航空燃油类型对催化惰化系统性能的影响.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaelAstronauticaSinicaJun．252016V01．37No61819．1826ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：Ehkxb．buaa．edu．cahkxb@buaaedu．ca航空燃油类型对催化惰化系统性能的影响冯诗愚*，邵垒，李超越，陈悟，刘卫华南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016摘要：在设计了一种催化惰化系统流程并描述其工作原理的基础上，以从油箱中抽吸气体的摩尔流量为基准，推导了流经催化反应器后各气体组分的流量关系，通过质量守恒方程及气体平

2、衡溶解关系，建立了油箱气相空间气体浓度变化的数学模型。选择了RP一3、RP一5和RP一6燃油作为对象，用所建立的数学模型计算了不同载油率和催化反应器效率下的气相空间氧浓度变化关系。研究显示，由于3种燃油的蒸汽压不同，造成从外界环境补气及进入油箱的混合惰气流量不同，从而导致气相空间氧浓度的变化规律差异远大于采用中空纤维膜的机载惰化系统。因此，在设计催化惰化系统时要充分考虑燃油类型对惰化系统性能的影响。关键词：航空燃油；惰气；催化；反应器；模拟中图分类号：V228；TQ032．4文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)06

3、—1819一08飞机燃油箱上部空间充满可燃的油气混合物，其易燃易爆特点严重威胁着飞机安全，必须采取有效措施以减少燃爆发生概率，降低其危害程度。从20世纪50年代起，美国军方就开始采用氮气、Halonl301(哈龙)气体惰化油箱的研究工作[1’2]，采用中空纤维膜制取富氮气体(NitrogenEnrichedAir，NEA)的机载制氮惰化技术(Hol—lowFiberMembranebasedOn—BoardInertGasGenerationSystem，HFM—OBIGGS)是目前最经济和实用的飞机油箱燃爆抑制技术，国内外军机、民

4、机广泛采用该技术。引。但HFM—OBIGGS技术仍存在很多问题，例如分离膜效率低导致飞机代偿损失大、分离膜入口需求压力高导致在很多机型上应用困难(如直升机)、细小的膜丝和渗透孔径逐渐堵塞及气源中臭氧导致膜性能衰减严重、富氮气体填充油箱时导致燃油蒸汽外泄污染环境等¨⋯。美国怀特一帕特森空军基地、Honeywell和Phyre公司从2006年开始联合开展一种新型的催化惰化技术的研究工作[69]，也称之为“绿色惰化技术”(GreenOn—BoardInertGasGenerationSystem，GOBIGGS)。其基本原理是将油箱上部气

5、相空间燃油蒸汽和其他气体导入一催化反应器，并补充一定的外部空气进行可控的无焰催化燃烧，燃烧后碳氢物被氧化为二氧化碳和水蒸气，水蒸气通过降温被分离，而剩余的二氧化碳、未参与反应的氮气和未完全反应的燃油蒸汽及氧气被再次送入油箱上部，从而降低氧含量达到惰化的目的。此研究在A一3攻击机、UH-60直升机和波音737客机上完成了地面和少量飞行实验ll“⋯。初步实验研究表明，这种催化惰化技术具有几个重要优势：①无需从发动机引气，可应用于收稿日期：2015．06—25；退修日期：2015—11．27；录用日期：2015—12—18；网络出版时间：

6、2016—04—0514：31网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V201604051431002html基金项目：航空科学基金(20132852040)；南京航空航天大学研究生创新基地(实验室)开放基金(kfji20150107)；中央高校基本科研业务费专项资金；江苏省普通高校研究生科研创新计划(KYLXl5—0231)；江苏高校优势学科建设T程基金*通讯作者．Tel．：025—84892105E—mail：shiyuf@nuaaedu．crl戮用格武

7、冯诗愚。邵垒．李超越。等航空燃油类型对倦化

8、惰纯系统性能的影响lJ]．航空学报．2016．37(6)：1819-1826．FENGSY，SHA0L．LICY．etalPerformanceofcatalyticinertingsystemaffectedbyvariousaviationjerfuels[J2ActaAeronauticaetAs-tronauticaSinica。2016。37(6)：1819．{826航空学报无合适气源的场合(例如直升机)；②基本无需预热，启动速度快，加之氧气在反应器中被消耗，因此惰化效率高、时间短；③设备尺寸小、重量轻。如Phyre公司对

9、容积为4．7m3的A一3攻击机燃油箱进行地面实验，在2min内将油箱上部气相空间氧浓度从21％惰化至9％，反应器最高温度低于250℃，样机的催化反应器尺寸为38cm×30．5cm×30．5cm，换热器尺寸为23．5cm×17．8cm×