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1飛機(jī)燃油箱惰化技術(shù)及應(yīng)用

目前惰化技術(shù)主要有：液氮惰化技術(shù)、海倫1301惰化技術(shù)、燃油催化技術(shù)、分子篩技術(shù)和膜分離技術(shù)。液氮惰化技術(shù)主要是在每次飛行前，地面人員通過(guò)液氮灌充系統(tǒng)將液態(tài)氮儲(chǔ)存在飛機(jī)的貯存罐中，當(dāng)飛機(jī)油箱需要惰化時(shí)，飛行員打開(kāi)液氮開(kāi)關(guān)，具有一定壓力的液氮經(jīng)過(guò)溫控器轉(zhuǎn)變成氮?dú)膺M(jìn)入油箱中，使得油箱內(nèi)氧氣濃度低于9％，達(dá)到油箱惰化目的。海倫1301惰化技術(shù)是利用海倫1301較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，將液態(tài)海倫1301貯存在飛機(jī)上，在油箱需要惰化條件下，控制系統(tǒng)使大量海倫1301進(jìn)入油箱，使油箱上部充滿(mǎn)惰性氣體。為了完善該技術(shù)，美國(guó)還研制了一種精密氣體傳感器，它可與燃油數(shù)字綜合管理技術(shù)相結(jié)合，使Halon1301氣體能按精確需要供給燃油箱，這也就相當(dāng)于在同等性能條件下，節(jié)省了Halon1301氣體的消耗，從而減少了Halon1301貯存系統(tǒng)的體積和重量。燃油催化技術(shù)是將發(fā)動(dòng)機(jī)引氣與燃油混合，在高溫催化床中催化。當(dāng)油箱需要惰化時(shí)，油箱的壓力信號(hào)器發(fā)出信號(hào)，油箱開(kāi)始噴射燃油，氣流中的氧被消耗掉，在油箱上部形成惰性的二氧化碳和一氧化碳來(lái)滿(mǎn)足油箱惰化要求。分子篩技術(shù)主要是利用吸氧沸石吸收氧氣的功能使得發(fā)動(dòng)機(jī)引氣成為幾乎不含氧氣的富氮?dú)怏w，再輸入到油箱中達(dá)到惰化目的。但它存在著引氣量較大、環(huán)境溫度和介質(zhì)溫度對(duì)分子篩組件性能影響較大、工作可靠性低等缺陷。目前波音737NG飛機(jī)，主要采用膜分離技術(shù)達(dá)到油箱惰化的目的，使來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓空氣經(jīng)過(guò)凈化、壓力調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)后，流過(guò)可透膜管路，利用氧氣和氮?dú)庠谀ぶ械娜芙舛群蛿U(kuò)散系數(shù)有差別，從而使氧氣和氮?dú)庠谀ぶ械臐B透率有差異，在膜兩側(cè)壓力差作用下，滲透率相對(duì)較高于氮?dú)獾难鯕鈨?yōu)先通過(guò)膜，在膜外富集，從而使氧氣與氮?dú)夥蛛x，然后只讓富氮?dú)怏w進(jìn)入中央油箱。

2ngs系統(tǒng)工作原理

NGS系統(tǒng)主要使用膜分離技術(shù)，將引自發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣分為富氮?dú)怏w和富氧氣體，然后將富氮?dú)怏w充入油箱，置換油箱中的空氣，將油箱內(nèi)氧氣含量降至9％以下，它可以在整個(gè)飛行過(guò)程不斷地提供惰性氣體，從而達(dá)到防火防爆的目的。NGS系統(tǒng)由熱控組件、空氣分離系統(tǒng)、富氮空氣分配系統(tǒng)（NEADS）組成。如圖1所示，NGS系統(tǒng)使用來(lái)自左側(cè)氣源總管的引氣為中央油箱供氣。引氣流經(jīng)熱控組件后被調(diào)節(jié)為合適壓力與溫度的空氣，之后再經(jīng)過(guò)空氣分離系統(tǒng)將富氮空氣分離出來(lái)，隨后被輸送入分配系統(tǒng)，并通過(guò)中央油箱左邊爬升活門(mén)的噴嘴進(jìn)入到中央油箱中。同時(shí)，NGS系統(tǒng)控制器通過(guò)收集處理飛機(jī)系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)來(lái)控制NGS系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2．1熱控組件

TCU用于調(diào)節(jié)來(lái)自氣源總管熱引氣的壓力和溫度，并除去引氣中含有的雜物。TCU主要由以下部件組成：壓力傳感器NGS關(guān)斷活門(mén)熱交換器沖壓空氣活門(mén)NGS氣濾氣濾壓差電門(mén)溫度傳感器熱電門(mén)超溫關(guān)斷活門(mén)OTSOV。來(lái)自左側(cè)氣源總管的引氣流經(jīng)關(guān)斷活門(mén)之后進(jìn)入臭氧轉(zhuǎn)化器，引氣中的臭氧在轉(zhuǎn)化器的作用下變?yōu)檠鯕庖苑乐钩粞鯇?duì)空氣分離組件ASM（AirSeparationModule）的損害。隨后熱交換器將引氣溫度調(diào)整為華氏160"10度，經(jīng)過(guò)氣濾過(guò)濾之后再進(jìn)入空氣分離組件。TCU工作過(guò)程中，壓力傳感器將引氣壓力信號(hào)傳遞給NGS控制器，NGS控制器根據(jù)引氣壓力大小調(diào)節(jié)關(guān)斷活門(mén)的開(kāi)度進(jìn)而控制進(jìn)入系統(tǒng)的氣體壓力。位于熱交換器下游的溫度傳感器將氣體溫度信號(hào)發(fā)送到控制器，控制器根據(jù)氣體溫度調(diào)節(jié)沖壓空氣活門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)整熱交換器的冷卻效率，達(dá)到控制氣體溫度的目的。超溫電門(mén)通常處于閉合狀態(tài)，作為備用部件用于防止空氣分離組件（ASM）超溫情況的發(fā)生，當(dāng)引氣溫度達(dá)到華氏270"10度時(shí)，電門(mén)斷路，控制器接受超溫電門(mén)斷開(kāi)信號(hào)后控制超溫關(guān)斷活門(mén)關(guān)閉。

2．2空氣分離系統(tǒng)

空氣分離系統(tǒng)主要由空氣分離組件ASM、高流量活門(mén)和氧氣傳感器組成，用于將引氣中的氧氣、二氧化碳和水分子分離出來(lái)，從而得到氮?dú)獗壤^高的富氮空氣?？諝夥蛛x組件ASM是整個(gè)NGS系統(tǒng)的核心部件，它是由中空纖維膜構(gòu)成的空氣分離裝置。中空纖維膜是一種高分子聚合物膜。氣體分子在聚合物基質(zhì)中會(huì)發(fā)生溶解和擴(kuò)散，由于各種氣體分子在膜中的溶解度和擴(kuò)散數(shù)的差異導(dǎo)致了不同氣體在膜中相對(duì)滲透速率不同。當(dāng)混合氣體在膜兩側(cè)壓力差作用下滲透速率相對(duì)快的氣體如水、氧氣等迅速透過(guò)中空纖維膜壁而被放掉，而滲透速率較慢的氣體如氮?dú)?、氬氣等被滯留在中空纖維內(nèi)而被富集，當(dāng)氣體流經(jīng)空氣分離組件時(shí)，薄膜將氧氣、水和二氧化碳分離出來(lái)并通過(guò)富氧空氣管道排出，而富氮空氣側(cè)進(jìn)入中央油箱。在不同的飛行階段，高流量活門(mén)控制著流入中央油箱的氣體流量，進(jìn)而達(dá)到減少發(fā)動(dòng)機(jī)引氣、延長(zhǎng)部件壽命和減少下降階段油箱空氣進(jìn)氣量的目的。氧氣傳感器用于檢測(cè)空氣分離組件出口的氧氣濃度和絕對(duì)壓力，并將信號(hào)匯總以電流形式輸送給控制器，進(jìn)而檢測(cè)空氣分離組件的性能狀況。

3富氮空氣分配系統(tǒng)

主要用于將富氮空氣輸送到中央油箱，部件主要是：分配管道、排放堵頭、浮子活門(mén)、交輸通氣單向活門(mén)、防反流單向活門(mén)、絕緣隔離軟管、阻焰器、噴嘴。如圖3所示，來(lái)自空氣分離系統(tǒng)的富氮空氣通過(guò)安裝在油箱通氣管中的噴嘴進(jìn)入中央油箱。為了防止靜電造成油箱爆炸，分配系統(tǒng)中還安裝絕緣隔離軟管與阻焰器相連。在空氣分離組件（ASM）下方有一個(gè)排放堵頭由于檢查分配管道中燃油及其他油液的滲漏情況。

4NGS控制器

NGS系統(tǒng)控制器收集、處理來(lái)自飛機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并給NGS系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的工作?？刂破靼惭b于前貨艙后部?？刂破魍ㄟ^(guò)收集飛機(jī)相關(guān)系統(tǒng)的信號(hào)來(lái)調(diào)整NGS系統(tǒng)的工作狀態(tài)：當(dāng)飛機(jī)在空中、雙發(fā)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、貨艙煙霧探測(cè)組件處于正常狀態(tài)、空調(diào)組件沒(méi)有超溫和中央油箱加油活門(mén)關(guān)閉時(shí)，NGS控制器打開(kāi)關(guān)斷活門(mén)，NGS系統(tǒng)工作；當(dāng)上面的條件任何一個(gè)不滿(mǎn)足的話，NGS關(guān)斷活門(mén)就會(huì)關(guān)閉，系統(tǒng)停止工作。在NGS系統(tǒng)工作過(guò)程中，控制器接收來(lái)自相關(guān)傳感器的信號(hào)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，我們可以看出，壓力傳感器、高度傳感器、溫度傳感器等元件將感受到的信號(hào)發(fā)送給控制器，控制器根據(jù)信號(hào)完成對(duì)關(guān)斷活門(mén)、高流量活門(mén)、沖壓活門(mén)開(kāi)度等部件情況的調(diào)整，進(jìn)而使得整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

作者：王光王龍山單位：東航空股份有限公司