某民用运输机中央翼燃油箱惰化特性的数值研究

摘要

飞机燃油箱的防火抑爆能力直接关系到飞机生存能力和乘客生命财产安全。燃油箱气相空间冲洗惰化技术，是通过向燃油箱气相空间充入富氮气体，将飞机燃油箱气相空间混合气体中氧浓度值控制在安全氧浓度范围以内，从而实现飞机燃油箱防火抑爆的技术。
　　 本文以国产某民用运输机中央翼燃油箱为研究对象，通过计算流体动力学(CFD，ComputationalFluidDynamics)方法建立了飞机燃油箱气相空间冲洗惰化理论模型。在所建立模型基础上，对所研究中央翼油箱进行了地面和全程冲洗惰化过程的仿真计算，分析富氮气体进气方式、入口参数（流量和浓度）、载油率、通气口压力和燃油消耗率等因素对燃油箱惰化流场空间分布的影响规律。
　　 首先，对地面某中央翼燃油箱冲洗惰化过程进行模拟计算，研究不同富氮气体进气方式、入口参数和载油率对燃油箱惰化特性的影响规律。计算结果显示:完成惰化所需富氮气体量与富氮气体进气方式、浓度和载油率有关，与富氮气体流量无关;影响体积置换次数(VTE，VolumetricTankExchange)的因素主要是富氮气体进气方式和浓度，富氮气体流量和载油率对体积置换次数无影响。
　　 其次，在最短验证性飞行包线下，对空载某中央翼燃油箱全程冲洗惰化过程进行模拟计算，重点研究俯冲阶段通气口压力变化对燃油箱惰化特性的影响规律。计算结果显示:由于俯冲阶段通气口压力升高，通气口所在油舱平均氧浓度值出现明显回升，适当改变富氮气体进气方式和增大富氮气体流量，可以减小或消除平均氧浓度值回升。
　　 最后，在延长验证性飞行包线条件下，对载油某中央翼燃油箱全程冲洗惰化过程进行模拟计算，研究液面变化对燃油箱惰化特性的影响规律。研究结果显示:由于燃油消耗巡航阶段和俯冲阶段燃油箱平均氧浓度值升高，以最大俯冲增压流量对燃油箱进行增压，可以抵消由于燃油消耗所产生的压降，同时伴随惰化完成，燃油箱气相空间氧浓度空间分布趋于均匀。

目录

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摘要

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注释表

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 飞机燃油箱机载惰化技术研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 国内外研究的不足

1．3 机载制氮惰化技术

1．4 CFD技术的优越性

1．5 本文主要研究内容

2 燃油箱冲洗惰化及仿真技术的相关理论模型

2．1 燃油箱气相空间冲洗惰化原理

2．2 燃油箱流场数值仿真过程概述

2．3 飞机燃油箱惰化过程模拟的基本假设

2．4 富氮气体冲洗惰化过程中的数学模型

2．4．1 基本控制方程

2．4．2 组分扩散方程

2．5 燃油箱惰化流场的数值计算方法

2．5．1 燃油箱惰化流场数值格式的确定

2．5．2 燃油箱惰化流场速度压力耦合数值算法的确定

2．5．3 燃油箱惰化流场边界条件的确定

2．5．4 时间步长的设定方法

2．6 某民用运输机中央翼燃油箱结构及特性分析

2．6．1 基本结构

2．6．2 中央翼油箱燃油盛载特性

2．7 数值计算和工程算法的对比分析

2．7．1 几何模型的建立和网格的生成

2．7．2 计算结果的对比分析

2．8 本章小结

3 不同进气参数对地面冲洗惰化规律的影响

3．1 不同富氮气体进气方式对惰化流场的影响

3．1．1 燃油箱内氧浓度空间分布的对比分析

3．1．2 油箱内平均氧浓度的分布

3．1．3 油箱惰化所需富氮气体量

3．2 不同流量入口参数对惰化流场的影响

3．3 不同浓度入口参数对惰化流场的影响

3．4 不同载油率对惰化流场的影响

3．5 本章小结

4 空载中央翼燃油箱全程冲洗惰化特性的数值研究

4．1 飞行任务包线

4．2 通气口压力

4．3 俯冲增压富氮气体流量的计算

4．4 无富氮气体冲洗燃油箱内流场分布

4．5 全程冲洗惰化规律的研究

4．5．1 不同冲洗流量下全程冲洗惰化仿真结果的对比分析

4．5．2 不同进气口布置方式下全程冲洗惰化仿真结果的对比分析

4．6 本章小结

5 载油中央翼燃油箱全程冲洗惰化特性的数值研究

5．1 计算条件及动网格技术

5．1．1 计算边界条件

5．1．2 飞行任务包线及燃油消耗量

5．1．3 动网格技术

5．2 无富氮气体冲洗燃油箱内流场分布

5．3 液面变化对惰化流场空间分布的影响规律

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 工作展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

参考文献