惰化系统综述

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1、惰化系统综述1.适用范围飞机的油箱惰化系统向油箱内冲入惰化空气来减少燃油蒸汽点燃引起的爆炸。这份文档描述了当前应用于飞机的油箱惰化系统的三种方式：（1）机载惰化气体产生系统OBIGGS（2）液氮系统（3）哈龙系统。OBIGGS和液氮系统通常设计为全时油箱点火保护；哈龙系统通常设计为专用的或者战斗专用的保护。这份文档不探讨抑爆泡沫塑料ESF的课题。ESF是完全被动式的全时保护系统，早期泡沫塑料的缺点是重量重，可用燃油减少，维护复杂。1.1惰化和可燃界限1.1.1氮气惰化系统惰化界限指的是支持燃烧的最低氧气浓度。早期决定惰化界限的试验应用可见光作为标准来检验是否有燃烧反应发生。很多的试验表明，压

2、力上升是检验是否发生燃烧的标准。惰化系统的惰化界限被军方或者管理机构说明。多种核实惰化界限的试验得出一致的结论。试验表明当海平面氧气浓度低于9.8%时会发生明显的反应，但是只有氧气浓度上升到12%才能使压力上升。试验也表明惰化界限随着海拔的升高而升高。而且，越小的点火源需要更高的氧气浓度来发生燃烧反应。虽然惰化界限试验结果是一致的，但是不同的客户需要不同的安全因素。美国军方在任何海拔应用的惰化界限为9%，地面上为12%。军用惰化系统设计为统一的大小来保持整个飞行任务中氧气浓度低于惰化界限，所以燃料组份和温度带来的可燃界限的变化与存活性分析不相关。对于商用系统，满足FAA要求的减少可燃性暴露是

3、作为点火防护的第二种方式。弹道穿透在理论上可以增加油箱上部空间的可燃性通过制造燃油蒸汽喷雾，然而实验数据表明对于弹道穿透的系统和一个足够大的内部产生点火源的系统的惰化界限没有区别。对于满油的油箱，弹道穿透可以造成重大的压力升高和相应的结构损失，即使油箱是惰化的。1.1.2哈龙惰化哈龙气体通过置换氧气影响燃烧，但是也在化学上影响燃烧。影响方式可能还没有被完全理解，但是少许的哈龙气体被认为可以抑制燃烧。越高的点火源需要越高浓度的哈龙气体去抑制爆炸。6%体积浓度的哈龙气体能够高效的防止油箱的内部形成火花，9%浓度的哈龙气体被用来保护50口径的子弹引起的燃烧危险，20%浓度的哈龙气体被用来防护23m

4、m的高能量燃烧弹危险。1.2惰化系统设计的历史1.2.1军用方面二次世界大战之后，有几种不同的设计通过应用发动机排气，独立的燃烧装置和干冰来产生惰化气体。其他系统用反应器来使油箱上部空间通气来移除氧气。B-57，F-86，和F-100飞机应用氮气系统来提供短时的惰化，这种系统需要维护并且在下降阶段不能使油箱保持惰化的。A-6和F-16飞机应用哈龙气体储存装置来提供请求式的惰化，与B-57，F-86和F-100飞机上应用的储氮系统相似。XB-70，SR-70，和C-5飞机应用液氮系统来保持油箱在飞行阶段持久的惰化。经常的维护是该系统主要的缺点。CH-63，AH-64,直升机和V-22飞机应用变

5、压吸附式的机载惰化气体形成系统OBIGGS。该系统向油箱内冲入不断形成的富氮气体来惰化油箱。C-17最初设计为采用变压吸附式的机载惰化气体形成系统，之后被代替为连续流动透水膜的机载惰化气体形成系统OBIGGS。F-22，F-35和P-8A飞机均采用该系统。1.2.2民用方面1998年，FAA建立了一个油箱和谐工作组FTHWG航空规则决策咨询委员会ARAC去研究潜在的油箱安全性提高措施来应对Flight800的中央油箱爆炸事故。该委员会研究了机载惰化系统和地面惰化系统，包舱通风，防爆，抑泡，和较高的闪点燃料。所有的研究内容均不能在民用方面可行。因此，FAA在2001年建立了一个油箱惰化和谐工作

6、组FTIHWG来深入研究油箱惰化技术。该委员会比较了很大范围的所有机载惰化和地面惰化系统来减少中央翼油箱的可燃性爆炸，这些方案均不能被证明是民用可行的，但是机载可燃性降低系统被证明相比军用的OBIGGS能在所有可能的飞行条件下更好的使油箱保持惰化。基于地面的惰化系统不被认可，因为为每架飞机每次起飞前提供富氮气体，以及相应的基础设施费用问题不容乐观。在2001年，FAA发布了特别联邦航空条例SFAR88对潜在的油箱点火源进行了特殊的安全性分析。相同的规则制定文档也通过改进FAR25.981条款来限制油箱可燃性暴露。同一阶段，FAA进行实验测试来证实需要的惰化界限。实验证明传统的军用惰化界限包括

7、比较宽的安全界限，而且在海平面12%氧气浓度高能量点火源不会导致较高的油箱压力升高。随着离化学计量混合，氧气浓度必须高于12%才能导致明显的压力升高。当机载可燃性降低系统基于以上定义重新调整大小后，较小的系统不再是没有希望的。FAA在波音747和空客A320上安装并测试了中央翼油箱的可燃性降低系统。2005年，FAA发表了拟议的规则制定通告NPRM来授权商用飞机的可燃性降低措施。这份报告发表后，拟议的规则的评