１飞机燃油箱惰化技术及应用

目前惰化技术主要有：液氮惰化技术、海伦１３０１惰化技术、燃油催化技术、分子筛技术和膜分离技术。液氮惰化技术主要是在每次飞行前，地面人员通过液氮灌充系统将液态氮储存在飞机的贮存罐中，当飞机油箱需要惰化时，飞行员打开液氮开关，具有一定压力的液氮经过温控器转变成氮气进入油箱中，使得油箱内氧气浓度低于９％，达到油箱惰化目的。海伦１３０１惰化技术是利用海伦１３０１较好的热稳定性和化学惰性，将液态海伦１３０１贮存在飞机上，在油箱需要惰化条件下，控制系统使大量海伦１３０１进入油箱，使油箱上部充满惰性气体。为了完善该技术，美国还研制了一种精密气体传感器，它可与燃油数字综合管理技术相结合，使Ｈａｌｏｎ１３０１气体能按精确需要供给燃油箱，这也就相当于在同等性能条件下，节省了Ｈａｌｏｎ１３０１气体的消耗，从而减少了Ｈａｌｏｎ１３０１贮存系统的体积和重量。燃油催化技术是将发动机引气与燃油混合，在高温催化床中催化。当油箱需要惰化时，油箱的压力信号器发出信号，油箱开始喷射燃油，气流中的氧被消耗掉，在油箱上部形成惰性的二氧化碳和一氧化碳来满足油箱惰化要求。分子筛技术主要是利用吸氧沸石吸收氧气的功能使得发动机引气成为几乎不含氧气的富氮气体，再输入到油箱中达到惰化目的。但它存在着引气量较大、环境温度和介质温度对分子筛组件性能影响较大、工作可靠性低等缺陷。目前波音７３７ＮＧ飞机，主要采用膜分离技术达到油箱惰化的目的，使来自发动机的增压空气经过净化、压力调节、温度调节后，流过可透膜管路，利用氧气和氮气在膜中的溶解度和扩散系数有差别，从而使氧气和氮气在膜中的渗透率有差异，在膜两侧压力差作用下，渗透率相对较高于氮气的氧气优先通过膜，在膜外富集，从而使氧气与氮气分离，然后只让富氮气体进入中央油箱。

２ＮＧＳ系统工作原理

ＮＧＳ系统主要使用膜分离技术，将引自发动机的空气分为富氮气体和富氧气体，然后将富氮气体充入油箱，置换油箱中的空气，将油箱内氧气含量降至９％以下，它可以在整个飞行过程不断地提供惰性气体，从而达到防火防爆的目的。ＮＧＳ系统由热控组件、空气分离系统、富氮空气分配系统（ＮＥＡＤＳ）组成。如图１所示，ＮＧＳ系统使用来自左侧气源总管的引气为中央油箱供气。引气流经热控组件后被调节为合适压力与温度的空气，之后再经过空气分离系统将富氮空气分离出来，随后被输送入分配系统，并通过中央油箱左边爬升活门的喷嘴进入到中央油箱中。同时，ＮＧＳ系统控制器通过收集处理飞机系统的各种数据来控制ＮＧＳ系统的正常运转。

２．１热控组件

ＴＣＵ用于调节来自气源总管热引气的压力和温度，并除去引气中含有的杂物。ＴＣＵ主要由以下部件组成：压力传感器ＮＧＳ关断活门热交换器冲压空气活门ＮＧＳ气滤气滤压差电门温度传感器热电门超温关断活门ＯＴＳＯＶ。来自左侧气源总管的引气流经关断活门之后进入臭氧转化器，引气中的臭氧在转化器的作用下变为氧气以防止臭氧对空气分离组件ＡＳＭ（ＡｉｒＳｅｐａｒａｔｉｏｎＭｏｄｕｌｅ）的损害。随后热交换器将引气温度调整为华氏１６０"１０度，经过气滤过滤之后再进入空气分离组件。ＴＣＵ工作过程中，压力传感器将引气压力信号传递给ＮＧＳ控制器，ＮＧＳ控制器根据引气压力大小调节关断活门的开度进而控制进入系统的气体压力。位于热交换器下游的温度传感器将气体温度信号发送到控制器，控制器根据气体温度调节冲压空气活门开度来调整热交换器的冷却效率，达到控制气体温度的目的。超温电门通常处于闭合状态，作为备用部件用于防止空气分离组件（ＡＳＭ）超温情况的发生，当引气温度达到华氏２７０"１０度时，电门断路，控制器接受超温电门断开信号后控制超温关断活门关闭。

２．２空气分离系统

空气分离系统主要由空气分离组件ＡＳＭ、高流量活门和氧气传感器组成，用于将引气中的氧气、二氧化碳和水分子分离出来，从而得到氮气比例较高的富氮空气。空气分离组件ＡＳＭ是整个ＮＧＳ系统的核心部件，它是由中空纤维膜构成的空气分离装置。中空纤维膜是一种高分子聚合物膜。气体分子在聚合物基质中会发生溶解和扩散，由于各种气体分子在膜中的溶解度和扩散数的差异导致了不同气体在膜中相对渗透速率不同。当混合气体在膜两侧压力差作用下渗透速率相对快的气体如水、氧气等迅速透过中空纤维膜壁而被放掉，而渗透速率较慢的气体如氮气、氩气等被滞留在中空纤维内而被富集，当气体流经空气分离组件时，薄膜将氧气、水和二氧化碳分离出来并通过富氧空气管道排出，而富氮空气侧进入中央油箱。在不同的飞行阶段，高流量活门控制着流入中央油箱的气体流量，进而达到减少发动机引气、延长部件寿命和减少下降阶段油箱空气进气量的目的。氧气传感器用于检测空气分离组件出口的氧气浓度和绝对压力，并将信号汇总以电流形式输送给控制器，进而检测空气分离组件的性能状况。

３富氮空气分配系统

主要用于将富氮空气输送到中央油箱，部件主要是：分配管道、排放堵头、浮子活门、交输通气单向活门、防反流单向活门、绝缘隔离软管、阻焰器、喷嘴。如图３所示，来自空气分离系统的富氮空气通过安装在油箱通气管中的喷嘴进入中央油箱。为了防止静电造成油箱爆炸，分配系统中还安装绝缘隔离软管与阻焰器相连。在空气分离组件（ＡＳＭ）下方有一个排放堵头由于检查分配管道中燃油及其他油液的渗漏情况。

４ＮＧＳ控制器

ＮＧＳ系统控制器收集、处理来自飞机系统的数据，并给ＮＧＳ系统发送信号来调节整个系统的工作。控制器安装于前货舱后部。控制器通过收集飞机相关系统的信号来调整ＮＧＳ系统的工作状态：当飞机在空中、双发正常运转、货舱烟雾探测组件处于正常状态、空调组件没有超温和中央油箱加油活门关闭时，ＮＧＳ控制器打开关断活门，ＮＧＳ系统工作；当上面的条件任何一个不满足的话，ＮＧＳ关断活门就会关闭，系统停止工作。在ＮＧＳ系统工作过程中，控制器接收来自相关传感器的信号对整个系统进行实时控制，我们可以看出，压力传感器、高度传感器、温度传感器等元件将感受到的信号发送给控制器，控制器根据信号完成对关断活门、高流量活门、冲压活门开度等部件情况的调整，进而使得整个系统处于稳定的工作状态。

作者：王光王龙山单位：东航空股份有限公司