民用飞机燃油箱防爆的综合分析研究

摘要

自上世纪五十年代末以来,全球范围内一共发生多起由飞机燃油箱燃烧而导致的事故,造成大量的人员伤亡以及飞机等设备财产的损失,并直接影响公众对航空业的信心。一系列的事故表明,燃油箱的燃爆事故会对飞机的运行安全产生重要影响。作为飞机庞大复杂系统的一个重要组成部分,燃油箱承担着存储燃油及调节重心等任务。在燃油箱内部,燃油蒸汽与空气混合形成易燃气体,当该混合气体处于燃烧极限范围内时,在油箱内部潜在点火源的作用下便会发生严重威胁飞机运行安全的燃烧或爆炸。
　　首先,本文根据着火三角形中的三个基本要素即可燃物、氧化剂以及点火源,结合航空煤油的燃烧极限、在气相空间内的蒸汽压力及闪点、飞机不同飞行状态下的氧气浓度情况、飞机燃油箱内的潜在点火源等因素,对燃油箱整体的可燃性、安全性进行了综合分析。
　　其次,本文运用气体爆炸理论的基本知识对气体爆炸冲击波的形成以及传播规律进行了分析,通过理论计算分别得到了1.3％,1.5%,1.8%三种体积比例条件下,航空煤油-空气混合气体的爆温、爆速、爆压、爆热、初始内能等相关爆炸参数。
　　最后,利用ANS YS/LS-D YNA软件建立了燃油箱的有限元模型,通过分析相关文献并结合前章计算得到的数据确定了作用于飞机燃油箱结构的载荷曲线,并研究了飞机燃油箱壳体在爆炸冲击作用下的形变特点以及燃油箱壳体上的等效应力分布情况:当受到气体爆炸载荷冲击时,油箱结构中壁面处的形变量要大于面与面结合处的变形量,当爆炸载荷下降时,处于弹性形变范围内的油箱结构位移量会有一定的下降;受到爆炸冲击时,油箱棱和顶点处的等效应力要大于壁面处,属于较容易受到破坏的位置,在设计阶段应予以适当加强以保证燃油箱的安全性。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容

第二章 飞机燃油箱燃烧要素分析

2.1 燃油箱可燃性分析

2.2 飞机燃油箱内的燃烧爆炸要素

2.3 航空煤油的属性

2.4 燃油箱燃烧爆炸的故障树分析

2.5 本章小结

第三章 航空煤油爆炸参数计算

3.1 引言

3.2 爆炸冲击波的形成

3.3 航空煤油蒸汽-空气混合气体爆炸参数计算

3.4 本章小结

第四章 油箱动态响应有限元分析

4.1 有限元分析简介

4.2 ANSYS/LS-DYNA介绍

4.3 燃油箱的有限元模型

4.4 爆炸载荷下油箱结构的响应分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文的主要工作

5.2 本文工作的不足与未来展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文