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1富氮氣體需求量估算

進行富氮氣體分配方案設計，首先要確定富氮氣體的需求量。文獻采用微分計算方法，建立了燃油箱氣相空間沖洗惰化的數學模型。雖然該模型屬于單艙燃油箱模型，但可通過忽略多隔艙燃油箱內部結構，將多艙燃油箱作為單艙燃油箱來計算富氮氣體需求量，并作為初始輸入值。采用文獻所建數學模型，假設從21%氧氣濃度惰化至適航要求的12%，其惰化時間為7min，并基于燃油箱空載這一極限條件進行計算，獲得燃油箱惰化所需富氮氣體流量約為60．5kg/h。

2燃油箱隔區劃分

所謂燃油箱隔區指的是，由若干個相鄰燃油箱隔艙組成，相鄰隔區之間通氣孔面積相比于隔區內各油箱隔艙之間通氣孔面積小很多。對于民用飛機燃油箱而言，密封肋、半密封肋等通氣孔面積往往很小，不利于富氮氣體在油箱隔艙間的擴散。

3富氮氣體出口初步布置

由于燃油箱隔區內的富氮氣體擴散較為容易，在初始布置時，可根據隔區的劃分情況初步確定富氮氣體出口。如果忽略燃油箱隔區內的阻礙結構，可將每個隔區視為一個單艙燃油箱。原則上，在每個燃油箱隔區布置一個富氮氣體出口，并根據隔區的容積大小，通過在富氮氣體出口處加裝限流孔的方法分配不同的富氮氣體流量，即可滿足設計要求。對于中的燃油箱，為避開布置有通氣出口的隔艙以及便于富氮氣體快速擴散到各個隔艙，將隔區4的富氮氣體出口布置在中間隔艙8處。又由于隔區5內各隔艙容積較小而隔艙間通氣面積較大，可將富氮氣體出口布置在隔艙12處，以減少管路長度。研究的基礎上，建立了多隔艙燃油箱地面惰化數學模型。該模型采用壓差自動調整和分配的方式來判斷流經各隔艙的氣流方向和流量。本文采用上述數學模型對富氮氣體出口布置方式進行計算，得到燃油箱各隔艙內的平均氧氣濃度隨時間變化的關系可以發現，隔區3中經過惰化的氧氣濃度高于12%，這是由于隔艙3內的通氣孔使得富氮氣體排至艙外造成的。隔區4內有5個隔艙經過惰化的氧氣濃度高于12%，由于這5個隔艙離布置有富氮氣體出口的隔艙(艙8)位置較遠，隔艙間的肋板阻礙了富氮氣體的擴散。隔區5內有2個隔艙經過惰化的氧氣濃度高于12%，這是因為這2個隔艙同樣離布置有富氮氣體出口的隔艙(艙12)位置較遠，且隔艙19內布置有通氣出口。

4富氮氣體出口布置優化

對第3節中富氮氣體出口初步布置計算結果進行優化，首先，富氮氣體出口布置在艙12可以減輕管路重量。理論上稍微提高隔艙12的富氮氣體流量，即可使得隔區5內各隔艙的氧氣濃度滿足要求。其次，由于隔區4內各隔艙容積較大，艙間肋板對富氮氣體的擴散十分不利。因此，只需在隔區4內增加富氮氣體出口，以加快富氮氣體在隔艙間的擴散。因為管路要一直延伸到隔區5，必然經過隔區4，而增加富氮氣體出口不會增加較多管路重量。最后，由于提高了隔區4內富氮氣體擴散性，由隔區4進入隔區3的富氮氣體流量會增加。因此，隔區3的富氮氣體流量可基本保持不變?；谏鲜龇治鲞M行出口布置尋優，本文獲得的富氮氣體出口優化布置方式所示。采用文獻中數學模型對富氮氣體出口布置方式進行計算，獲得燃油箱各隔艙內的平均氧氣濃度隨時間變化的關系所示?？梢园l現，中的富氮氣體出口布置方案實現了在7min內，使每個隔艙的氧氣濃度從21%降低到12%的設計要求。值得注意的是，只需在隔艙12布置一個富氮氣體出口，即可滿足9號肋至17號肋之間隔艙的惰化需求。這樣一來，僅需要將惰化管路布置到隔艙12，即可減輕惰化管路重量。如果增加富氮氣體出口，會更加利于富氮氣體的擴散，進一步減小對富氮氣體的需求量，從而降低對發動機引氣量的需求。但是，富氮氣體出口的增加也會帶來管路重量的增加和系統構型的復雜化。所以，在富氮氣體出口布置方案詳細設計中，應從降低富氮氣體需求量和減少富氮氣體出口兩方面綜合考慮。

作者：郭軍亮周偉劉衛華單位：上海飛機設計研究院