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。     

二氧化碳在RP-3航空燃油中扩散系数实验

基于压力降落法原理,搭建扩散系数测试实验装置,测试了29815K时CO2在水中的扩散系数并与文献值比较,验证了实验系统的可靠性。实验测定了密闭容器中28315～33315K时CO2 RP 3燃油体系中的压力随时间的变化值。实验测量曲线与数值拟合曲线完全稳合,计算得出不同温度下气体在燃油中的扩散系数值为10-8m2/s数量级。由实验结果可知:气体扩散系数与温度之间符合化学反应阿伦尼乌斯定律,由此根据已有扩散系数值可建立CO2在RP 3燃油中扩散系数预测模型。采用25315、26315K和27315K时3组实验数据来验证模型的准确性,结果显示实验数据符合预测模型方程,模型具有一定的外延性。      

基于AMESim的直升机机载蒸发循环系统动态仿真

为得到直升机机载蒸发循环制冷系统性能动态变化过程,校核是否满足设计要求,文章以国内某直升机为例,基于AMESim仿真平台搭建了制冷系统及座舱的热模型,并通过试验验证了系统的可靠性。在地面初始温度分别为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃时,计算得到地面与飞行两种状态下,舱内空气的温、湿度,以及系统制冷量及性能系数随时间的动态变化关系。结果表明:地面状态时,制冷系统在开机20 min后性能达到稳定,且座舱最终温、湿度分别为27℃、60%,满足舒适性指标;在飞行状态下,系统系能受飞行高度影响较大,且海拔越高,系统性能系数越大。建立的仿真模型可以很好地预测在任务剖面下,直升机制冷系统动态变化,为系统的校核及优化提供借鉴。     

飞行包线下燃油箱耗氧型催化惰化系统性能研究

为给新型耗氧催化惰化系统部件设计提供输入参数,在提出低温可控耗氧催化惰化系统流程基础上,以燃油箱出口抽吸流量为基准,基于质量守恒和能量守恒方程,建立了系统流程模型。以中央燃油箱为对象,仿真研究了全飞行包线下惰化系统的重要性能变化,以及关键参数对其影响。结果表明:惰化系统可以有效降低氧体积分数,如在初始满载、催化效率0.5、风机抽吸流量60 L/min条件下,24 min后氧体积分数即降至12%以下;在飞行过程中,燃油箱气相氧氧体积分数在下降及进场阶段上升,其他阶段均呈下降趋势;催化效率越高、风机抽吸流量越大,所需惰化时间越小,且催化效率一定时,达到相同惰化时间,初始空载时所需风机抽吸流量最大。应按最不利的空载工况来设计耗氧型催化惰化系统。      

双齿气体循环泵基本几何理论和容积计算

以数学几何理论为基础,通过坐标变换和包络条件推导了阴阳转子的基本型线方程,建立了双齿气体循环泵的数学模型。研究了阴阳转子相互啮合时啮合点位置随阴转子转角的变化关系。采用了线积分的计算方法推导出工作容积的基元面积随转角的变化关系,可简化工作容积的计算难度。结果表明:在转角为0和π的时候,阴阳转子会形成一个封闭的无效区域导致了工作腔的基元面积随转角变化过程中的突升和突降。在吸气结束时,由于吸气腔相较于排气腔多了一个与吸气口相连的部分导致了基元面积的突降。这些基本几何理论的建立可为双齿气体循环泵的应用打下一定的理论基础。     

气体分配方式对民机多隔仓燃油箱惰化的影响

在假设燃油箱整体和各隔仓无质量堆积的前提下,建立了一种可根据压力差自动确定流动方向和流量的数学模型,并给出了迭代法计算的步骤,然后采用微元法获得了惰化过程中各隔仓体积氧浓度随换气次数的关系.以波音747中央翼油箱为对象,与国外文献中公布的实验数据进行了对比,验证了所建模型有较高的计算精度.以国产某型客机中央翼燃油箱为研究对象,给出了4种不同的富氮气体进气孔设置及2种气体分配方式,比较了它们对惰化过程的影响,结果显示,将富氮气体按体积平均方式通入所有的隔仓具有最好的惰化效果,而将进气孔口设置在外侧隔仓并单独进气的惰化效果最差,而且在中部对称位置的隔仓上设置进气孔优于非对称位置设置进气孔.     

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.     

机载制氮系统中空纤维膜分离特性

采用微元方法建立了机载制氮系统中空纤维膜数学模型,并使用龙格-库塔法对其进行了数值计算,与实验数据进行对比后显示,误差不超过10%.然后分析了单位膜面积进料量、膜丝(membrane fiber)内外压比和氧氮渗透比其对产品气氧体积分数和制氮效率的影响.结果表明:增加单位膜面积进料量虽然可提高制氮效率的增加,但是会显著降低产品气中氮的体积分数,因此需要采用合适的流程设计以克服此缺点.压比和氧气渗透系数的增加均会使氧体积分数与制氮效率减小,但是提高渗透比对制氮效率影响不大,因此对于气体分离过程是有利的.通过计算模型及实验数据,分析了中空纤维膜分离理想度随压比和温度的变化关系,结果显示压力对理想度影响较大,随着压力增加,实际分离过程与理论值偏差趋大,而温度对理想度影响较小.