月18號審核版導師定

NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceTheoreticalStudyoftheoxygenconcentrationonaircraftfuel controllingtechnologyAThesisMan-Machine&EnvironmentEngineeringAdvisedbyProf.LiuWeihuaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterof 飛機油箱燃燒是當前航空安全的主要問題之一，對飛機燃油系統(tǒng)開展防火抑爆設相關文獻資料的基礎上，本文按物理-化學組成、熱物理-化學性質(zhì)、可燃因素研究等內(nèi)容系統(tǒng)R3R3R3R3燃油的（1R3燃油的可燃下限影響甚微，但對其可燃2）R3燃油的可燃上、下限均無影響，但它在一定程（3）RP3（4）R3燃油的最小氧濃度及油箱惰化時所需的最小氮氣濃度。FAA結果的主要因素研究，并采用正交實驗法對諸因素大小進行了分析和比較；與此同時，本文研究成果不僅具有填補國內(nèi)研究空白的重大科學意義，而且具有滿內(nèi)飛機研制迫Aircraftfireandexplosionofthefuel capacityisanimportantfactorthatmustbeconsideredbythedesignoftheaircraftfuelsystem,andtheneedtolimitaircraftfuel fromtheignitionsource,flammablevaporconcentrationandtheoxygenconcentrationtostart.In2008,FAAproposedtoassessthefuelcombustibleexposuretime,thismethodfocusesontheassessmentoftheflammabilitylimitofthefueltemperatureandfuel,flammablefueltogaintheexposuretime.Thisarticleisbasedonthisapproachtostudy.Firstofall,fromthephysicalandchemicalaspectsofthegeneralphysicalandchemicalpropertiesaswellasthermalphysicalandchemicalproperties,suchasadetailedysisoftheperformancecharacteristicsoftheRP-3,comparedwithforeignphysicalpropertiesofJetAfuel,bothalthoughmanystudieshaveshownthatrelativelysimilarperformancecharacteristics,butstillcannotreplaceeachother.ThenthispaperbasedonthebasicphysicalandchemicalpropertiesoftheRP-3,qualitativeysisoftheimpactfactorsoftheRP-3flammablelimit,andthendiscussthecalculationmethod,calculatetheflammablelimitsweresubstitutedintothevariousphysicalpropertiesoftheRP-3JetAdcalculationmethod,thelongitudinalcomparativeysisofthedifferentcalculationmethodsofRP-3obtainedthecombustiblelimit,anditsrelationshipwiththeflammablelimitunderthedifferentcalculationmethodsofJetAtransversecomparativeysisfoundthatusingDagautthreecomponentmodelmaybedeterminedfortheRP-3fuelsubstitute,andthuscanbemoreaccurayobtainedRP-3ofthecombustiblelimit,andhasalargergapintheflammablelimitoftheflammablelimitwithJetA,JetAfurtherdescriptionisnotreplaceRP-3.Respectively,thetemperatureandpressure.RP-3flammablelimittheimpactofthesaturatedvaporpressure,ignitionenergy,oxygen,inertgasandotherfactors,anditsinfluenceofoxygenandnitrogenisattributedascombustibleFIGestablishedontheRP-3combustiblerelationshipdiagram,throughtheestablishedRP-3combustiblediagram,notonlycanbeobtainedatvariouspointsoffuelvapor,oxygenandnitrogencompositionratiocanalsobedeterminedbycombustibleFIGrequiredminimumnitrogencontentintheRP-flammablelimit,theminimumoxygenconcentrationandthe ExposuretimeMonteCarloprogrambasedonthephysicalpropertiesoftheRP-3fuel,flammableandcombustiblelimittheuseofFAAassessmentgivencombustible,andysisatmospherictemperature,Machnumber,the umflightdistanceoffuelrate,coefficientofrestitution,cruisingaltitude,thermaltimeconstantandbalancedtemperatureandotherfactorstheleveloftheimpactofvariousfactorsontheprincipleofcombustibleexposedtheimpactofthetime,whiletakingadvantageoftheorthogonalexperiment,andfinallygettheMachnumberandthebalancetemperaturedifferenceofcombustibletimeexposureassessmentresultsthegreatestimpact.Finally,anewturbopropregionalaircraftfuelcombustibleassessmentoftheexposuretime,andorthogonalmethodtoimprovetheassessmentresults.: inerting;flammability;flammablelimit;flammablediagram; 摘 目 圖表注釋 縮略 第一章緒 研究現(xiàn) 第二章國產(chǎn)RP-3燃油性能特征研 RP-3燃油物理-化學組 RP-3燃油的一般物-理化學性 分子 粘 RP-3燃油熱物理化學性 燃燒 熱 閃 點火 本章小 第三章國產(chǎn)航空燃油可燃性與可燃極限研 概 國產(chǎn)RP-3燃油可燃極限及影響因素研 RP-3燃油與JetA燃油物理組分的對 不同計算方法下，RP-3燃油與JetA燃油可燃極限的比 RP-3燃油可燃極限影響因素研 本章小 第四章油箱可燃性評估方法與影響因素分 概 小 第五章總結與展 總 展 參考文 攻讀期間（錄用）情 圖表圖1.1可燃區(qū)域隨高度變化關 圖1.2平衡狀態(tài)下燃油溶解氧濃度隨溫度變化關 圖1.320℃下空氣和氧在燃油中的溶解度與壓力的關 圖1.4不同激勵方式對溶解氧逸出速率的影 圖2.1RP-3號燃油的餾程曲 圖2.2RP-3燃油密度隨溫度變化關 圖2.3RP-3燃油運動粘度隨溫度變化關 圖2.4RP-3燃油表面張力隨溫度變化關 圖2.5RP-3燃油氣體溶解度隨溫度變化關 圖2.6RP-3燃油氣體溶解度隨密度變化關 圖2.7RP-3燃油氣體溶解度隨壓力變化關 圖2.8氣液比為4時RP-3燃油蒸汽壓隨溫度變化關 圖2.9RP-3燃油氣化潛熱隨溫度變化關 圖2.10RP-3燃油定壓比熱隨溫度變化關 圖2.11導熱系數(shù)隨溫度變化關 圖3.1飛機燃油箱起火三角 圖3.2飛機燃油箱起火關系 圖3.3可燃蒸汽可燃上限和下限隨溫度變化的規(guī) 圖3.4可燃蒸汽的可燃極限隨壓力的變 圖3.5可燃蒸汽的含量對可燃混合物點火所需的火花能量的影 圖3.6可燃蒸汽的可燃極限 圖3.7空氣中甲烷的可燃性極 圖3.8JetA的可燃極 圖3.9RP-3和JetA可燃極限對 圖3.10不同壓力下RP-3的可燃極限隨溫度的變化規(guī) 圖3.11不同溫度下RP-3的可燃極限隨壓力的變化規(guī) 圖3.12飽和蒸汽壓對RP-3可燃極限的影 圖3.13點火能對RP-3可燃下限影 圖3.14點火能對RP-3可燃上限影 圖3.15氧氣含量與可燃上限的關 圖3.16氮氣氣含量與可燃上限的關 圖3.17RP-3-氧-氮氣混合氣體的可燃 圖3.18可燃圖計 圖4.1蒙特卡羅程 圖4.2MonteCarlo模型中的影響因 圖4.3環(huán)境大氣壓力隨高度變 圖4.4巡航高度與飛行時間的關 圖4.5最大航程為4500海里的航段距離分 圖4.6油箱載油率隨時間變 圖4.7時間常數(shù)τ隨時間變 圖4.8可燃時間隨大氣溫度變 圖4.9可燃時間隨最大航程變 圖4.10可燃時間隨恢復系數(shù)變 圖4.11可燃時間隨馬赫數(shù)變 圖4.12地面可燃時間隨油箱空時候時間常數(shù)變 圖4.13地面可燃時間隨油箱滿時候時間常數(shù)變 圖4.14地面時候可燃暴時間露隨平衡溫差變 圖4.15可燃時間隨時間常數(shù)變 圖4.16可燃時間隨平衡溫差變 圖4.17可燃時間隨巡航高度變 圖4.18可燃時間隨引擎啟動時間變 圖4.19可燃時間隨油箱滿空時間變 圖4.20可燃性時間與因素水平關系 圖4.21影響因素主次關系 圖4.22燃油溫度與可燃極限隨飛行包線變 圖4.23熱物理性質(zhì)對燃油溫度影 圖4.24飛機數(shù) 圖4.25飛行數(shù) 圖4.26油箱使用 圖4.27機身油箱數(shù) 圖4.28油箱熱數(shù) 圖4.29可燃時間評估結 圖4.30改進后的可燃時間評估結 表1.1燃油箱點燃防護適航規(guī) 表1.2最小模擬次數(shù)和對應可以接受的可燃性水 表2.1國產(chǎn)噴氣牌號及用 表2.2RP-3平均沸 表2.3RP-3的氫含 表2.4RP-3的烴族組 表2.5RP-3的非烴族化合物組 表2.6RP-3的平均分子量取 表2.7RP-3的中溶解的氣體的溶解 表2.8RP-3的燃燒熱計算 表3.1我國各類航空燃油的閃點、適用標準及主要用 表3.2RP-3燃油與JetA燃油物理化學性 表3.3國產(chǎn)RP-3燃油和JetA燃油的可燃極限比較（按單一組分計算方法 表3.4JetA和RP-3的替代 表3.5燃油混合物可燃極限計算結 表4.1環(huán)境大氣溫度分 表4.2飛行前準備時間分 表4.3發(fā)動機數(shù)和飛行航距與爬升時間關 表4.4JetA燃油閃點分 表4.5可燃性時間試驗的因素水平 表4.6可燃性時間試驗方案結果 表4.7方差分析 表4.8RP-3和JetA的閃點取 表4.9常溫常壓下RP-3和JetA熱物理性質(zhì)對 表4.10時間常數(shù)和平衡溫差取 表4.11改進后的可燃性時間試驗方案結果 庫恩系 273K，0.1MPaδA 庫恩系 273K，0.1MPaδAHtβtLfB 中平均沸

可燃性氣體完全燃燒時的化學 重量平均沸 混合氣體的可燃極可燃氣體在空氣中完全燃燒的 平均分子

大氣溫 的折光系 地面溫 巡航后半段大氣溫 燃油在指定溫度和壓力時的密 著陸地面溫vTAP293K0.1MPa100% GSτSERλt0.1mpaKσ293K、0.1MPaFederalAviationFailureysisCentralConferenceofAmericanAmericanSocietyofTestingAdvisorySpecialFederalAviationFlammabilityReductionIgnitionMitigationSocietyofAutomotiveInternationalAirTransport第一章 研究背景及意性的影響大小排序，影響最大的為燃油系統(tǒng)，而燃油系統(tǒng)故障的最大又來自于燃油箱的燃燒和。因此，飛機燃油系統(tǒng)的防火防爆能力直接關系著飛機的生存能力、易損性以及飛行所謂燃燒和是指可燃物質(zhì)與氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應，反應時還伴隨著放熱和發(fā)光效要抑制飛機燃油系統(tǒng)的燃燒與，提高飛機的安全性，無疑，可以從對點火源、可燃蒸特別是近年來，（FAA）已頒發(fā)了一系列的、咨詢通報和適航規(guī)章[1-6]，強制要求在民用飛機燃油箱內(nèi)采取有的效技術措施以降低點燃火源（SFAR88）、降低可燃蒸汽濃度（AC25.981-1A，AC25.981-1B，AC25.981-1C，AC25.981-2，AC25.981-2A）、減少運輸類飛機的燃油箱可燃性（FAR25.981）。在上述適航規(guī)章的要求下，民機燃油箱設計和認證失效組合等原因不會引起點火源的產(chǎn)生等內(nèi)容；而且也涉及到降低燃油箱可燃性措施（FRM-FlammabilityReductionMeans）或減輕燃油蒸汽點燃影響措施（IMM-IgnitionMitigation解度、密度、自燃溫度等）與其易燃性能進行充分的研究，只有在真正了解和掌握客機所箱可燃性的真實評估，為客機的安全性提供技術保障。也就是說，燃油基本性能與易燃JP-4JetA航空燃油的[1,9,10，而物性及可燃極限的研究工作在此基礎上將深入探討FAA所飛機油箱可燃性評估方法，無疑，本文研究工作不僅具有填補國內(nèi)研究空白的重大科學意義，而且具有滿內(nèi)飛機研究現(xiàn)為避免彈、雷電或火花點燃油箱內(nèi)的可燃氣體，發(fā)生燃燒、并破壞飛機結構，危及飛機和的安全，飛機設計中必須考慮采用有效的技術措施來減少燃油燃爆危害發(fā)生的概率，早期飛機設計采用的技術主要是針對燃油箱、油料進行預防性處理，如采用自封式油：經(jīng)過大量的研究和試驗，20世紀之后燃油箱安全設計的理念轉變?yōu)獒槍θ加拖渲锌扇颊羝?、空氣和潛在點火源進行預防性處理，即將燃油箱中空氣進行惰性化，降低燃油箱內(nèi)氧氣濃度在因故障造成的點火源出現(xiàn)時仍能有效避免著火發(fā)生具體采用的惰化源有式液氮氣體氮氣、哈龍氣體、空氣分離氮氣等113]?？赡艿狞c火源有：油箱結構緊固件連接處的閃電電弧、油箱內(nèi)部件連接間隙處的靜電火花、熱源設備、油泵葉片摩擦造成火花等[3。：機燃油箱性事故的屢次發(fā)生以及惰化技術的成熟和成本的降低也促使FAA在2008燃油的易燃性研究現(xiàn)狀眾所周知，可燃蒸汽與空氣按照特定比例混合以后才會發(fā)生燃燒或，而且該數(shù)量比例也不是一成不變的。研究表明，當混合物中可燃蒸氣含量滿足完全燃燒條件時，其燃燒反應最為劇烈。當可燃蒸氣含量增大或減少時，火焰燃燒速度會相應地降低，且當可燃蒸氣濃度低于或高于某一限值時，將不會發(fā)生燃燒或。因此，所謂的燃油易燃性研究，其實質(zhì)就是依據(jù)燃燒學的基本原理，從物料平衡、燃燒反應、反應速度、熱量產(chǎn)生、火焰等方面探討燃油的可燃極限、數(shù)量比例及其變化規(guī)律。國外航空發(fā)達國家已對其民機所使用燃油的易燃性進行了大量的實驗研究工作[9]基于燃燒學原理的理論分析和計算則鮮有?；趯嵱没瓌t，國外學者已通過對實驗數(shù)據(jù)的整理和分析，給出了依據(jù)燃油閃點的可燃極限隨閃點和飛行高度的變化關系[15]。JetA燃油，國外就定義其可燃極限和變化關系為：可燃上限=（燃油閃點-高度/512；可燃下限=（燃油閃點-10）-高度/808。同時規(guī)定，當燃油溫度落入可燃極限之120℉時，可燃區(qū)域隨飛行高度變化的關系。1.1國內(nèi)民機大量使用的是RP-3號燃油，由有關資料可知，對于國內(nèi)RP-3號航空燃油而言，JetARP-3RP-3RP-3號燃油也有待進一步研究。D1655JetA100℉，而對同型號燃油閃點變化的數(shù)據(jù)范圍，就構成了機隊可燃性評估中燃油閃點的正態(tài)分布數(shù)據(jù)（如：為了確定在役噴氣燃油閃點，F(xiàn)AA對293份全球取樣的燃油進行了研究，其研究結果可見：DOT/FAA/AR-07/30，該研究結果構成了MonteCarlo模型的標準閃點分布。（B（H（γ1.2反映了常壓下燃油中溶解的氧濃度隨溫度的變化關系[21]。由圖可以看出，燃油中溶1.2燃油中氣體溶解度與壓力的關系遵循亨利定律[21]1.3所示。從圖可見，壓力對氣體 大慶RP-3孤島RP-空氣溶解氧氣溶解氧、氧、空氣溶解度/%（重量1.

壓力recirculationsloshing）及輻射加熱（radiantunderheating）等三種不同方式下，海平面上燃油氧逸出速率的充分混充分混合（將上部氣體充注至油箱底部搖晃油油箱底部輻射加載油量40%，初始燃油惰化至8%含氧氧濃氧濃度增加量/%（體積 時間1.4基于大量的實驗研究成果，F(xiàn)AAJetＡ燃的時間常數(shù)為3500min，而在小于15000英尺的爬升高度內(nèi)，無溶解氧逸出；在15000英尺高100min[23]。20850kg/m3[19]。液比為零時達到最大，也稱為真實蒸汽壓。747飛機TWA800起飛后，在爬升階段翼油箱的可燃蒸汽被點燃導致飛機發(fā)生，全體機組人員喪生，該事故促使FAA開始關注燃油箱安全問題[22,24]。21世紀初，F(xiàn)AA開展了基于“滲透分子膜”空氣分離裝置的燃油箱惰化技術在民用飛機措施降低點燃火源，降低可燃蒸汽濃度，以減少類飛機的燃油箱可燃性，以增加燃油箱安FAA和NTSB（國家安全部）建議采取的措施為：燃油箱充氮氣；燃油箱；加油前冷卻燃油；翼油箱油量充足，避免干泵運轉。并在2008年7月21日發(fā)布規(guī)章，確認采“降低類飛機燃油箱可燃性”這一要求通過于2008年9月定義生效并具有追溯系統(tǒng)成本和費用的降低，以及FAA適航逐漸明確而強制的要求，可以預測國內(nèi)民用飛20089FAA25.981條款“燃油箱點燃防護”細則要求（FAR25估方法[1,25]。具體而言，頒布更新的25.981條款主要包含四方面的內(nèi)容：（1）（2（3（41.1編 名CCAR25/FAR25 AirworthinessStandards:TransportCategoryAirplanesFAR26 ContinuedAirworthinessandSafetyImprovementsforTransportCategoryAmendment25- IgnitionAmendment25- IgnitionAC25.981- IgnitionSourcePreventionAC25.981-1C FuelIgnitionSourcePreventionGuidlinesAC25.981-2A FuelFlammabilityReductionMeans FuelFlammabilityAssessmentMethodUser’sManualAC25.1309-1A SystemDesignandysisSFAR88 TransprotAirplaneFuelSystemDesignReview,FlammablityReduction,MaintenanceandInspectionRequirements,ProposedRuleAC20- ProtectionofAircraftFuelSystemsAgainstFuelVaporIgnitionbyAC20- ProtectionofAircraftElectrical/ElectronicSystemsagainsttheEffectsofSAEARP AerospaceSystemsElectricalBondingandGroundingElectromagneticCompatibilityandSAEARP5416 AircraftLightningTestMethodsFAA在Amendment25-125規(guī)定了唯一可接受的燃油箱可燃性分析方法[23]，即使 年月 日發(fā)布的油箱可燃性評估方法V10版（FuelFlammabilityAssessmentMethodV10）。數(shù)據(jù)準確性，如表1.21.2Excel表格制作，因采用的是蒙特卡羅（MonteCarlo）概率統(tǒng)計方法計算程的問題，F(xiàn)AA頒布的使用手冊FuelFlammabilityAssessmentMethoduser’smanual數(shù)據(jù)準確性，如表1.21.2

為滿足3%的可燃性水平可

MonteCarlo方法的輸入數(shù)據(jù)與飛機型號特征密切相關，包括飛機參數(shù)、飛行參數(shù)、油箱使和熱時間常數(shù)（ExponentialTimeConstant）MonteCarlo方法的輸出參數(shù)為機隊平均可燃性值熱天各飛行階段可燃性值以及R26部26.37節(jié)規(guī)定：于處于取證過的飛機，其型號合格證的申請時間在2001年6月6日之后且在 年月日之尚未獲得型號合格證的則飛機必須滿足R25.981要即采用降低燃油箱可燃蒸汽的技術措施，并依據(jù)25部附進行燃油箱可燃性水平分析。FAR2626.39節(jié)規(guī)定：對于波音（B737,747,767,777系列）2010920日后新生產(chǎn)FAR25.981要求，即具有降低燃油箱可燃蒸汽的技術措施。FAR26部26.33條，26.37條均要求類渦輪動力飛機（純貨機設計的除外）最大載客量為30人（含）以上，或最大商載為7500磅（含）以上進行可燃水平分析[1]。目前波音737和空客A320機型均在進行改裝波音787和空客A380飛機設計均采用B747飛機作為驗證機，對改裝的系統(tǒng)進行了空中試驗和測試。空客則在A320飛機上測試了類似的惰化系統(tǒng)。飛機中，已經(jīng)和正在進行的改裝惰化系統(tǒng)B737，747系列，777系列飛機[26,27]。存在問題分綜上所述，雖然國外航空發(fā)達國家在燃油的易燃性、可燃極限及機隊油箱可燃性時間評估方法等方面均進行了大量的研究工作，并形成了相應的規(guī)章和成評價體系，但上述工尚未開展?jié)M足FAA所要求的、油箱可燃性評估方法的研究尚未對可燃性評估方法中各相關參數(shù)的進行探索本文研究內(nèi)評價方法研究是關鍵。項目研究將在充分了解和掌握國產(chǎn)燃油基本特征的基礎上，依據(jù)完MonteCarlo隨機數(shù)產(chǎn)生技術的機隊燃油箱可燃性評價方法，并解決機隊可燃性評估中所的理論和應用問題，以為我國客機燃油系統(tǒng)研制與機隊可燃性評估等工作第二 國產(chǎn)RP-3燃油性能特征研RP-3號燃油的性能特征，這不僅可為本文的后續(xù)研究工作提供基礎，而國產(chǎn)航空燃油型號與用途簡我國噴氣按照生產(chǎn)方法可以分為直餾噴氣和二次加工噴氣兩類。按照餾分的寬窄、輕重又可分為寬餾分型、煤油型、重煤油型。國外還有將民用和噴氣分開的，我國用和噴氣使用同一品種牌號。我國噴我國噴氣牌號及主要用途[19,20]見表2.1所示表2.1國產(chǎn)噴 牌號及用牌 代 類 主要用號噴 煤油 民機、軍機通號噴氣RP- 煤油 民機、軍機通號噴氣RP- 煤油 民機、軍機通號噴氣RP- 寬餾分 備用號噴氣RP- 重煤油 艦載飛號噴 重煤油 軍機特R1是我國50年代中試產(chǎn)噴氣的第一個品種但R1在我國噴氣產(chǎn)量中一直沒有占主導地位產(chǎn)量最多時候也沒有超過我國噴氣總量的15這是因為我國原油多石臘基，燃油脫蠟、加氫裂化成本很高，因此不能大量生產(chǎn)。RP-2是煤油型噴氣，是我國產(chǎn)量最多的噴氣。它的主要特點是結晶點為-50℃。但隨著國際交往和事業(yè)的發(fā)展，噴氣需要具備國際通用性，而RP-2閃點為28℃，不198733.9%5%。RP-3也是煤油型噴氣，是我國70年代為了適應國際通航和出口而研制的，它廣泛用于出口、飛機和飛機。RP-3質(zhì)量標準最主要的改變是閃點的較高（不低于38℃，采用冰點代替結晶點作為的低溫性能指標，規(guī)定最高為-47℃。此外初餾點不控制，10%餾出相同。由于RP-3這些類似JetA的性質(zhì)，使得其在國內(nèi)使用的最多。氣的收率高。一般情況下，RP-4是作為特殊情況的應急備用。RP-5是重煤油型噴氣，是我國按照JP-5研制的，主要用于艦載飛機。它最60℃[28,29]。RP-6是我國為了適應飛機特殊需要研制的較大的噴氣RP-3燃油是目前國內(nèi)使用最為普遍的航空燃油，因此，在本章的燃油性能特征RP-3燃油的基本性能。RP-3燃油物理-化學組餾分組成表示中在一定溫度范圍內(nèi)餾出的餾分的含量，用%（體）表示。一般按照標GB255[30]10%、20%、50%90%10%餾出溫度可以用來判斷的蒸發(fā)性以及與之相關的著火性。噴氣的餾分組成的初餾點及餾出10%、20%至90%體積時溫度是計算的平均沸點的起始數(shù)據(jù)，因此餾分組成是重要的基RP-32.1所示。2.1RP-3（tv

t10%t30%t50%t70%5

（tmolt1N2t2Niti

（Toub (VT1/3VT1/3VT1/3

1 2 i（tmid

tmol(Toub2

（tmtm1t12t2

2.2RP-3平均沸點體積平均沸點（餾分中各組分體積分數(shù)與其沸點乘積之和立方平均沸點（餾分各組分體積分數(shù)與其沸點的立方根乘積之和的立方分子平均沸點（餾分中各組分摩爾分數(shù)與其沸點乘積之和中平均沸點（分子平均沸點與立方平均沸點的算術平均值重量平均沸點（餾分中各組分重量分數(shù)與其沸點乘積之和然后按照體積平均沸點與餾程曲線斜率的關系（2-6）求出各種沸點對體積平均沸點的矯餾程曲線斜率計算公式為 t90%

90以及微量的金屬雜質(zhì)。因此，噴氣主要的元素組成就是碳和氫。元素組成可用于計測定的氫含量的標準方法有ASTMD1018的燃燒法和ASTMD3701/IP338的低頻核磁法[32,33ASTMD3343H )(9.1959 44A

如果硫和氧的含量可以忽略不計，則碳含量可以近似計算為（100-H）%。RP-313.66%～14.46%（重）[34]RP-32.3所示。2.3RP-3的氫含量油 密度芳烴%（體%（重SY2208RP-3的烴族組成[35]2.4所示。2.4RP-32.5所示。2.5RP-3的非烴族化合物組成物硫占總 RP-3燃油的一般物-理化學性 lgM1.9778

lg(n20d20

式中M—平均分子量d20—20℃時候相對密度，g/cm3；由公式（2-8）RP-32.62.6RP-3dtd20(to(0.8620.13d20)o

式中：dt—20℃時相對密度0.1~10MPa壓力和-60℃~270℃溫度范圍內(nèi)，燃油密度與溫度、壓力的關系可以進一步tt(0.56000.0082t)(

105)

20t20(0.56000.0082t)(

105) 式中：tp—燃油在指定溫度和壓力時的密度R3為例，在0.1Ma1Ma0.00%1200.01a1M0.2173（20℃~6℃911RP-30.1MPa2.2。由圖可知，溫度密度密度- - - 2.2RP-3lglg(0.73)A3.8265lg

式中，v——T時的運動粘度；A——由燃油性質(zhì)確定的常數(shù)；T2.3RP-34MPa以下，因毛細管法測得我國RP-3噴氣不同溫度下與空氣接觸的表面張力[40,41]如圖2.4所2.4RP-3在沒有表面張力實測數(shù)據(jù)情況下，可以利用20℃密度按照公式（2-13）[20]計算得出29354.68d293

T27.9th(4dT)(0~

T T1質(zhì)、空氣濕度及燃油溫度有關，一般控制加入飛機油箱中中游離水含量不大于30ppm。g

P(T

P0式中：g0—在293K、0.1MPa和100%濕度下的水溶解度值；n—指數(shù)，與性質(zhì)有關的。RP-3可取11.5。（B庫恩系數(shù)（γ）及阿斯特瓦爾德系數(shù)（L）等。其中本生系數(shù)是指溶于1m3中氣體換算成0℃和0.1MPa下的體積，由本生系數(shù)可以求出氣體在中的溶解度[44，45]。BM

T288.6G

d1

0.0224

d1

0.0224—00.1MPa0.0005951.21—d2.70.1MPa2.7RP-3的中溶解的氣體的溶解度%（重%（重%（重度，%（重0圖2.5為0.1MPa下空氣，氧氣，氮氣和二氧化碳的溶解度與溫度的關系，由圖可以看出氧

- - 2.5RP-32.620℃，0.1MPa下，氧氣，氮氣和二氧化碳的溶解度與密度的關系，由圖可知不同co2

密度

2.6RP-32.720℃下，空氣，氧氣的溶解度與壓力的關系。由圖可以看出，氣體溶解度隨著壓 壓力2.7RP-3響燃油的著火性及啟動性、燃油系統(tǒng)的氣塞和氣蝕特性、的蒸發(fā)損失等。飽和蒸汽壓4的條件下進行燃油飽和蒸汽壓的測定的[46,47]。lg

A

t

式中Ps—在t℃時飽和蒸汽壓A、B、C—與氣液比和性質(zhì)相關的常數(shù)圖2. 氣液比為4時RP-3燃油蒸汽壓隨溫度變化關RP-3燃油熱物理化學性燃燒熱又稱作凈熱值，是指單位體積完全燃燒時候釋放出的熱量。的燃燒熱與其烴族組成和餾分成分有關，的C/H原子越大，其燃燒熱越低，即中芳烴含量增多時，燃燒熱降低。噴氣的燃燒熱可以用標準熱量計實驗測定，也可以利用的密度和苯胺點Qp41.67960.00025407(A Q'Q(10.01S)0.1016

G—15.6℃時的指數(shù)，APIRP-32.8表2. RP-3的燃燒熱計算 氣化潛熱是指在沸點條件下使得單位重量的液體變?yōu)橥瑴囟认抡羝璧臒崃?ll0

Tpc

)04

TpcT式中：l0—常壓下的氣化潛熱；T50%—50%餾出溫度，K；2.9RP-3氣化潛熱氣化潛熱 2.9RP-3Gp(0.68110.308G(0.0008150.000306G)t)(0.055K0.35)4.1868(2-式中：Gp—的定壓比熱容t—溫度，℉；K—Watson特性因子。由公式（2-20）RP-3比熱比熱- 2.10RP-3AAMAd3Alg

λ—t0.1mpa下的導熱系數(shù)；n—t系數(shù)，在21，RP-導熱系數(shù)導熱系數(shù)- 2.11RP-3可燃性因素研FP0.653t10%0.537(t10%t0%RP-3進行修正后，可以得出公式（2-FP0.3136t0%0.3578t10%

P1P1L0(MfMaPf

P—L0—化學當量系數(shù)，即完全燃燒1kg所需要的理論空氣質(zhì)量a—即tL0.67t10%

43.54LL

Qp

L

M0LLLU—分別為著火濃度下限和上限；根據(jù)鏈鎖反應理論，自燃延滯期與溫度壓力的關系為CPneE/

τ—n—冪指數(shù)，對噴氣可取0.75；lg0.22ET

點火能也稱火花能，是指火花點燃給定的可燃混合物所需的最小能量，這個能量取決于燃料的性質(zhì)合物組成無助燃劑或抑制劑氣速度溫度力等噴氣在20℃和0.1MPa0.2~0.25mJ[3火能將減小，這個關系如式（231）

(273)3T

Qpt—P，TQ0—273K，0.1MPa下點火能，mJ；Q

AW1

A—氣流速度，m/s；本章小RP-3RP-3燃油的物性分析了閃點、著第三 國產(chǎn)航空燃油可燃性與可燃極限研概飛機燃油箱火災是飛機燃油箱起火、失去控制且蔓延的一種性燃燒現(xiàn)象。如圖3.13.1在飛機燃油箱中，航空燃油會以氣體的形式從燃油中蒸發(fā)出來，并于液體燃油上方體航空燃油，其燃油蒸汽濃度較低，小于航空燃油起火燃燒的濃度的下限要求，所以不燃油表面，在這一區(qū)域中有大量的燃油蒸汽存在，已經(jīng)超過航空燃油起火燃燒的濃度上43.4g[4]生。燃燒波或行為；而可燃極限是指可燃與不可燃性行為之間的邊界圖3.2是常壓下，航空燃油的閃點、自燃點、蒸汽壓和可燃極限隨燃油蒸汽濃度和燃油溫所以它只是引起著火的最低溫度。隨著燃油溫度升高，燃油蒸汽的蒸發(fā)速度也提高，當燃可能發(fā)生。燃油蒸汽壓也將隨著燃油溫度的升高而升高，燃油蒸汽在氣相空間的濃度也相3.2由此可見，所謂的可燃極限就是燃油蒸氣與空氣混合物的可發(fā)生燃燒的濃度范圍。它航空燃油的閃點對航空安全至關重要，它是衡量航空燃油火災性的一個重要參數(shù)。根據(jù)各類航空燃油的閃點，可以區(qū)分出其火災性的大小。如表3.1所示，是我國各類航空燃油的閃點及其可燃性分類[39]。顯然，燃油閃點越低，航空燃油火災性就越大。3.1 適用標準 未 特10%可以用這兩個溫度的經(jīng)驗公式（3-）進行計算。FP0.654t10%0.537(t10%t0%FP—t0%—t10%—10%（體）

Zabetaki[54]的研究表明，在不同的外部溫度下，大多數(shù)的可燃極限是不穩(wěn)定的。具體3.3所示，圖中顯示了可3.3

10.000784(T10.000721(T

式中：LFL25—25℃下可燃蒸汽的可燃下限；LFLT—T下可燃蒸汽的可燃下限；UFLT—T下可燃蒸汽的可燃上限。4：式中Pv—蒸汽壓T—C1、C2—

PvC1expC2/T

3.3中可以看出，雖然可燃蒸3.4所示[54]。從圖中可以直觀地看出，隨著3.4

LFLP—P下可燃蒸汽的可燃下限；UFLP—P下可燃蒸汽的可燃上限。（MIE100毫焦耳）和相對較大的功率密度（1兆瓦/立方厘米）[54]3.5表示了可燃蒸汽含量3.51的摩爾熱容是相似的，因此在10聚在一個點上，在該點上氧濃度被稱為最小氧濃度（C，低于該最小氧氣濃度的和空3.610%60%燃上限的影響是巨大的。3.6LLf70lgO2

式中：Lf上—當發(fā)生燃燒或時，空氣中存在的任何易燃材料的濃度將高于可燃下限值與低于可燃上限值。為控制燃燒和的發(fā)生，惰性添加劑（既不是，也不是氧化劑的物質(zhì)）有時會被3.7所示。圖中表明了在標準條件下加入一組惰性氣體后，空氣中甲烷的可燃極3.7Besnard[59]計算可燃氣體和惰性氣體混合系統(tǒng)可燃極限的經(jīng)驗公式為LfL

1

)

100Lf1式中：Lf—限。如：BartknechtConrad[60,61]將可燃蒸汽混合物恰好能夠點火的可燃氣體濃度稱之為可燃極限；而Zabetakis和Lees[62,63]則曾將火焰離開點火源，并蔓延到整個可燃蒸汽混合物中時的可DIN玻璃管內(nèi)的火焰蔓延現(xiàn)象與測試20升球狀體內(nèi)的壓力在其增加2%時的實驗數(shù)據(jù)值是基本吻合的；Heinonen[65]根據(jù)自己所得的實驗結果，提出將點火后壓力增加2%時的可燃氣體濃度標準的密閉式球體到體積為20升的鋼制球體[66]；從礦山局標準的豎直開口式玻璃管[67]到ASTME681-94標準的密閉式玻璃球[68]；可燃容器的設計隨著研究的不斷加深而在不斷地發(fā)生相應地變化。AkifumiTakahashi[69]做了不同的尺寸容器的對比實驗，：可燃容器對實驗結果的主要影響為：（1）容器壁的熄火作用；（2）過熱氣體在容器頂部的；（3）預熱不可電極放電點火。如：Moorhouse[70]1毫米的平板斷面式鎢電極來對烷烴的最小點火能進行研究。Kondo[71]在分析點火時間與電極間距對可燃極限的影響時，提出了點火時間0.1~0.2s6-8mm是采用交流電源進行點火的最佳實驗條件。；GB/T12474-90也規(guī)定了空氣中的可燃蒸汽燃爆極限測定方法[72]。實驗測定裝置可燃極限最小點火能以及可燃壓力的試驗裝置理工大學[74]根據(jù)國標所搭建的實驗裝置，；進行實驗研究需要花費大量的時間精力，需要大批量的氣體樣本，并且還存在一定的對于單一組分的可燃氣體來說，其可燃極限計算方法研究起步得較早。NuzdhaShbeko降低了估算誤差；Melhem[76]采用化學平衡法來估算可燃極限。Suzuki[77]在對可燃氣體的可燃對理查特里法則進行修正。ShebekoVidal[80,81](CAFT)的方式估算可燃極限過提出了修正后的LeChaier計算法則?？扇紭O限計算方法研基于燃燒所需氧氣量經(jīng)驗公式

L下

4.76

L上

44.76N

L

可燃氣體分子一般用CαHβOγ1moln,則燃燒反應式可以CHOnO2生成氣 11nC11n

CH

nOCO1H

212

0 CH4

2H2O

11nC11n

n則

L下0.55

因此,甲烷的可燃下限為5.2%L上25

L

該方法可以用于計算脂肪族碳烴類的可燃極限[64],nc與L上L下的關系式求得1L0.1347nc1L下

0.043

10.01337

0.051

LcL上基于碳數(shù)量與氧濃度的計算方α與可燃氣體的可燃上限所2n之間存在著直線關系[64]。對于烷烴,其關系為：2n00.52.0,1,2n00.52.5,

L上

0.209

易燃液體的蒸汽濃度達到燃燒下限時的溫度，所以可以用易燃液體閃點及其他物性參數(shù)來估算At[3]（32（32：LFLFP32*0.55612.20.3*h/UFLFP32*0.55617.50.3*h

080001000012000140000--高度3.8JetA計算可燃氣體混合物的可燃極限[80,83。

Lm

12 式中：Lm為混合氣體的可燃極限，體積分數(shù)/%L1,L2,L3為形成混合氣體的各單獨組分氣體的可燃極限,體積分數(shù)/%V1,V2,V3為各單獨組分氣體在混合物中的濃度,體積分數(shù)/%；其中氣體可燃極限的計算,則首先得利用單一組分計算公式分別計算出各組分的可燃極限,其次才能利用理-n2n+2步，A計算可燃極限的方法[82]。用1mol摩爾數(shù)A替代經(jīng)驗公式中的,并進行一定的變形,可得:L下

4.76A24.74.76A2

L上

而可燃氣體在空氣中完全燃燒的化學計量濃度為X0

4.76A

對比（3-30）（3-31）式和（3-32）式，在化學計量濃度時,1mol的有機可燃氣體完全Amol的氧氣,4.76Amol的空氣(空氣中,21∶100≈1∶限時,氧氣供給不足,A/2mol。那么,1mol有機可燃氣體分別處于可燃下限和可燃上限時,實際供給的氧氣是否為(2A-1)A/2molKK1L(下限或上限

理.查特里法則成立的前提條件是假設n種可燃氣體混合以后其混合物的可燃極限仍可以計氧氣系數(shù)分別為A1,A2,…,An，則1mol可燃混合氣體處于可燃極限時所需的空氣體積應當為各VV空氣1V空氣2V空氣n476

4.76

則混合氣體的可燃極限為

4.76aAiVi

1molA混=∑AiVi,則(3-33)式可表示為L上限或下

4.76aA

A國產(chǎn)RP-3燃油可燃極限及影響因素研RP-3JetA 飽和烴含量ASTMD1655 飽和烴含量ASTMD1655芳烴含量ASTMD16558總硫含量ASTMD1655初餾點ASTMD1655ASTMD1655-ASTMD1655ASTMD1655 ASTMD1655終餾點閃點終餾點閃點 密度（kg/m3（20℃）ASTMD1655（kPa（FP℃）8 凈熱值 （℃（0.1MPa）ASTMD1655ASTMD1655平均分子量ASTMD16553.2中看出，JetARP-3燃油在餾分組成含量以及餾出溫度上都具有一定的差JetARP-3的想法是不合理的。JetARP-3在空氣中完全燃燒的化學反應式為JetA:C11H22+16.5O2=11CO2 RP-3:C10H22+15.5O2=10CO2 不同計算方法下，RP-3JetA根據(jù)文獻[86]RP-3JetAC10H22C11H22表示的純凈有機物，利用上述單一組分計算方法，可分別計算出國產(chǎn)RP-3燃油和JetA燃油在不同計算方法下3.3所示可燃下限可燃上限可燃下限可燃上限--3.3JetARP-3的可燃極限并不相同，兩者差值6%~10%RP-3JetA的可燃極限略微大些。，針對JetAFAA于2008年在可燃性評估方法的咨詢通告§25.981-2A中提出利用燃油閃點計算燃油可燃極限的計算方法[6]3-253-26計算。，3.2JetA51℃和RP-3433-253-26中得3.9所示。RP-3LFLRP-3UFLJetRP-3LFLRP-3UFLJetALFLJetA0--- 8000100001200014000高度圖3. RP-3和JetA可燃極限對從圖中可以看出，JetARP-3的可燃極限的變化趨勢是一致的，即隨著高度的升高，壓JetARP-3JetA可燃性極限的RP-3的可燃極限。又基于閃點計算的公式有很多經(jīng)驗常數(shù)，缺Dagaut的三組份模型[86]。該3.4JetARP-3的替代燃油組分。3.4JetARP-3 Jet 結合表3.43.53.5--理.3.5可以看出，利用理查特里法則計算得到的可燃上下限與單一組分計算得到的結果相差并不大，同時RP-3和JetA的可燃上下限計算的結果差值分別在8%和6%左右，這與單一6%~10%之間的差值相同。綜上所述，首先不管是用單一組分可燃極限計算方法還是混合物可燃極限計算方法，JetARP-36%~10%JetA的可燃極限代RP-3RP-3燃油的物理化學性質(zhì)顯得尤為重要；其次RP-3JetA可燃極限的差值均在6%~10%之間波動，這也說明了上訴各種計算方法在理論上正確的；最后，比較RP-3可燃極限的計算結果和實驗數(shù)據(jù)，說明上面計算方法存在一定的不足，不能與RP-3燃油由于產(chǎn)地的不同或多或少會存在一定的物性RP-3燃油就有可能得到不同的實驗結果，但總的來說，利用上述計算RP-3可燃極限還是比較準確的。RP-3范圍以內(nèi)的，會因為可燃范圍的縮小而不會發(fā)生燃爆；相反地，原本可燃濃度范圍以外的也會因為可燃范圍的擴大而發(fā)生燃爆，由此可見可燃極限不是固定不變的，它隨著各種因RP-32，3.10RP-3可燃極限隨溫度的變化情況。50 3.10RP-33.10可以看出，不同溫度下，RP-3的可燃下限幾乎是沒有變化的，由此可見溫度對RP-3的可燃下限影響幾乎為零；而在同一壓力下，RP-3的可燃上限隨著溫度的增加而增加。RP-3可燃極限范圍是隨著溫度的增加而變寬的。40 壓力3.11RP-33.1R33R3的可燃下限影響幾乎為零；而在同R3R3其可燃極限的影響。RP-3logPA

t

RP-3，A5.3958，B1053.6，C240.7，因此飽和蒸汽壓就是RP-3LFLp/

3-383-39可以得到飽和蒸汽壓和溫度對燃油RP-3飽和飽和蒸汽BA可燃可燃極限濃度30-0

溫度3.12RP-3ARP-3閃點時計算的飽和蒸汽壓值，而與可燃上限的交點B為式3-29計算得到的可燃下限值正好等于RP-3可燃上限值時候對應的飽和蒸汽壓值，RP-3A點對應的飽和蒸RP-3RP-3可燃極限范圍是有一定影響的。RP-3理論上，RP-30.7%~5.6%，不同的RP-3濃度對應著一個最小點火能，隨少，所以根據(jù)文獻[87]RP-3可燃極限隨點火能的變化進行數(shù)據(jù)擬合，所得3.133.14所示。3.13RP-33.14RP-33.133.14可以看出，RP-3濃度與最小點火能呈指數(shù)函數(shù)關系變化，點火能越大，RP-3可燃極限范圍越寬，但這種變化不是的，隨著點火能的變大，RP-3可燃上限下降RP-3濃度下降到某一值時，由于沒有足夠的RP-3RP-3的可燃強度，都不會發(fā)生燃爆。RP-3濃度增大到某一值時，由于沒有足夠的氧氣用來進行反應，無論環(huán)境條件如何改變以用來加強RP-3的可燃強度,也都不會發(fā)生燃燒。從圖中還可以看出,點火能量對RP-310J時,0.88%;點火能量為1J時,可燃上限為5.4%;450J時,可燃下限變?yōu)?.68%,可燃上限變?yōu)?.3%.LFL2.8*1011E43.2*108E31.3*105E20.0024E

UFL2*1012E52.6*109E41.3*106E30.00028E20.027E

RP-33.12RP-3可燃極0 3.153.15可以清楚看出，隨著氧濃度的增加，RP-3的可燃下限幾乎不變，這是因為當混RP-3的可燃上限則隨著氧濃度的增加而顯著增大，這是因為氧代替了空氣中的氮，使反應RP-3惰性氣體對可燃極限具有一定的影響，但是目前缺少這方面的數(shù)據(jù)和公式，國內(nèi)對于其相關的研究工作也很少。因惰性氣體不參與化學反應，對此可以通過絕熱火焰溫度來確定可燃氣體與惰性氣體混合物的可燃極限[1p0計算出火焰的最高溫度。此外惰性氣體（）并氧氣與可燃氣體的接觸，對燃燒過程具有一定的冷卻降溫作用。當燃燒產(chǎn)物為CO2和H2O時，在可燃氣體與空氣混合物的可燃下限處絕熱火焰溫度Tad約為1500K[80]。在此溫度下可認為此時的燃燒產(chǎn)物為CO2和H2O，忽略其他產(chǎn)物，從而得到燃燒Hfva0HancHco0.5nHHHOco

可燃下限可表示為

cLFL100/(1va0

又2HfHfncHc0.5nHHH0.5nO2

4345cLFL100/(1gfHfgcncgHnHgOnO

在惰性點（惰性點又稱可燃臨界點）CO和H2O時的COH2O時所得到的能量守恒方程為： Hfva0HavdHdncHCO0.5nHHHOCO

vaHavd

其中

2va(100/cO)CO/2vdgfHfgcncgHnHgOnO

cdi100Vd/(1vavd)cfi100/(1vavd)

Shebeko等人通過研究燃燒機理，并分析實驗數(shù)據(jù)[62]0到抑制燃燒42cfcd的關系為:cfcLFL((cflcLFL)/cdl)

從抑制燃燒點到惰性點以及惰化曲線的上半部分，cfcdcfcfl((cficfl)/(cdicdl))(cdcdl

cfcUFL((cUFLcfi)/cdi)

52543.16?？扇忌舷蘅扇忌舷蘅扇枷孪?RP-3RP-343210 3.163.16可以看出，隨著氮氣含量的增加，可燃下限基本保持不變，而可燃上限則大幅度即使得可燃上限劇烈下降。當?shù)獨夂吭龃蟮蕉栊渣c（NP點）的時候，可燃上下限重合，無論氧氣和RP-3蒸汽濃度怎么變化，都不會燃燒RP3域最有效的圖表，可以快速確定可燃性混合物是否存在，三角形可燃圖對研究燃油的燃燒與爆炸性方面是非常有用的。我們只要知道可燃氣體在空氣中的可燃極限，就可以繪制出混合氣體可燃三角圖，并從圖中可以判定燃爆的可能性，也可以用來確定臨界氧濃度。RP-3C，O，N，分ULCAu和可lLl、U和uLl、Uu成三角形，最后過頂點作平行于CNEB。C UM1空氣

臨氧濃度L L O

A20 氧氣濃度3.17RP-3-氧-3.17RP-3——氧氣——氮氣三組分混合氣體可燃圖。由上述繪制CLUlu，則直線Ll表示上限)Uu(表示下限)ELlULEA21%CACN的線表示氧濃EB即為為臨界氧濃度。如果添加氮氣，可燃3.17中，三角形圍成的內(nèi)部區(qū)域就是可燃性氣體的可燃區(qū)域。該三角形具有如下特性：CA上任一點氧氮比為21:79，因此RP-3CACAu、lRP-3M1RP-3CM1的各M2OM1，CN邊表示氧濃度為零的線，平行該線表示氧濃度為一定值時的混合氣體。在這些直就是油箱惰化時候的氧濃度指標，對于JetA燃油這個值一般取12%，而由圖3.17可以看出，針對國產(chǎn)燃油RP-3，這個氧濃度值也差不多就是12%，因此我們在設計飛機油箱惰化系統(tǒng)的時12%。1m350%RP-3燃油蒸汽和空氣的混合物，RP-330%，那么要想惰化該油箱，使其上部空間不可燃，所需的最少氮氣量RP-330%M13.18M1NRP-38%。3.18VN

308*1*0.50.37m3

0.37m3RP-3蒸汽濃度可以由公式因此，通入的實際氮氣量為

c

exp(VNV

V 0.5*ln(8)

V 本章小JetRP-3號燃油所獲數(shù)據(jù)為評判依據(jù)，通過對完全燃燒化學理論濃度較，從計算結果可知利用JetA的可燃極限代替RP-3的可燃極限是不可行的，從而說明了研究RP-3號燃油物性的重要性，并確定了合適的國產(chǎn)燃油燃爆極限計算方法。RP-3的可燃極限，RP-3燃油可燃極限的影響因素進行了全面分析，所得到的結論為：溫度越高，RP-3壓力對RP-3的可燃下限影響幾乎為零，對可燃上限影響很大，壓力越高，可燃上限RP-3RP-3可燃極限范圍是有RP-3濃度與最小點火能呈指數(shù)函數(shù)關系變化，點火能越大，RP-3可燃上限越小，可R3R3R3量增大到惰性點時，無論氧氣和RP-3蒸汽濃度怎么變化，都不會燃燒。根據(jù)RP-3號燃油與氧氣、氮氣三者的關系，建立了RP-3可燃關系圖，并通過所建立的RP-3進行惰化時所需控制的最小惰性氣體含量，對國產(chǎn)大飛第四 油箱可燃性評估方法與影響因素分概，為了進一步強調(diào)和加強客機的安全性，近年來，F(xiàn)AA已頒發(fā)了一系列、咨詢通報和適航規(guī)章[1-6]，強制規(guī)定了和正在研制飛機均要進行改裝或加裝惰化系統(tǒng)[15]。目前波音B737和空客A320機型均在進行改裝飛機中，已經(jīng)和正在進行改裝惰化系統(tǒng)的還B747、B777等系列飛機。，在2001年FAA民用飛機適航條例AC25-R3中[88]，§25.981條款明確規(guī)定了控制燃部提出了一系列修正草案最后于2008年頒布了的適航條例即AC25-R4，其中對§25.981在可能由于燃油或其蒸氣的點燃導致性失效發(fā)生的燃油箱或燃油箱系統(tǒng)內(nèi)的任一架飛機上每一燃油箱的機隊平均可燃性時間均不得超過可燃性評估時（FEET）3必須建立必要的關鍵設計構型控制限制（CDCCLCDCCL25.1529條所要求的持續(xù)適航文件的適航限制部分。由上述條款可知，油箱可燃性評估的就是：點火源控制的評估與可燃性時間控制即當燃油溫度落入這個區(qū)域時，油箱被認為是可燃的。在整個飛行過，燃油溫度落入這個區(qū)域的時間則稱之為可燃性時間。因此，所謂的可燃性時間評估就是指采用合適的計算制。當前為各國適航唯一認可的可燃性時間評估就是FAAMonteCarlo分析方法[23]。MonteCarloMonteCarlo統(tǒng)計思想的、具有通用性的一種計算方法，該方成大量模擬飛行的數(shù)據(jù)以及燃油箱平均可燃性數(shù)據(jù)進行分析計算，得出估算燃油箱的可燃性時間。。由于概率統(tǒng)計的方法存在可信度的問題，F(xiàn)AA頒布的使用手冊FuelFlammabilityAssessmentMethoduser’smanual規(guī)定了特定的可燃性水平要求、需要可燃性評估模型的結構與輸入?yún)AA利用Monte-Carlo基本思想開發(fā)出的基于ExcelVBA語言的油箱可燃性評估程（FTFAM）Excel4.1所示，程序根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)和一系4.14.1顯示的用戶輸入框。這里需要用戶輸入的數(shù)據(jù)有飛機數(shù)據(jù)（包括最大航程距離、外飛行實驗次數(shù)。其內(nèi)容是通過用戶輸入的和程序產(chǎn)生的隨機數(shù)來計算特定飛行條件下油箱MonteCarlo四大部分相互獨立卻又相互關聯(lián)共同構成程序的參數(shù)如圖4.2如果確定了這四個因素，MonteCarlo方法就能得出特定飛機模型燃油箱的機隊平均可燃性時間。4.2MonteCarlo3,048米（10,000英尺）3,048米（10,000英尺）ISA變化率。其計算公式為：40℉計算公式也不相同。TambTgrd3.57Alt(TgrdTambTgrdTgrd4.3Alt(Tgrd

3.57℃。10000

TambendTgrdland3.57*Alt(TgrdlandTambendTgrdlandTgrdland4.3Alt(Tgrdland40℉)

9500

4.14.1地面環(huán)境溫度巡航環(huán)境溫度--tat(Tamb460)(10.18Mach2)

式中：tat為大氣總溫，Tamb為大氣溫度，Mach環(huán)境大氣壓力，其隨高度的變化服從國際標準大氣（ISA）4.386420 高度4.3304.2。飛行時間（Flight334430459050100100200分鐘，可以到達兩個巡航2001/34.4。圖4. ARAC1998年資料[58]200海里相對最大航程的百分比給出，4.5000航程4.54500尺0.49,144米（30,000英尺MachAlt10Machcruise0.4Alt為飛行高度，Machcruise

4.3表4. 飛行航距（占最大航程的百分比2344.6所示。4.6（或閃燃）4.44.4JetAJetA燃油閃點 平均 48.89（120℉）負一個標準 正一個標準 ττ是一個與油箱載油量相關的參數(shù)，τ4.7所示。0 4.7ττTfuel,iTfuel,i11TequilTfuel

式中，Tequil為最后的平衡溫度，Tfuel為某一時刻的燃油溫度，tMonteCarlo可燃性評估方法的影響因素分析與比MonteCarlo10000次，結合各因素對可圖4. 可燃時間隨大氣溫度變從圖4.8中可以看出，大氣溫度對可燃性時間有一定的影響，而且影響率在16.7%左航段距離對可燃時間的影圖4.9可燃時間隨最大航程變從圖4.9中可以看出，最大航距對可燃性時間影響不是很大，影響率在1.6%左右，隨恢復系數(shù)對可燃時間的影圖4.10可燃時間隨恢復系數(shù)變4.100.8%左右，由此可見，恢復飛行馬赫數(shù)對可燃時間的影圖4.11可燃時間隨馬赫數(shù)變從圖4.11中可以看出，飛行馬赫數(shù)對可燃性時間影響很大，影響率在70%左右，這是地面時候的時間常數(shù)和平衡溫差對可燃時間的影圖4.12地面可燃時間隨油箱空時候時間常數(shù)變圖4.13地面可燃時間隨油箱滿時候時間常數(shù)變4.140.8%，4.149.6%上升為飛行中時間常數(shù)和平衡溫差對可燃時間的影圖4.15可燃時間隨時間常數(shù)變圖4.16可燃時間隨平衡溫差變從圖4.16中，飛行中平衡溫差對結果影響很大，影響率在76%左右，這是因為在計算燃油巡航高度對可燃時間的影圖4.17可燃時間隨巡航高度變4.17中可以看出，巡航高度變化對結果有一定的影響，但影響不是很大，影響率在引擎開啟時間對可燃時間的影圖4.18可燃時間隨引擎啟動時間變油箱滿和油箱空的時間對可燃時間的影圖4.19可燃時間隨油箱滿空時間變進行可燃性時間評估時，由于影響因素多，且因素的取值變動大，按全面實驗法進行2，如果是為了找到最燃時間影響性的分析，可選擇影響比較大的七個因素，即外界大氣溫度OAT、最大航程RangMa、平衡溫差ΔT、油箱空時間常數(shù)τ1、油箱滿時間常數(shù)τ2和巡航高度Atti734.5表4.5可燃性時間試驗的因素水平3因素2水平時可以選擇L4(23)，也可采用L8(27)；當有4~7個因素時，一般采用L8(27)；若3~43L9(34)。如果需要考查的各因素水平數(shù)不同，那么可選擇混合正交針對可燃時間評估結果的分析，我們有7個因素3個水平，因此可以采用L18(37)的4.6。表4.6可燃性時間試驗方案結果12356789k1=112.98/6=18.83用因素的水平作橫坐標，平均可燃時間（ki）作縱坐標，繪出因素與指標的關系圖，4.20。圖4.20可燃性時間與因素水平關系4.20CD（即飛行馬赫數(shù)和平衡溫度）對結果影響最大。R，排出影響因素的主次關系（R越大的因素越重要4.21所示4.21時間越小，油箱越安全，因此這五個因素應選取平均可燃時間ki最小的水平，即（140℉（4500nm（0.5（30