【摘要】：燃油箱易燃易爆特點(diǎn)嚴(yán)重威脅著飛機(jī)安全,必須采用有效措施以防范其發(fā)生。最新研究表明,相比于飛機(jī)上廣泛應(yīng)用的中空纖維膜惰化系統(tǒng),基于低溫催化無(wú)焰燃燒的耗氧型惰化技術(shù)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作效率高,代償損失小等優(yōu)勢(shì)。與中空纖維膜惰化系統(tǒng)不同,耗氧型惰化技術(shù)中,用于油箱的惰性氣體并非單純的富氮?dú)怏w(NEA,Nitrogen-Enriched Air),而是包含CO_2和N_2的混合氣體(MIG,Mixed Inert Gas),因此,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)油箱上部空間氧濃度的控制,不僅需要掌握燃油中O_2、N_2和CO_2等氣體的溶解與逸出特性,而且需要深入分析探討MIG與NEA惰化方式及效果之間的差異。本文以耗氧型惰化技術(shù)的裝機(jī)實(shí)用化為研究背景,針對(duì)目前耗氧型惰化技術(shù)的不足,通過(guò)自行搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),就O_2、N_2和CO_2在燃油的溶解與逸出特性、混合惰性氣體MIG對(duì)燃油洗滌和沖洗過(guò)程的影響、NEA與MIG惰化效果的比較與分析等問題開展了較為深入的研究;測(cè)取了國(guó)產(chǎn)航空燃油氣體溶解與擴(kuò)散系數(shù),建立耗氧型惰化技術(shù)的理論模型,并就耗氧型惰化技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、性能分析與惰化方案的制定開展了預(yù)先研究。本文主要工作與獲得的創(chuàng)新性成果如下:(1)設(shè)計(jì)搭建了壓力降落法實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),測(cè)定了不同溫度、壓力范圍內(nèi)O_2、N_2和CO_2在國(guó)產(chǎn)RP-3燃油中的Ostwald系數(shù),基于所測(cè)定的數(shù)據(jù),對(duì)ASTM D2779-92中給出的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了修正,使之能更好地反映國(guó)產(chǎn)燃油氣體溶解特性,結(jié)果表明:本文所提出的修正公式可將氮?dú)夂投趸糘stwald系數(shù)的計(jì)算精度分別提高10%和14%;與此同時(shí),本文還對(duì)不同溫度下O_2、N_2和CO_2在國(guó)產(chǎn)RP-3燃油中擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了測(cè)量,并通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸的方法,獲得了Arrhenius方程,實(shí)現(xiàn)了一定溫度范圍內(nèi)對(duì)氣體在RP-3燃油中擴(kuò)散系數(shù)的預(yù)測(cè);在獲得了Ostwald系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)的基礎(chǔ)上,本文采用Fick擴(kuò)散理論有效地描述氣體在燃油中的溶解與逸出規(guī)律,該研究成果可為非平衡沖洗惰化過(guò)程的理論建模提供支撐。(2)搭建了燃油洗滌惰化實(shí)驗(yàn)臺(tái)架,對(duì)MIG和NEA洗滌惰化性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,并采用了圖像處理技術(shù)捕獲了洗滌氣泡直徑大小與分布狀況;給出一種洗滌效率的定義,建立了適用于MIG氣體洗滌惰化理論分析模型,提出了根據(jù)氣泡Feret直徑來(lái)確定洗滌效率的計(jì)算方法;采用理論分析方法,對(duì)比研究了MIG和NEA洗滌惰化時(shí)氣體溶解/逸出特性及氣量需求。研究結(jié)果表明:MIG洗滌時(shí)油箱氣/液相中的氧濃度總是高于采用NEA氣體洗滌的結(jié)果;氣泡Feret直徑與洗滌效率呈指數(shù)關(guān)系,當(dāng)氣泡尺寸越小時(shí),洗滌效率越高,為了保持較高的洗滌效率,設(shè)計(jì)洗滌器時(shí),建議將氣泡Feret直徑的目標(biāo)值設(shè)定為低于0.2 mm;采用本文建立的燃油洗滌惰化模型,可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)MIG和NEA洗滌惰化過(guò)程的參數(shù)變化。這些研究成果可為耗氧型惰化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化與洗滌器等核心部件設(shè)計(jì)提供參考與依據(jù)。(3)搭建了燃油箱沖洗惰化實(shí)驗(yàn)臺(tái)架,對(duì)MIG和NEA的沖洗惰化性能開展了實(shí)驗(yàn)研究,并根據(jù)Fick擴(kuò)散理論,建立了適用于MIG的非平衡態(tài)沖洗惰化理論模型,對(duì)比研究與分析了NEA和MIG沖洗惰化時(shí)氣體溶解/逸出特性及氣量需求。研究結(jié)果表明:當(dāng)惰化氣體中氧濃度相同時(shí),NEA和MIG的惰化性能差異較小;若要將油箱惰化至9%氧濃度,MIG沖洗的氣量需求將比NEA高出6~14%,且MIG中CO_2濃度越高,惰性氣體需求量越大;當(dāng)惰性氣體中CO_2含量從0%增加到95%時(shí),不同載油率下氣體需求量增加約7.4%~18.24%;如受到強(qiáng)化傳質(zhì)(如油箱晃動(dòng),溫度變化等)的影響,NEA惰性氣體需求量將微弱增加,而MIG惰性氣體需求量將大幅增加。(4)基于國(guó)產(chǎn)燃油理化特征,提出了一種帶有外界環(huán)境補(bǔ)氣功能的耗氧型惰化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,并就該系統(tǒng)方案中影響因素展開了分析;針對(duì)飛行任務(wù)需求,將洗滌和沖洗的不同搭配方式應(yīng)用于實(shí)際飛行過(guò)程,獲取了本文所提出的耗氧型惰化系統(tǒng)方案的最優(yōu)設(shè)計(jì);擬定了比較原則,通過(guò)理論計(jì)算和分析,就中空纖維膜惰化系統(tǒng)與耗氧型惰化系統(tǒng)的性能優(yōu)劣進(jìn)行了定量比較。研究結(jié)果表明:本文所提出的帶有外界環(huán)境補(bǔ)氣功能的耗氧型惰化系統(tǒng),可使得惰化過(guò)程更為可控;與中空纖維膜惰化技術(shù)相比,耗氧型惰化技術(shù)在引氣量、系統(tǒng)熱載荷和燃油代償損失方面優(yōu)勢(shì)明顯,且要求的惰化時(shí)間越短,該優(yōu)勢(shì)越顯著。
【圖文】：

南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文爆措施爆措施，，是指通過(guò)在油箱內(nèi)填充防爆材料來(lái)對(duì)燃生后所造成的影響，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。常金屬絲填充材料兩類[24]。沫防爆材料如圖 1.1 所示，其在 60 年代初由美國(guó) S網(wǎng)狀泡沫材料（Ⅰ型）標(biāo)準(zhǔn)，后來(lái)又發(fā)展了更先它們進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，1975 年又進(jìn)行了修訂，后又并于 1978 年重新標(biāo)準(zhǔn)化，1981 年、1984 年又進(jìn)驗(yàn)研究工作[25-28]。前蘇聯(lián)也進(jìn)行了一系列網(wǎng)狀泡5-5127-82，并在蘇-27 等飛機(jī)上進(jìn)行了使用[29]。

并于 1978 年重新標(biāo)準(zhǔn)化，1981 年、1984 年又驗(yàn)研究工作[25-28]。前蘇聯(lián)也進(jìn)行了一系列網(wǎng)狀泡-5127-82，并在蘇-27 等飛機(jī)上進(jìn)行了使用[29]。圖 1.1 聚氨脂類飛機(jī)油箱防爆材料泡沫的工作原理主要是：抑爆泡沫能夠?qū)⒂拖鋬?nèi)燒而導(dǎo)致的油箱內(nèi)氣體壓力超過(guò)承載限度所造成曾采用過(guò)抑爆泡沫技術(shù)進(jìn)行油箱防護(hù)。飛機(jī)油箱提供有效的保護(hù)，但它也帶來(lái)了增加重更換周期短、經(jīng)濟(jì)效益差等問題。材料
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V228.11

【參考文獻(xiàn)】

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1 趙巖;鄭嬌玉;郭鵬;熊木齊;崔志杰;孟興民;;ImageJ軟件在泥石流固體顆粒分析中的應(yīng)用[J];蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年06期

2 邵壘;劉衛(wèi)華;孫兵;趙宏韜;馮詩(shī)愚;;中空纖維膜分離性能實(shí)驗(yàn)與預(yù)測(cè)[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2015年04期

3 邵壘;劉衛(wèi)華;馮詩(shī)愚;古遠(yuǎn)康;劉維t

本文編號(hào)：2667368