飞机燃油箱惰化

毪栅燃油箱惰化 InertingAireraf鼍FUelTankS 中国航空附件研究所 肖再华 摘要：本文简要论述了飞机燃油箱惰化技术的重要性，介绍 了几种燃油箱惰化技术及其分析比较。 关键词：惰化技术燃油箱飞机 一、惰化飞机燃油箱的重要 性 飞机燃油系统起火或爆炸 是引起飞机失事的主要原因之 一。飞机燃油系统的防火防爆 能力，直接关系到飞机生存力 和易损性，也关系到飞机的利 用率、成本以及人员安全。燃油 箱若具有防爆能力，即使中弹 或其他原因引起火灾，也不至 于机毁人亡，飞机经修复后乃 可继续使用，这就相应提高了 飞机的利用率和生存力，降低 了飞机的易损性。飞机燃油箱 防爆技术的采用还可以增加救 生时间，使飞机在燃油箱出现 故障的情况下有足够的时问返 航。另外，还可以在应急情况下 保护飞机。 随着飞行技术的发展，飞 机上将普遍采用燃油热管理技 术，使燃油温度提高，这将导致 飞机燃油箱的温度提高，相应 地增加了飞机燃油箱起火爆炸 的机率。因此，使燃油箱始终处 于安全状态是非常必要的。 飞机燃油箱的惰化技术在 国外得到迅速发展，开始应用 到战斗机、直升机和运输机上。 它的应用能有效地提高飞机的 生存力、利用率和可靠性。 二、飞机燃油箱惰化技术 飞机燃油箱在一定条件下 可分为四个不同的层面：最下 面为液态燃油层，该层的燃油 含有氧气，当压力变化和被晃 动时，燃油会释放出氧气；紧靠 液态燃油层为富油气体层，它 不仅含有大量的油分子，还含 有大量氧分子；再上面为含氧 最丰富的燃烧层，该层易燃；最 上面为贫油分子层，氧气浓度 很淡，不易燃烧。因此，必须控 制燃烧层和富油层的氧气浓 度，保证氧气浓度低于9％，使 燃油箱始终处于惰化状态。下 面介绍几种燃油箱惰化技术。 1．液氮惰化技术 在每次飞行前，地面基地 通过液氮充灌系统向飞机上的 液氮贮存罐充氮。当飞机燃油 箱需要惰化时，飞行员将液氮 开关打开，液氮瓶内具有一定 压力的液氮通过温控器转换成 氮气后，由管路不断将氮气充 填到油箱内，以保持油箱上部 的氧气浓度低于9％，从而达到 油箱惰化目的。 2．HaIon1301惰化技术 Halon130l是一种低沸点 (其沸点为一57．75℃)物质，通 常被压缩成液态贮存在飞机 上。该物质具有较好的热稳定 性和化学惰性。当油箱需要惰 化时，控制系统打开惰化气体 流量控制器，大量的Halon1301 气体流向飞机燃油箱，使油箱 上部形成9l％以上的惰性气 体，保证飞机燃油箱在整个任 务过程处于安全状态。该方法 目前已在F—16、F一20等飞机上 使用。为了完善该技术，美国研 制出一种精密气体传感器，并 与燃油数字综合管理技术相结 合，使Halon1301气体按精确 需要供应给燃油箱，节省Halon 130l气体的消耗，在同等性能 条件下，减少了该系统在飞机 上的体积和重量。 3．燃油催化技术 该方法是从发动机引气， 并与燃油混合，在高温催化床 中催化。为满足飞机油箱的惰 化，一般飞机上装两个反 应器，在整个飞行阶段，反应器 连续工作，反应器的控制模式 保证恒定的燃油流量和引气流 量混合，当油箱需要惰化时，油 箱的压力信号器发出信号，油 箱开始喷射燃油，气流中的氧 ·航空科学技术·2005年第1期●少 万方数据 被消耗掉，在油箱上部形成惰 性的二氧化碳和一氧化碳满足 油箱的惰化要求。该方法在 A一5飞机上使用。 4．分子筛技术 引自发动机的增压空气经 过净化和压力调节后，进入分子 筛吸氧床组件中的一个吸氧床 上，吸氧床由吸氧沸石填充，具有 优鬼吸I恢氧气的功能。因此，来自 发动机的增压空气的氧气就被吸 附在沸石的面，输出的气体为 几乎不含氧气的富氮气体，直到 沸石表面能收集气体的地方都被 氧气占据。达到这种状态后，输出 气体中氮气的纯度可根据需要在 95％~99％之间，一部分富氮气体 经过处理后就可以流到燃油箱供增压和撇用，另—部分富氮 气体5l吸氧床流出后去冲洗另一 个趿氧床沸石匕所吸附的氧气并 排出，这—过程结束时，流量控制 阀将压缩空气送入另一吸氧床， 继续产生隋性气体，这两个乡子子 筛吸氧床不断相互交替工作或吹 洗，使富氮的惰}生气体源源不断 供应燃油箱，保证燃油箱的氧气 浓度低于9％。 5．膜分离技术 引自发动机的增压空气经 过净化和压力调节和温度调节 后，流过可透膜管路，利用氧气 和氮气在膜中的溶解度和扩散 系数的差别，使氧气和氮气在 膜中的渗透率有差异，在膜两 侧压力差作用下，渗透率相对 于氮气较高的氧气优先透过膜 在膜外富集，从而达到氧气和 氮气的分离，富氮气体通过管 道进入油箱使油箱惰化。 三、几种惰化技术的比较 1．液氮惰化技术 液氦惰化技术可以满足飞 机燃油箱对惰性气体瞬时大流 量的要求，但其重量较大，对飞 机的可用燃油量和飞机性能有 一定的影响，并且需要一套复 杂的后勤保障系统，成本高，效 率低。这些缺点对飞机而言是 不利的。 2．HaIio1301惰化技术 Halio130l惰化技术比较 成熟，应用较为广泛。它具有对 常用金属材料腐蚀性小、电绝缘 性好、不减少可用燃油量、重量 轻、效率高、安全可靠、维护简便 及成本低等优点，但它对地球臭 氧层破坏较大而被禁止使用。 3．燃油催化技术 用喷射燃油催化氧化法消 耗气流中的氧的方法与其他方 法相比，在重量、性能和后勤方 面有许多优势。其产生的二氧化 碳、一氧化碳和水蒸气对飞机的 燃油箱具有一定的腐蚀性，而且 由于它的分子结构，它也不能提 供全面的保护来抗击静电，还有 最大的问题在于其射流压力将 油箱底部沉积物冲起，在工作过 程中对燃油和飞机燃油系统所 造成较严重的污染。 4．分子筛技术 分子筛技术最大的优点是 在整个飞行过程中都可源源不 断地提供惰性气体供飞机燃油 箱使用，不受任何存贮容量的 限制。该系统产生的惰性气体 一部分供燃油箱正常使用，另 一部分经压缩后贮存在容器 内，当系统发生故障时，贮存在 ．．陟·航空科学技术·2005年第1期 容器内的惰性气体仍然可以满 足燃油箱的惰化要求，提高了 系统的可靠性，降低了系统的 工作时问。除此以外，还有寿命 长、重量轻的优点。但缺点是： 从飞机发动机的引气量较大， 当飞机处于非巡航状态时，引 气量和发动机的供气能力产生 一定的矛盾，对飞机性能有一 定的影响，而且，环境温度和介 质温度对分子筛组件性能影响 较大，使其工作可靠性降低。 5．膜分离技术 膜分离技术除拥有与分子 筛技术相同的优点外，膜分离技 术特别能生产含氧量更低的气 体。由于油箱中储存了大量的惰 性气体，因而当飞机在陕速下降 时，它可以减少对供气流量的需 求。在性能要求一定的情况下， 其引气量只有分子筛的一半，设 备重量和体积比分子筛小，并由 于分离过程无运动部件，其寿命 更长、可靠性更高。 四、结束语 飞机燃油箱惰化技术作为 一个新的设计思想，能够更好 地解决飞机的燃油箱爆炸问 题。惰化技术强调提高飞机的 利用率、安全性，产品的维护 性、可靠性，快速的灭火能力以 及经济性。 在美国，机载惰性气体产 生系统正在加紧研制。据资料 显示，美国空军已进行了供 KC—135飞机使用的机载惰性 气体产生系统的地面模拟试 验，并将分子筛惰性气体产生 装置和膜分离装置进行了对比 万方数据 空天一傩化 趋势 未来空巾力星发展 Integ陷teAirPowerWithSpaCePower ——TheTrendofFUtUreAirPower 军事交通学院 张 昕 孙协胜 摘要：本文通过分析空天一体化的理论发展过程、空天一体 化发展特点和发展趋势，说明空天一体化是未来空中力量的发展 趋势。 关键词：空天一体化未来战争 Il空中力量的发展历史来 ∥＼看，军事需求与技术进步 共同推动了空中力量的不断发 展，并使其成为世人瞩目的重 要军事力量。飞机自从1903年 诞生之日起，就被迅速地应用 到了军事领域，使得人类战场 的空间从陆地、海洋又扩展到 了天空。20世纪70年代之后， 随着军事高科技的发展，航天 技术开始崭露头角并得到了迅 速应用，人类争夺的战场也开 始由低层空间向外层空间延 伸，从而导致了航空力量随之 向外层空问拓展。在军事科技 形成有效的航天力量之前，空 中力量将逐渐过渡呈现出空天 一体化的趋势。 一、空天一体化理论的发展 过程 在航天技术还没有发展起 来的时候，天空是整个人类战 场的制高点，谁掌握了空中战 场，谁就掌握了战争的主动权。 第二次世界大战以后至 20世纪80年代初，世界格局 陷入冷战局面，以美国和前苏 联为代表的一些国家，开始了 大规模的军备竞赛，其竞赛范 围从陆地、海洋、天空直至扩展 到外层空问，制天权的理论也 随之诞生了。从1957年前苏联 发射第一颗人造地球卫星上 天，到美国的“高边疆”论和 “星球大战”计划，再到美国的 “国家导弹防御”(NMD)系 统，无一不反映了航天能力对 掌控未来战场的重要性。美国 航天司令部更是在其“2020年 设想”中称：“今天的军事作战 十分依赖于航天能力，在21世 纪将更加依靠航天能力”，并 且据美国国防信息中心报道， 美国防部2005财年有关军事 航天计划的预算高达124亿美 元。俄罗斯2000年制订的军事 学说中亦称：“未来战争将以 天基为中心”。航天技术使得 人类对战场空间的控制从制空 权提升到了制天权，外层空间 也随之取代了低层空间成为整 个战场的制高点。 试验，研制出可供运输机和直 升机使用的通用型机载惰性气 体产生系统。 在我国，由于某些条件制 约，飞机燃油箱的防火防爆技 术研究还十分落后，在防火防 爆技术应用和材料研究方面还 是一项空白。在今后发展中，我 国航空工业将要面临与解决大 量的问题，其中，飞机燃油系统 防火防爆性能是新时期我国飞 机性能能否达到世界先进水平 的关键技术之一。为尽快赶上 世界先进水平，应在综合考虑 的基础上，借鉴别人的先进经 验，并结合我国的实际情况来 确定研究方向，改变我国在这 一领域的落后状况。 ■ ·航空科学技术·2005年第1期●少 万方数据