Experimental comparison between aircraft fuel tank inerting processes using NEA and MIG

Fuel tank inerting technologies are able to reduce the fire risk by injection of inert gas into the ullage or fuel, the former called ullage washing and the latter fuel scrubbing. The Green On-Board Inert Gas Generation System（GOBIGGS） is a novel technology based on flameless catalytic combustion, and owning to its simple structure and high inerting efficiency, it has received a lot of attentions. The inert gas in the GOBIGGS is mainly comprised of CO2, N2, and O2（hereinafter, Mixed Inert Gas（MIG））, while that in the On-Board Inert Gas Generation System（OBIGGS）, which is one of the most widely used fuel tank inerting technologies, is NitrogenEnriched Air（NEA）. The solubility of CO2 is nearly 20 times higher than that of N2 in jet fuels,so the inerting capability and performance are definitely disparate if the inert gas is selected as NEA or MIG. An inerting test bench was constructed to compare the inerting capabilities between NEA and MIG. Experimental results reveal that, if ullage washing is adopted, the variations of oxygen concentrations on the ullage and in the fuel are nearly identical no matter the inert gas is NEA or MIG. However, the ullage and dissolved oxygen concentrations of MIG scrubbing are always higher than those of NEA scrubbing.

发动机可变组分进气系统的膜气体分离特性

研制了一种膜气体分离装置,分别进行压力模式和真空模式实验,研究了富氧气流和富氮气流的分离特性。研究表明,压力模式具有气体成分浓度与流量反比关系,利于富氮气流制备调节;真空模式具有富氧气流浓度与流量正比关系,富氮气流的流量和浓度基本不变,利于富氧气流制备调节。其中,供气压力、吸气真空度和分离膜两侧压差起到决定性作用,温度具有重要影响。因此,需要多项因素融合,实现流量与浓度协同,才能满足发动机进气工况要求。

机载膜空气分离装置分离特性

机载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:在实际惰化系统设计中,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。

油箱惰化流量需求计算方法研究

根据燃油箱气相空间中各气体组分混合特性,采用数值积分方法,在综合考虑油箱载油率、环境温度、燃油中气体溶解度、燃油蒸汽及富氮气体浓度等因素的条件下,建立油箱惰化数学模型,并通过相关文献中的实验数据验证了该模型的正确性。在此基础上,分别对飞机滑行-爬升和俯冲-下降阶段的惰化流量需求开展研究,并分析了载油率、富氮气体浓度、温度等因素对惰化流量需求的影响。本文的研究成果可为飞机油箱惰化系统设计提供理论支持。

不同温控模式下直升机惰化系统性能对比

以某直升机机载中空纤维膜惰化系统为研究对象,设计了电控阀控温和变频风扇控温2种系统。基于AMESim平台以分离膜数学模型计算数据为基础,搭建机载惰化系统,在飞行包线下,研究了2种温控模式的控温效果、不同飞行阶段的惰化系统性能变化及关键参数对其影响。计算结果表明:电控阀控温系统在整个飞行过程均能将引气温度维持在目标温度90℃,在起飞之后富氮气体(NEA)氮体积分数全程维持在91.5%~96.4%之间,所需引气流量为40~243 kg/h,空载燃油箱气相空间氧体积分数可在180 s内降至9%,且保持全程低于9%;变频风扇控温系统在满足爬升、加速、俯冲高温阶段控温惰化要求的选型前提下,在低速、高速巡航阶段,引气被过度冷却至0℃左右,虽然所需引气流量低至26 kg/h,但NEA氮体积分数大幅下降至81%,燃油箱气相空间氧体积分数高达18%,在巡航阶段,飞行速度越大,引气温降越大,且巡航高度越低,为满足控温效果所需的最低巡航速度越低。

多隔舱燃油箱惰化流场的数值模拟与分析

根据多隔舱燃油箱的特点,建立了适用于多隔舱燃油箱惰化流场的数值模拟方法.将数值模拟结果与工程模型结果及国外文献中的实验数据进行了对比,验证了该方法的正确性.通过对各个隔舱内氧气体积分数分布的分析发现,惰化过程中,各个隔舱内的氧气体积分数趋于均匀,流出某隔舱的气体的氧气体积分数近似等于该隔舱内的平均氧气体积分数.将数值模拟得到的两种流通方式下隔舱间气体体积流量分配情况与隔舱间流通面积比进行对比发现,当通气口相对于富氮气体进口对称布置时隔舱间体积流量能够近似按照面积比分配,而不对称布置时分配情况比较复杂,不能够简单地按照面积比确定.