[发明专利]一种确定油箱惰化系统富氮气体流量需求的方法

说明书

本发明公开了一种确定油箱惰化系统富氮气体流量需求的方法，属于防火防爆技术领域；本发明的方法考虑了飞行过程中燃油中溶解氧逸出及其对油箱气相空间氧浓度的影响，根据此方法可以准确地计算出飞机在爬升、巡航以及俯冲下降阶段进行油箱惰化所需的富氮气体流量，并根据计算结果选择合适的机载中空纤维膜制氮装置，并根据实际的中空纤维膜制氮装置工作性能对不同飞行状态下的惰化过程进行分析，确定油箱惰化过程的可行性，对机载中空纤维膜制氮惰化系统进行性能优化。

技术领域

本发明涉及防火防爆技术领域，涉及一种确定飞机油箱惰化系统中富氮气体流量需求的理论计算方法。

背景技术

近50年来的空难事故调查结果显示，飞机燃油箱失火导致油箱爆炸已经成为飞机失事的主要原因之一。当飞机油箱内气相空间氧气浓度高于极限可燃氧浓度(体积分数，民机为12％，军机为9％)时，遇到点火源时油箱气相空间燃油蒸气与空气的混合物极易点燃而发生火灾。理论和实验研究表明，采用油箱惰化方法利用氮气或二氧化碳等惰性气体充入油箱气相空间转换出空气中的氧气，以此降低空气中氧气浓度是一种切实可行的高效防止燃油蒸气燃烧的措施。目前应用最为广泛的飞机油箱惰化方法主要是机载中空纤维膜制氮惰化系统，它利用飞机发动机引气，经干燥过滤后进入中空纤维膜空气分离组件获取高浓度的富氮气体，最后进入油箱气相空间置换出空气中的氧气，降低氧气浓度，从而达到油箱惰化的目的，防止油箱燃烧爆炸。

但是在惰化系统设计中对于富氮气体流量需求的确定缺乏相应的理论指导，主要依靠实验测量，实验代价大，花费时间长，且容易造成中空纤维膜大小及性能与油箱惰化系统不相匹配，因此采用理论计算方法确定飞机油箱惰化系统中富氮气体流量需求对中空纤维膜制氮装置的选型以及提高系统惰化效率具有重要意义，可极大缩短惰化系统设计时间，对系统优化设计具有指导意义。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种确定油箱惰化系统富氮气体流量需求的方法，该方法采用理论计算方法确定飞机油箱惰化系统中富氮气体流量需求对中空纤维膜制氮装置的选型以及提高系统惰化效率具有重要意义，可极大缩短惰化系统设计时间，对系统优化设计具有指导意义。

本发明是这样实现的：

一种确定油箱惰化系统富氮气体流量需求的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

步骤一、确定飞机油箱初始氧气浓度、油箱体积；确定油箱气相空间初始氧气浓度O_u,i，油箱体积V；

步骤二、根据飞机爬升时间以及设定的爬升结束时油箱气相空间氧气浓度确定爬升阶段富氮气体需求流量；

步骤三、根据飞机爬升结束时的油箱气相空间氧气浓度、巡航时间以及巡航结束时设定的油箱气相空间氧气浓度确定巡航阶段富氮气体需求流量；

步骤四、根据飞机巡航结束时的油箱气相空间氧气浓度、下降时间以及下降结束时设定的油箱气相空间氧气浓度确定下降阶段富氮气体需求流量；

步骤五、根据飞机爬升、巡航以及下降阶段中的最大富氮气体流量初步选择相对应的中空纤维膜制氮装置；

步骤六、根据步骤五中所选择的中空纤维膜制氮装置的实验性能数据计算飞机在爬升、巡航以及下降阶段的惰化情况，并调整分离膜性能和富氮气体流量；

步骤七、判断惰化过程中油箱气相空间氧气浓度是否满足惰化要求；如满足惰化过程中油箱气相空间氧气浓度要求，即可确定此时富氮气体流量为油箱惰化所需流量；如不满足氧气浓度要求，则返回步骤六，调整分离膜性能和富氮气体流量，重新计算飞行机在不同阶段的惰化情况，直至满足惰化过程中油箱气相空间氧气浓度要求。

进一步，所述的步骤二中在爬升阶段，飞机油箱气相空间压力降低，气相空间气体向外界环境排放，根据下式计算爬升阶段富氮气体需求流量：