飞机燃油箱气相空间平衡氧浓度理论研究

油箱上部空间平衡氧浓度的确定是设计机载油箱惰性化系统的基础。采用微元段计算方法,在考虑载油量、压力随飞行高度变化、燃油温度和燃油蒸汽压的情况下,建立了油箱上部气相空间平衡氧浓度的数学模型。首先将模型计算结果与文献公布的数据进行了比较,验证了模型的正确性。然后分析了不同因素对平衡氧浓度的影响。研究结果表明:不同燃油的氧氮溶解特性会对平衡氧浓度造成直接影响;平衡氧浓度与载油量有关,且不呈线性关系;燃油温度增加后,平衡氧浓度下降;此外,随着飞行高度增加,由于气相空间总压和氧氮分压下降,燃油的蒸汽压对平衡氧浓度的影响也越大。研究结果将为惰性化气体流量的估算和设计提供一定的理论基础。     

飞机燃油箱冲洗与洗涤惰化技术比较分析

在温度和压力为定常边界条件下,采用数值积分方法,建立了燃油冲洗和洗涤的数学模型,将模型计算结果与国外发表的实验数据进行了比较,验证了该模型的正确性;其次,考虑载油率和富氮气体流率等因素的影响,比较分析了冲洗和洗涤规律,并采用量纲一方法得出了更一般性的结论.研究结果表明,与冲洗相比,洗涤能显著减少燃油中含氧量,并且缩短了含氧量达到稳定的时间.在相同惰化效果下,冲洗和洗涤所需要的绝对体积置换次数与载油率呈线性关系;气相氧浓度高于10%时,洗涤惰化效果不如冲洗,相同惰化效果的洗涤耗气量相对要高.但是氧浓度低于10%时,则相反.随着载油率的增加,这种差距愈加明显.研究结果为飞机燃油箱惰化系统设计提供理论依据.     

考虑氧逸出的多舱燃油箱惰化理论研究

在考虑到氧逸出条件下,用数值积分的方法建立了多舱油箱燃油冲洗的数学模型。以波音747中心翼油箱为研究对象,对模型进行求解,得到了各舱氧浓度分布随着通风换气次数的变化规律。与已有文献的实验结果和计算结果对比发现,该模型具有较高的计算精度。用该模型研究了不同载油率和不同的通风形式下各舱的惰化效果。结果显示,随着载油率的下降,各舱达到给定氧浓度所需的换气次数增加。改变通风形式,对各舱惰化效果影响显著。提出在对多舱油箱进行冲洗惰化设计时,应将"最不利舱"的因素考虑在内。该研究可为多舱油箱惰化工程设计提供相应的支持,为通风系统的优化提供理论依据。     

民用飞机多舱油箱内惰性气体分布的研究

针对某种通风方式,对1/6比例的波音747中心翼油箱内的气流分布进行了可视化实验,得到了该油箱内气流分布的详细信息.建立三维数值模型,对不同Re数下的多舱气流分布进行了计算,经与实验结果对比显示二者吻合较好.通过数值模拟得到了各舱的流量分配系数,采用微元段的计算方法得到了各舱氧浓度的分布.对3种不同通风方式下的惰化效果进行了对比研究,提出“最不利舱氧浓度”的概念,认为对多舱油箱进行惰化系统的设计时,这一因素不容忽略.该研究可为多舱油箱惰化工程设计提供相应的支持,为通风系统的优化提供理论依据.     

单流和双流模式对燃油箱冲洗惰化过程影响

在简要描述燃油箱冲洗惰化工作过程的基础上,根据质量守恒方程,氧氮溶解逸出方程及气体通过孔口流动方程,建立了通用的多隔仓燃油箱数学模型,并给出了采用龙格库塔法求解的初始条件。选择一个具有4个隔仓燃油箱作为研究对象,并采用国产分离膜产生富氮气体,分别设计了单流和双流两种模式,对燃油箱进行冲洗惰化仿真计算,分析了燃油箱平均氧浓度和各个隔仓中氧浓度随飞行包线的变化关系。研究结果显示,两种模式均可以保证燃油箱上部气相空间平均氧浓度满足低于12%的要求。虽然单流模式较双流模式简单,但是单流模式中无法避免外界空气进入燃油箱,因此某些隔仓在俯冲下降阶段氧浓度会高于12%,而双流模式可在整个飞行阶段保证隔仓氧浓度不超标。     

机载膜空气分离装置分离特性

机栽膜空气分离装置的用途就是提供飞机油箱惰性化技术所需要的富氮气体.本文通过在地面建立惰化系统模拟试验台,对国内某厂生产的膜机载空气分离装置展开了较为系统的理论分析及试验研究.研究结果表明:(1)输入空气压力、输出产品气流量和海拔高度(环境背压)均对膜装置的分离性能有着重要的影响,尤其在低海拔高度下,当输入空气压力较低、而输出产品气流量要求较大时,该影响更为显著;(2)无论在什么海拔高度条件下,环境温度对膜装置分离性能均有一定影响;(3)输入空气温度对膜装置分离性能的影响较小.文章指出:在实际情化系统设计中,需综合考虑输入空气压力、输出产品气流量、海拔高度和温度等因素,采取恰当的流量和浓度变化规律,才能满足飞机油箱在整个飞行时段内的惰化技术要求.     

高温真空绝热板的制备及性能研究

根据真空绝热原理提出一种可在高温环境下使用的新型高温真空绝热板(High-temperature vacuum insulation panel,HT-VIP)。在多孔碳化硅泡沫芯材表面包覆多层碳纤维布,通过化学气相渗透(Chemical vapor infiltration,CVI)热解碳的方法对外壳碳纤维体进行增密,然后采用聚合物浸渍裂解(Polymer infiltration and pyrolysis,PIP)工艺制备玻璃碳对材料进行致密化处理,最后采用低压化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)工艺沉积SiC涂层对材料进行封装,制备出一种具有耐高温、密度低、强度高、低导热以及抗热冲击的新型高温真空绝热复合材料。制备的致密碳纤维增强复合材料,材料内部为真空状态,材料密度为0.81g/cm3,抗压强度为8.75 MPa。当温度为100~900℃时,高温VIP有效热导热系数从0.20 W/mK逐渐增加到1.16 W/mK,比C/C和C/SiC复合材料低一个数量级。     

使用液态化学循环的高热效率动力研究(英文)

要使碳氢燃油在常规燃烧循环中高效燃烧,需要非常高的温度,化学循环燃烧可以为大型动力装置提供一个可行的方法。在化学循环燃烧中,使用含氧介质分子来传输两个氧化还原反应之间的氧气,含氧介质在一个反应中被氧化,在另一个与燃油的反应中被减少。从燃烧残余物中分离出含氧介质可以借助于不同的物态,如果介质用钠、钾或锌,这是液态化学循环燃烧的显著优点。液态化学循环燃烧的原理是能量和熵的循环,在考虑用于分离氮和二氧化碳零部件效率、结合水燃气交换、以及用空气作为氧气源的情况下,高的热效率(35Pa下约75%)在理论上可以达到。     

膜分离器及其机载应用

为了满足飞机放火防爆要求，膜分离器作为机载油箱惰化系统的关键部件在国外军、民机已经装机使用，在国内膜分离器处于研制阶段，正逐步向军、民用飞机推广应用。分析了国内外现状，对膜分离器工作机理进行了阐述，详细论述了膜分离器研制过程中涉及到的膜材料、膜制备工艺、膜分离器，总结了影响膜分离器性能的主要参数；进行了膜分离器在机载惰化中应用的试验研究，总结了研发和应用中得到的经验，有利于膜分离器今后的研发和机载惰化中的应用。     

电弧风洞中基于TDLAS的气体温度和氧原子浓度测试

电弧风洞是对防热材料/结构进行地面考核的关键设备,其流场参数是评估设备性能和品质的关键数据。由于高温气流的恶劣环境,尚无有效诊断手段。本文使用可调谐二极管吸收光谱技术(TDLAS),针对气流中氧原子,选用氧原子特征吸收谱线(λ=777.2nm),测量了电弧风洞中水冷平头圆柱体模型脱体激波后的气体温度和氧原子数密度,试验测量与工程计算结果较为一致。试验显示出TDLAS具有高温电弧风洞应用的潜在优势。     

惰性气体?空气混合电弧流场特性研究

理论上小流率惰性气体添加到大流率空气电弧中不会影响对热防护材料的性能评估。采用控制电弧电流和惰性气体质量流率的方法,在电弧风洞实验平台上研究了分别在空气电弧中添加氦气（He）、氖气（Ne）、氩气（Ar）、氪气（Kr）等惰性气体?空气混合电弧的特性,测量了超声速喷管出口驻点热流密度、驻点压力和出口气流平均焓值等参数,分析了电弧电流、气体总质量流率、惰性气体质量流率占比等因素对流场特性的影响。实验结果表明:氦气质量流率占比11.46%、总质量流率0.2 kg/s、电弧电流1300 A条件下的氦气?空气混合电弧的出口气流平均焓值和热流密度分别比纯空气电弧增加了6.07%和1.02%;氖气、氩气和氪气等惰性气体?空气混合电弧在超声速喷管出口的焓值和驻点压力均低于纯空气电弧,且随混合气体总质量流率和电弧电流的增大而增大,其增大程度与添加气体介质的种类和质量流率占比有关。     

电弧加热器高温流场激光吸收光谱诊断

气流温度和组分粒子数密度是定量评估电弧加热器运行参数和流场品质的关键，常规测试手段难以适应电弧加热器内高温气流的恶劣环境，电弧加热器等离子体气流诊断研究一直缺乏有效手段。本研究应用激光吸收光谱技术，选用原子O（777.19nm）谱线，基于局部热化学平衡等离子体假设，对电弧加热器内高温离解空气（＞5000K）试验气流进行在线诊断。试验测得了总焓H₀=15.8，17.4MJ/kg 2组工况下，电弧加热器内等离子体气流温度和原子O粒子数密度。2组工况获得平均气流温度分别为5843和6047K，对应高温平衡气流表获得气流温度为5950和6335K。测得加热器运行稳定后2组工况的原子O总粒子数密度在（1.1~1.2）×1018cm-3之间，低能级5S₂0粒子数密度在（1.0~1.6）×1010cm-3之间，2组工况原子O总粒子数密度的差异与NASA-CEA平衡计算结果一致，验证了电弧加热器气流局部热力学平衡假设的有效性。本研究工作验证了激光吸收光谱技术可作为高焓电弧加热器常规诊断手段。     

两相脉冲爆震火箭发动机性能实验

为了获得脉冲爆震火箭发动机(PDRE)的性能参数,采用液态煤油为燃料、氧气为氧化剂、压缩氮气为隔离气体,进行了一系列多循环爆震实验.使用孔板流量计测量煤油流量,使用集气法测量氧气流量,使用动态压电式压力传感器测量r爆震室轴向的沿程压力,使用火焰温度及水蒸气浓度红外光谱测量仪测量爆震管出口平面的尾焰温度,使用动态压电式推力传感器测量PDRE所产生的瞬时推力.实验获得PDRE不同频率下的平均推力和比冲.实验结果表明:爆震压力和温度随着工作频率的变化而有所变化,填充系数对于PDRE比冲大小有着显著影响.采用爆震室部分填充的策略,可以显著地提高发动机比冲.