälter 17 einen Durchmesser von 45,72 mm (1,8 Zoll), der Abschnitt 43 eine Höhe von 25,4 mm (1,0 Zoll) hat und die Öffnungen 44 einen Durchmesser von 12,7 mm (1/2 Zoll) aufweisen. Solche Öffnungen, wie sie am besten in Fig. 6C gezeigt sind, sind längs der Seiten des U-förmigen Abschnitts 43 angeordnet. Das Gesamtgehäuse 42 verhindert wirksam, daß jegliche Bruchstücke freikommen können.
• Zusammenfassend gesehen wird ein Null-Kraft-Linear-Feuerlöscher bereitgestellt, der eine lineare und gleichförmige Agensverteilung in einem geschützten Gefahrenbereich hat. Die umschlossene Konstruktion verhindert auch, daß Bruchstücke aus der Explosivdurchtrennung des Behälters 17 umherfliegen und Teile in der unmittelbaren Umgebung beschädigen können. Der Behälter schützt auch die Sprengschnur vor Schäden während der Handhabung und Lagerung. Schließlich werden jegliche willkürlichen Änderungen der Ausstromkraft unmittelbar kompensiert, da eine solche willkürliche Änderung sofort von der gleichen Reaktionskraft R2 kompensiert wird, die durch die zugeordnete Ablenkeinrichtung erzeugt wird.
• Da das Gesamtkonzept der Erfindung darin besteht, die Reaktionskräfte aufzuheben, ist es in gleicher Weise für andere Ausgestaltungen von Feuerlöschern anwendbar, bei denen eine große Öffnung mit einer schnellen Abgabe, gewöhnlich wenige ms oder weniger, eine hohe Impulskraft erzeugt.

Claims (8)

1. Linear-Feuerlöscher (12) für einen Einsatz befestigt an der Zelle (10) eines Flugzeugs und für andere ähnliche Anwendungen, bei welchem eine lineare Verteilung eines Feuerlöschmittels längs einer langen linearen Distanz durch Verwendung eines hochfesten rohrförmigen Behälters (17) erreicht wird, der eine Achse (18) hat, längs derer er sich erstreckt, und der ein unter hohem Druck stehendes Feuerlöschmittel (22) enthält, das durch Explosionsdurchtrennung längs einer Linie freigesetzt wird, die im wesentlichen parallel zu der genannten Achse ist und sich über der Länge des Behälters erstreckt, wobei die Freigabe des Löschmittels und der sich ergebende Ausstrom (32) eine Reaktionskraft, R1, von der Flugzeugzelle aus verursachen, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Erzeugung einer bezüglich der Flugzeugzelle zu der Kraft R1 entgegengesetzten und im wesentlichen gleichen Kraft, R2, wobei die Einrichtungen eine Ablenkeinrichtung (27) aufweisen, welche an der Flugzeugzelle angrenzend an die Durchtrennungslinie angebracht ist, um den Ausstrom des Löschmittels in ein Paar von entgegengesetzten Wegen (33, 34) umzurichten, die in einer Ebene liegen, die im wesentlichen senkrecht zu den Kräften R1 und R2 ist, wobei der Ausstrom auf den entgegengesetzten Wegen Kräfte erzeugt, die einander im wesentlichen aufheben.

2. Feuerlöscher nach Anspruch 1, bei welchem der Behälter und die Ablenkeinrichtung Teile eines eine Einheit bildenden Gehäuses (16) sind, das an der Flugzeugzelle befestigt ist.

3. Feuerlöscher nach Anspruch 1, bei welchem die Ablenkeinrichtung (27) nahe genug im Abstand zu der Durchtrennungslinie angeordnet ist, um jeglichen Zeitunterschied zwischen R1 und R2 auf ein Minimum zu reduzieren und dennoch eine vollständige Verteilung und ein vollständiges Ausströmen des Feuerlöschmittels (32) zu ermöglichen.

4. Feuerlöscher nach Anspruch 2, bei welchem das eine Einheit bildende Gehäuse (16) Bruchstücke des durchtrennten Behälters (17) daran hindert, die Flugzeugzelle (10) zu treffen.

5. Verfahren zur Explosionsdurchtrennung eines Linear-Feuerlöschers und zur Aufhebung jeglicher Reaktionskraft, R1, wobei der Löscher an der Zelle eines Flugzeugs befestigt ist, eine lineare Verteilung eines Feuerlöschmittels längs einer langen linearen Distanz durch Verwendung eines hochfesten rohrförmigen Behälters erhalten wird, der eine Achse hat, längs derer er sich erstreckt und der ein unter hohem Druck stehendes Feuerlöschmittel enthält, das durch Explosionsdurchtrennung längs einer Linie freigegeben wird, die im wesentlichen parallel zu der genannten Achse ist und sich über der Länge des Behälters erstreckt, wobei die Freigabe des Löschmittels und der sich ergebende Ausstrom eine Reaktionskraft, R1, von der Flugzeugzelle aus verursachen, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

i) Explosionsdurchtrennung des Behälters längs der genannten Linie, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch

ii) Ablenken des Ausstroms in ein Paar von entgegengesetzten Wegen, die im wesentlichen senkrecht zu der Kraft, R1, sind, wobei das Ablenken eine zu R1 entgegengesetzte Kraft R2 erzeugt, die im wesentlichen die gleiche Größe hat, und wobei der abgelenkte Ausstrom auf den entgegengesetzten Wegen im wesentlichen gleiche und entgegengesetzte Kräfte erzeugt.

6. Feuerlöscher nach Anspruch 1, bei welchem die Ablenkeinrichtung eine Umleiteinrichtung (46) zur Erzeugung der beiden entgegengesetzten Wege aufweist.

7. Feuerlöscher nach Anspruch 2, bei welchem das eine Einheit bildende Gehäuse (43) gegenüberliegende Reihen von Öffnungen (44) aufweist, um Auslaßbereiche für das entgegengesetzte Paar von Strömungswegen bereitzustellen.

8. Feuerlöscher für einen Einsatz befestigt an der Zelle (10) eines Flugzeugs und für andere ähnliche Anwendungen, bei welchem eine Verteilung eines Feuerlöschmittels längs einer langen linearen Distanz durch Verwendung eines hochfesten Behälters (17) erreicht wird, der ein unter hohem Druck stehendes Feuerlöschmittel enthält, das in einem kurzen Zeitraum, beispielsweise in wenigen Millisekunden, freigegeben wird, wobei die Freigabe des Löschmittels (22) und der sich ergebende Ausstrom (32) eine Reaktionskraft, R1, von der Flugzeugzelle aus verursachen, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Erzeugung einer bezüglich der Flugzeugzelle zu der Kraft R1 entgegengesetzten und im wesentlichen gleichen Kraft, R2, wobei die Einrichtungen eine Ablenkeinrichtung (27) aufweisen, welche an der Flugzeugzelle (10) angrenzend an den Ausstrom (32) angebracht ist, um den Ausstrom des Löschmittels in ein Paar von entgegengesetzten Wegen umzurichten, die in einer Ebene liegen, die im wesentlichen senkrecht zu den Kräften R1 und R2 ist, wobei der Ausstrom auf den entgegengesetzten Wegen Kräfte erzeugt, die einander im wesentlichen aufheben.