民機(jī)燃油箱沖洗惰化過(guò)程的工程計(jì)算與數(shù)值模擬研究.pdf

1、基于機(jī)載制氮系統(tǒng)(OBIGGS)的燃油箱惰化技術(shù)具有可靠性高、生命周期運(yùn)行成本低、后勤保障需求少等優(yōu)點(diǎn),它已經(jīng)成為美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)適航條例中推薦使用的民機(jī)燃油箱防爆技術(shù)。隨著“大飛機(jī)”重大專項(xiàng)的開(kāi)展,我國(guó)民機(jī)燃油箱惰化技術(shù)的研究已經(jīng)起步,在此背景下本文對(duì)民機(jī)燃油箱沖洗惰化過(guò)程的工程計(jì)算方法和數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　 本文在查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,詳細(xì)推導(dǎo)并建立了單艙無(wú)氧溢出、單艙有氧溢出和多艙地面沖洗惰化的計(jì)

2、算方法,并運(yùn)用Delphi7程序設(shè)計(jì)工具開(kāi)發(fā)了界面友好、使用方便的飛機(jī)燃油箱惰化工程計(jì)算軟件。運(yùn)用該工程計(jì)算軟件對(duì)單艙無(wú)氧溢出與有氧溢出情況進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算,另外又對(duì)不同氣體流通方式下的多艙地面惰化過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算。
　　 國(guó)內(nèi)外關(guān)于使用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法對(duì)燃油箱惰化流場(chǎng)進(jìn)行研究的文獻(xiàn)很少,因此本文對(duì)民機(jī)燃油箱惰化流場(chǎng)的CFD數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行了研究。根據(jù)燃油箱沖洗惰化過(guò)程的特點(diǎn),建立了一套燃油箱惰化流場(chǎng)數(shù)值模擬基本方法。以F

3、AA文獻(xiàn)中的單艙矩形燃油箱和波音747中央翼燃油箱為研究對(duì)象,分別對(duì)單艙和多艙燃油箱沖洗惰化流場(chǎng)的數(shù)值模擬方法進(jìn)行了研究與分析。將數(shù)值模擬結(jié)果與工程計(jì)算結(jié)果和FAA文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了CFD數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性和可行性。對(duì)單艙燃油箱CFD數(shù)值模擬結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn):用氧濃度相同的富氮?dú)怏w(NEA)沖洗時(shí),流量越大氣相空間氧濃度下降得越快,但達(dá)到12％氧濃度時(shí)的NEA需求量相同;對(duì)于任意濃度的NEA來(lái)說(shuō),其惰化率與體積置換次數(shù)(V

4、TE)成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系;不同的噴口、通氣口布置方式對(duì)平均氧濃度的變化規(guī)律幾乎沒(méi)有影響,而會(huì)對(duì)氣相空間內(nèi)的氧濃度分布情況產(chǎn)生影響。對(duì)多艙燃油箱CFD數(shù)值模擬結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn):沖洗惰化過(guò)程中,各個(gè)隔艙間的氧濃度差異較大,而各個(gè)隔艙內(nèi)的氧濃度趨于均勻,流出某隔艙的氣體的氧濃度近似等于該隔艙內(nèi)的平均氧濃度;當(dāng)通氣口相對(duì)于NEA進(jìn)口對(duì)稱布置時(shí)隔艙間流量能夠近似按照面積比進(jìn)行分配;而不對(duì)稱布置時(shí)分配情況比較復(fù)雜,不能簡(jiǎn)單地按照面積比確定。