月18號(hào)審核版導(dǎo)師定

NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceTheoreticalStudyoftheoxygenconcentrationonaircraftfuel controllingtechnologyAThesisMan-Machine&EnvironmentEngineeringAdvisedbyProf.LiuWeihuaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterof 飛機(jī)油箱燃燒是當(dāng)前航空安全的主要問(wèn)題之一，對(duì)飛機(jī)燃油系統(tǒng)開(kāi)展防火抑爆設(shè)相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，本文按物理-化學(xué)組成、熱物理-化學(xué)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(duì)其可燃2）R3燃油的可燃上、下限均無(wú)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(shí)所需的最小氮?dú)鉂舛?。FAA結(jié)果的主要因素研究，并采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)諸因素大小進(jìn)行了分析和比較；與此同時(shí)，本文研究成果不僅具有填補(bǔ)國(guó)內(nèi)研究空白的重大科學(xué)意義，而且具有滿(mǎn)內(nèi)飛機(jī)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(guó)產(chǎn)RP-3燃油性能特征研 RP-3燃油物理-化學(xué)組 RP-3燃油的一般物-理化學(xué)性 分子 粘 RP-3燃油熱物理化學(xué)性 燃燒 熱 閃 點(diǎn)火 本章小 第三章國(guó)產(chǎn)航空燃油可燃性與可燃極限研 概 國(guó)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(duì) 不同計(jì)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(píng)估方法與影響因素分 概 小 第五章總結(jié)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(guān) 圖1.2平衡狀態(tài)下燃油溶解氧濃度隨溫度變化關(guān) 圖1.320℃下空氣和氧在燃油中的溶解度與壓力的關(guān) 圖1.4不同激勵(lì)方式對(duì)溶解氧逸出速率的影 圖2.1RP-3號(hào)燃油的餾程曲 圖2.2RP-3燃油密度隨溫度變化關(guān) 圖2.3RP-3燃油運(yùn)動(dòng)粘度隨溫度變化關(guān) 圖2.4RP-3燃油表面張力隨溫度變化關(guān) 圖2.5RP-3燃油氣體溶解度隨溫度變化關(guān) 圖2.6RP-3燃油氣體溶解度隨密度變化關(guān) 圖2.7RP-3燃油氣體溶解度隨壓力變化關(guān) 圖2.8氣液比為4時(shí)RP-3燃油蒸汽壓隨溫度變化關(guān) 圖2.9RP-3燃油氣化潛熱隨溫度變化關(guān) 圖2.10RP-3燃油定壓比熱隨溫度變化關(guān) 圖2.11導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化關(guān) 圖3.1飛機(jī)燃油箱起火三角 圖3.2飛機(jī)燃油箱起火關(guān)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(duì)可燃混合物點(diǎn)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(duì) 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(duì)RP-3可燃極限的影 圖3.13點(diǎn)火能對(duì)RP-3可燃下限影 圖3.14點(diǎn)火能對(duì)RP-3可燃上限影 圖3.15氧氣含量與可燃上限的關(guān) 圖3.16氮?dú)鈿夂颗c可燃上限的關(guān) 圖3.17RP-3-氧-氮?dú)饣旌蠚怏w的可燃 圖3.18可燃圖計(jì) 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(shí)間的關(guān) 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(shí)間變 圖4.7時(shí)間常數(shù)τ隨時(shí)間變 圖4.8可燃時(shí)間隨大氣溫度變 圖4.9可燃時(shí)間隨最大航程變 圖4.10可燃時(shí)間隨恢復(fù)系數(shù)變 圖4.11可燃時(shí)間隨馬赫數(shù)變 圖4.12地面可燃時(shí)間隨油箱空時(shí)候時(shí)間常數(shù)變 圖4.13地面可燃時(shí)間隨油箱滿(mǎn)時(shí)候時(shí)間常數(shù)變 圖4.14地面時(shí)候可燃暴時(shí)間露隨平衡溫差變 圖4.15可燃時(shí)間隨時(shí)間常數(shù)變 圖4.16可燃時(shí)間隨平衡溫差變 圖4.17可燃時(shí)間隨巡航高度變 圖4.18可燃時(shí)間隨引擎啟動(dòng)時(shí)間變 圖4.19可燃時(shí)間隨油箱滿(mǎn)空時(shí)間變 圖4.20可燃性時(shí)間與因素水平關(guān)系 圖4.21影響因素主次關(guān)系 圖4.22燃油溫度與可燃極限隨飛行包線(xiàn)變 圖4.23熱物理性質(zhì)對(duì)燃油溫度影 圖4.24飛機(jī)數(shù) 圖4.25飛行數(shù) 圖4.26油箱使用 圖4.27機(jī)身油箱數(shù) 圖4.28油箱熱數(shù) 圖4.29可燃時(shí)間評(píng)估結(jié) 圖4.30改進(jìn)后的可燃時(shí)間評(píng)估結(jié) 表1.1燃油箱點(diǎn)燃防護(hù)適航規(guī) 表1.2最小模擬次數(shù)和對(duì)應(yīng)可以接受的可燃性水 表2.1國(guó)產(chǎn)噴氣牌號(hào)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(jì)算 表3.1我國(guó)各類(lèi)航空燃油的閃點(diǎn)、適用標(biāo)準(zhǔn)及主要用 表3.2RP-3燃油與JetA燃油物理化學(xué)性 表3.3國(guó)產(chǎn)RP-3燃油和JetA燃油的可燃極限比較（按單一組分計(jì)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(jì)算結(jié) 表4.1環(huán)境大氣溫度分 表4.2飛行前準(zhǔn)備時(shí)間分 表4.3發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)和飛行航距與爬升時(shí)間關(guān) 表4.4JetA燃油閃點(diǎn)分 表4.5可燃性時(shí)間試驗(yàn)的因素水平 表4.6可燃性時(shí)間試驗(yàn)方案結(jié)果 表4.7方差分析 表4.8RP-3和JetA的閃點(diǎn)取 表4.9常溫常壓下RP-3和JetA熱物理性質(zhì)對(duì) 表4.10時(shí)間常數(shù)和平衡溫差取 表4.11改進(jìn)后的可燃性時(shí)間試驗(yàn)方案結(jié)果 庫(kù)恩系 273K，0.1MPaδA 庫(kù)恩系 273K，0.1MPaδAHtβtLfB 中平均沸

可燃性氣體完全燃燒時(shí)的化學(xué) 重量平均沸 混合氣體的可燃極可燃?xì)怏w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(shí)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(lái)自于燃油箱的燃燒和。因此，飛機(jī)燃油系統(tǒng)的防火防爆能力直接關(guān)系著飛機(jī)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(yīng)，反應(yīng)時(shí)還伴隨著放熱和發(fā)光效要抑制飛機(jī)燃油系統(tǒng)的燃燒與，提高飛機(jī)的安全性，無(wú)疑，可以從對(duì)點(diǎn)火源、可燃蒸特別是近年來(lái)，（FAA）已頒發(fā)了一系列的、咨詢(xún)通報(bào)和適航規(guī)章[1-6]，強(qiáng)制要求在民用飛機(jī)燃油箱內(nèi)采取有的效技術(shù)措施以降低點(diǎn)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(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)的燃油箱可燃性（FAR25.981）。在上述適航規(guī)章的要求下，民機(jī)燃油箱設(shè)計(jì)和認(rèn)證失效組合等原因不會(huì)引起點(diǎn)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(diǎn)燃影響措施（IMM-IgnitionMitigation解度、密度、自燃溫度等）與其易燃性能進(jìn)行充分的研究，只有在真正了解和掌握客機(jī)所箱可燃性的真實(shí)評(píng)估，為客機(jī)的安全性提供技術(shù)保障。也就是說(shuō)，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(chǔ)上將深入探討FAA所飛機(jī)油箱可燃性評(píng)估方法，無(wú)疑，本文研究工作不僅具有填補(bǔ)國(guó)內(nèi)研究空白的重大科學(xué)意義，而且具有滿(mǎn)內(nèi)飛機(jī)研究現(xiàn)為避免彈、雷電或火花點(diǎn)燃油箱內(nèi)的可燃?xì)怏w，發(fā)生燃燒、并破壞飛機(jī)結(jié)構(gòu)，危及飛機(jī)和的安全，飛機(jī)設(shè)計(jì)中必須考慮采用有效的技術(shù)措施來(lái)減少燃油燃爆危害發(fā)生的概率，早期飛機(jī)設(shè)計(jì)采用的技術(shù)主要是針對(duì)燃油箱、油料進(jìn)行預(yù)防性處理，如采用自封式油：經(jīng)過(guò)大量的研究和試驗(yàn)，20世紀(jì)之后燃油箱安全設(shè)計(jì)的理念轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍?duì)燃油箱中可燃蒸汽、空氣和潛在點(diǎn)火源進(jìn)行預(yù)防性處理，即將燃油箱中空氣進(jìn)行惰性化，降低燃油箱內(nèi)氧氣濃度在因故障造成的點(diǎn)火源出現(xiàn)時(shí)仍能有效避免著火發(fā)生具體采用的惰化源有式液氮?dú)怏w氮?dú)?、哈龍氣體、空氣分離氮?dú)獾?13]。可能的點(diǎn)火源有：油箱結(jié)構(gòu)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(shè)備、油泵葉片摩擦造成火花等[3。：機(jī)燃油箱性事故的屢次發(fā)生以及惰化技術(shù)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(huì)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(dāng)混合物中可燃蒸氣含量滿(mǎn)足完全燃燒條件時(shí)，其燃燒反應(yīng)最為劇烈。當(dāng)可燃蒸氣含量增大或減少時(shí)，火焰燃燒速度會(huì)相應(yīng)地降低，且當(dāng)可燃蒸氣濃度低于或高于某一限值時(shí)，將不會(huì)發(fā)生燃燒或。因此，所謂的燃油易燃性研究，其實(shí)質(zhì)就是依據(jù)燃燒學(xué)的基本原理，從物料平衡、燃燒反應(yīng)、反應(yīng)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(guó)外航空發(fā)達(dá)國(guó)家已對(duì)其民機(jī)所使用燃油的易燃性進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作[9]基于燃燒學(xué)原理的理論分析和計(jì)算則鮮有?；趯?shí)用化原則，國(guó)外學(xué)者已通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和分析，給出了依據(jù)燃油閃點(diǎn)的可燃極限隨閃點(diǎn)和飛行高度的變化關(guān)系[15]。JetA燃油，國(guó)外就定義其可燃極限和變化關(guān)系為：可燃上限=（燃油閃點(diǎn)-高度/512；可燃下限=（燃油閃點(diǎn)-10）-高度/808。同時(shí)規(guī)定，當(dāng)燃油溫度落入可燃極限之120℉時(shí)，可燃區(qū)域隨飛行高度變化的關(guān)系。1.1國(guó)內(nèi)民機(jī)大量使用的是RP-3號(hào)燃油，由有關(guān)資料可知，對(duì)于國(guó)內(nèi)RP-3號(hào)航空燃油而言，JetARP-3RP-3RP-3號(hào)燃油也有待進(jìn)一步研究。D1655JetA100℉，而對(duì)同型號(hào)燃油閃點(diǎn)變化的數(shù)據(jù)范圍，就構(gòu)成了機(jī)隊(duì)可燃性評(píng)估中燃油閃點(diǎn)的正態(tài)分布數(shù)據(jù)（如：為了確定在役噴氣燃油閃點(diǎn)，F(xiàn)AA對(duì)293份全球取樣的燃油進(jìn)行了研究，其研究結(jié)果可見(jiàn)：DOT/FAA/AR-07/30，該研究結(jié)果構(gòu)成了MonteCarlo模型的標(biāo)準(zhǔn)閃點(diǎn)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(guān)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(guān)系遵循亨利定律[21]1.3所示。從圖可見(jiàn)，壓力對(duì)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(shí)間1.4基于大量的實(shí)驗(yàn)研究成果，F(xiàn)AAJetＡ燃的時(shí)間常數(shù)為3500min，而在小于15000英尺的爬升高度內(nèi)，無(wú)溶解氧逸出；在15000英尺高100min[23]。20850kg/m3[19]。液比為零時(shí)達(dá)到最大，也稱(chēng)為真實(shí)蒸汽壓。747飛機(jī)TWA800起飛后，在爬升階段翼油箱的可燃蒸汽被點(diǎn)燃導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)生，全體機(jī)組人員喪生，該事故促使FAA開(kāi)始關(guān)注燃油箱安全問(wèn)題[22,24]。21世紀(jì)初，F(xiàn)AA開(kāi)展了基于“滲透分子膜”空氣分離裝置的燃油箱惰化技術(shù)在民用飛機(jī)措施降低點(diǎn)燃火源，降低可燃蒸汽濃度，以減少類(lèi)飛機(jī)的燃油箱可燃性，以增加燃油箱安FAA和NTSB（國(guó)家安全部）建議采取的措施為：燃油箱充氮?dú)?；燃油箱；加油前冷卻燃油；翼油箱油量充足，避免干泵運(yùn)轉(zhuǎn)。并在2008年7月21日發(fā)布規(guī)章，確認(rèn)采“降低類(lèi)飛機(jī)燃油箱可燃性”這一要求通過(guò)于2008年9月定義生效并具有追溯系統(tǒng)成本和費(fèi)用的降低，以及FAA適航逐漸明確而強(qiáng)制的要求，可以預(yù)測(cè)國(guó)內(nèi)民用飛20089FAA25.981條款“燃油箱點(diǎn)燃防護(hù)”細(xì)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(píng)估方法V10版（FuelFlammabilityAssessmentMethodV10）。數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(jì)方法計(jì)算程的問(wèn)題，F(xiàn)AA頒布的使用手冊(cè)FuelFlammabilityAssessmentMethoduser’smanual數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，如表1.21.2

為滿(mǎn)足3%的可燃性水平可

MonteCarlo方法的輸入數(shù)據(jù)與飛機(jī)型號(hào)特征密切相關(guān)，包括飛機(jī)參數(shù)、飛行參數(shù)、油箱使和熱時(shí)間常數(shù)（ExponentialTimeConstant）MonteCarlo方法的輸出參數(shù)為機(jī)隊(duì)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(guò)的飛機(jī)，其型號(hào)合格證的申請(qǐng)時(shí)間在2001年6月6日之后且在 年月日之尚未獲得型號(hào)合格證的則飛機(jī)必須滿(mǎn)足R25.981要即采用降低燃油箱可燃蒸汽的技術(shù)措施，并依據(jù)25部附進(jìn)行燃油箱可燃性水平分析。FAR2626.39節(jié)規(guī)定：對(duì)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(shù)措施。FAR26部26.33條，26.37條均要求類(lèi)渦輪動(dòng)力飛機(jī)（純貨機(jī)設(shè)計(jì)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(jìn)行可燃水平分析[1]。目前波音737和空客A320機(jī)型均在進(jìn)行改裝波音787和空客A380飛機(jī)設(shè)計(jì)均采用B747飛機(jī)作為驗(yàn)證機(jī)，對(duì)改裝的系統(tǒng)進(jìn)行了空中試驗(yàn)和測(cè)試?？湛蛣t在A320飛機(jī)上測(cè)試了類(lèi)似的惰化系統(tǒng)。飛機(jī)中，已經(jīng)和正在進(jìn)行的改裝惰化系統(tǒng)B737，747系列，777系列飛機(jī)[26,27]。存在問(wèn)題分綜上所述，雖然國(guó)外航空發(fā)達(dá)國(guó)家在燃油的易燃性、可燃極限及機(jī)隊(duì)油箱可燃性時(shí)間評(píng)估方法等方面均進(jìn)行了大量的研究工作，并形成了相應(yīng)的規(guī)章和成評(píng)價(jià)體系，但上述工尚未開(kāi)展?jié)M足FAA所要求的、油箱可燃性評(píng)估方法的研究尚未對(duì)可燃性評(píng)估方法中各相關(guān)參數(shù)的進(jìn)行探索本文研究?jī)?nèi)評(píng)價(jià)方法研究是關(guān)鍵。項(xiàng)目研究將在充分了解和掌握國(guó)產(chǎn)燃油基本特征的基礎(chǔ)上，依據(jù)完MonteCarlo隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生技術(shù)的機(jī)隊(duì)燃油箱可燃性評(píng)價(jià)方法，并解決機(jī)隊(duì)可燃性評(píng)估中所的理論和應(yīng)用問(wèn)題，以為我國(guó)客機(jī)燃油系統(tǒng)研制與機(jī)隊(duì)可燃性評(píng)估等工作第二 國(guó)產(chǎn)RP-3燃油性能特征研RP-3號(hào)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(chǔ)，而國(guó)產(chǎn)航空燃油型號(hào)與用途簡(jiǎn)我國(guó)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(lèi)。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(guó)外還有將民用和噴氣分開(kāi)的，我國(guó)用和噴氣使用同一品種牌號(hào)。我國(guó)噴我國(guó)噴氣牌號(hào)及主要用途[19,20]見(jiàn)表2.1所示表2.1國(guó)產(chǎn)噴 牌號(hào)及用牌 代 類(lèi) 主要用號(hào)噴 煤油 民機(jī)、軍機(jī)通號(hào)噴氣RP- 煤油 民機(jī)、軍機(jī)通號(hào)噴氣RP- 煤油 民機(jī)、軍機(jī)通號(hào)噴氣RP- 寬餾分 備用號(hào)噴氣RP- 重煤油 艦載飛號(hào)噴 重煤油 軍機(jī)特R1是我國(guó)50年代中試產(chǎn)噴氣的第一個(gè)品種但R1在我國(guó)噴氣產(chǎn)量中一直沒(méi)有占主導(dǎo)地位產(chǎn)量最多時(shí)候也沒(méi)有超過(guò)我國(guó)噴氣總量的15這是因?yàn)槲覈?guó)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(guó)產(chǎn)量最多的噴氣。它的主要特點(diǎn)是結(jié)晶點(diǎn)為-50℃。但隨著國(guó)際交往和事業(yè)的發(fā)展，噴氣需要具備國(guó)際通用性，而RP-2閃點(diǎn)為28℃，不198733.9%5%。RP-3也是煤油型噴氣，是我國(guó)70年代為了適應(yīng)國(guó)際通航和出口而研制的，它廣泛用于出口、飛機(jī)和飛機(jī)。RP-3質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)最主要的改變是閃點(diǎn)的較高（不低于38℃，采用冰點(diǎn)代替結(jié)晶點(diǎn)作為的低溫性能指標(biāo)，規(guī)定最高為-47℃。此外初餾點(diǎn)不控制，10%餾出相同。由于RP-3這些類(lèi)似JetA的性質(zhì)，使得其在國(guó)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(yīng)急備用。RP-5是重煤油型噴氣，是我國(guó)按照J(rèn)P-5研制的，主要用于艦載飛機(jī)。它最60℃[28,29]。RP-6是我國(guó)為了適應(yīng)飛機(jī)特殊需要研制的較大的噴氣RP-3燃油是目前國(guó)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(xué)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(biāo)GB255[30]10%、20%、50%90%10%餾出溫度可以用來(lái)判斷的蒸發(fā)性以及與之相關(guān)的著火性。噴氣的餾分組成的初餾點(diǎn)及餾出10%、20%至90%體積時(shí)溫度是計(jì)算的平均沸點(diǎn)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(diǎn)體積平均沸點(diǎn)（餾分中各組分體積分?jǐn)?shù)與其沸點(diǎn)乘積之和立方平均沸點(diǎn)（餾分各組分體積分?jǐn)?shù)與其沸點(diǎn)的立方根乘積之和的立方分子平均沸點(diǎn)（餾分中各組分摩爾分?jǐn)?shù)與其沸點(diǎn)乘積之和中平均沸點(diǎn)（分子平均沸點(diǎn)與立方平均沸點(diǎn)的算術(shù)平均值重量平均沸點(diǎn)（餾分中各組分重量分?jǐn)?shù)與其沸點(diǎn)乘積之和然后按照體積平均沸點(diǎn)與餾程曲線(xiàn)斜率的關(guān)系（2-6）求出各種沸點(diǎn)對(duì)體積平均沸點(diǎn)的矯餾程曲線(xiàn)斜率計(jì)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(jì)測(cè)定的氫含量的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)，則碳含量可以近似計(jì)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(xué)性 lgM1.9778

lg(n20d20

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

式中：dt—20℃時(shí)相對(duì)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(guān)系可以進(jìn)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(shí)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(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度；A——由燃油性質(zhì)確定的常數(shù)；T2.3RP-34MPa以下，因毛細(xì)管法測(cè)得我國(guó)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(méi)有表面張力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)情況下，可以利用20℃密度按照公式（2-13）[20]計(jì)算得出29354.68d293

T27.9th(4dT)(0~

T T1質(zhì)、空氣濕度及燃油溫度有關(guān)，一般控制加入飛機(jī)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(guān)的。RP-3可取11.5。（B庫(kù)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?dú)夂投趸嫉娜芙舛扰c溫度的關(guān)系，由圖可以看出氧

- - 2.5RP-32.620℃，0.1MPa下，氧氣，氮?dú)夂投趸嫉娜芙舛扰c密度的關(guān)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(guān)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(dòng)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(jìn)行燃油飽和蒸汽壓的測(cè)定的[46,47]。lg

A

t

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

G—15.6℃時(shí)的指數(shù)，APIRP-32.8表2. RP-3的燃燒熱計(jì)算 氣化潛熱是指在沸點(diǎn)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(dǎo)熱系數(shù)；n—t系數(shù)，在21，RP-導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)- 2.11RP-3可燃性因素研FP0.653t10%0.537(t10%t0%RP-3進(jìn)行修正后，可以得出公式（2-FP0.3136t0%0.3578t10%

P1P1L0(MfMaPf

P—L0—化學(xué)當(dāng)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(yīng)理論，自燃延滯期與溫度壓力的關(guān)系為CPneE/

τ—n—冪指數(shù)，對(duì)噴氣可取0.75；lg0.22ET

點(diǎn)火能也稱(chēng)火花能，是指火花點(diǎn)燃給定的可燃混合物所需的最小能量，這個(gè)能量取決于燃料的性質(zhì)合物組成無(wú)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(gè)關(guān)系如式（231）

(273)3T

Qpt—P，TQ0—273K，0.1MPa下點(diǎn)火能，mJ；Q

AW1

A—?dú)饬魉俣龋琺/s；本章小RP-3RP-3燃油的物性分析了閃點(diǎn)、著第三 國(guó)產(chǎn)航空燃油可燃性與可燃極限研概飛機(jī)燃油箱火災(zāi)是飛機(jī)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(jī)燃油箱中，航空燃油會(huì)以氣體的形式從燃油中蒸發(fā)出來(lái)，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(guò)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(diǎn)、自燃點(diǎn)、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(dāng)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(jiàn)，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(diǎn)對(duì)航空安全至關(guān)重要，它是衡量航空燃油火災(zāi)性的一個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)各類(lèi)航空燃油的閃點(diǎn)，可以區(qū)分出其火災(zāi)性的大小。如表3.1所示，是我國(guó)各類(lèi)航空燃油的閃點(diǎn)及其可燃性分類(lèi)[39]。顯然，燃油閃點(diǎn)越低，航空燃油火災(zāi)性就越大。3.1 適用標(biāo)準(zhǔn) 未 特10%可以用這兩個(gè)溫度的經(jīng)驗(yàn)公式（3-）進(jìn)行計(jì)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(duì)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(gè)點(diǎn)上，在該點(diǎn)上氧濃度被稱(chēng)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(dāng)發(fā)生燃燒或時(shí)，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(shí)會(huì)被3.7所示。圖中表明了在標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算可燃?xì)怏w和惰性氣體混合系統(tǒng)可燃極限的經(jīng)驗(yàn)公式為L(zhǎng)fL

1

)

100Lf1式中：Lf—限。如：BartknechtConrad[60,61]將可燃蒸汽混合物恰好能夠點(diǎn)火的可燃?xì)怏w濃度稱(chēng)之為可燃極限；而Zabetakis和Lees[62,63]則曾將火焰離開(kāi)點(diǎn)火源，并蔓延到整個(gè)可燃蒸汽混合物中時(shí)的可DIN玻璃管內(nèi)的火焰蔓延現(xiàn)象與測(cè)試20升球狀體內(nèi)的壓力在其增加2%時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值是基本吻合的；Heinonen[65]根據(jù)自己所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出將點(diǎn)火后壓力增加2%時(shí)的可燃?xì)怏w濃度標(biāo)準(zhǔn)的密閉式球體到體積為20升的鋼制球體[66]；從礦山局標(biāo)準(zhǔn)的豎直開(kāi)口式玻璃管[67]到ASTME681-94標(biāo)準(zhǔn)的密閉式玻璃球[68]；可燃容器的設(shè)計(jì)隨著研究的不斷加深而在不斷地發(fā)生相應(yīng)地變化。AkifumiTakahashi[69]做了不同的尺寸容器的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，：可燃容器對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要影響為：（1）容器壁的熄火作用；（2）過(guò)熱氣體在容器頂部的；（3）預(yù)熱不可電極放電點(diǎn)火。如：Moorhouse[70]1毫米的平板斷面式鎢電極來(lái)對(duì)烷烴的最小點(diǎn)火能進(jìn)行研究。Kondo[71]在分析點(diǎn)火時(shí)間與電極間距對(duì)可燃極限的影響時(shí)，提出了點(diǎn)火時(shí)間0.1~0.2s6-8mm是采用交流電源進(jìn)行點(diǎn)火的最佳實(shí)驗(yàn)條件。；GB/T12474-90也規(guī)定了空氣中的可燃蒸汽燃爆極限測(cè)定方法[72]。實(shí)驗(yàn)測(cè)定裝置可燃極限最小點(diǎn)火能以及可燃?jí)毫Φ脑囼?yàn)裝置理工大學(xué)[74]根據(jù)國(guó)標(biāo)所搭建的實(shí)驗(yàn)裝置，；進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究需要花費(fèi)大量的時(shí)間精力，需要大批量的氣體樣本，并且還存在一定的對(duì)于單一組分的可燃?xì)怏w來(lái)說(shuō)，其可燃極限計(jì)算方法研究起步得較早。NuzdhaShbeko降低了估算誤差；Melhem[76]采用化學(xué)平衡法來(lái)估算可燃極限。Suzuki[77]在對(duì)可燃?xì)怏w的可燃對(duì)理查特里法則進(jìn)行修正。ShebekoVidal[80,81](CAFT)的方式估算可燃極限過(guò)提出了修正后的LeChaier計(jì)算法則。可燃極限計(jì)算方法研基于燃燒所需氧氣量經(jīng)驗(yàn)公式

L下

4.76

L上

44.76N

L

可燃?xì)怏w分子一般用CαHβOγ1moln,則燃燒反應(yīng)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(jì)算脂肪族碳烴類(lèi)的可燃極限[64],nc與L上L下的關(guān)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(jì)算方α與可燃?xì)怏w的可燃上限所2n之間存在著直線(xiàn)關(guān)系[64]。對(duì)于烷烴,其關(guān)系為：2n00.52.0,1,2n00.52.5,

L上

0.209

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

080001000012000140000--高度3.8JetA計(jì)算可燃?xì)怏w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?jǐn)?shù)/%L1,L2,L3為形成混合氣體的各單獨(dú)組分氣體的可燃極限,體積分?jǐn)?shù)/%V1,V2,V3為各單獨(dú)組分氣體在混合物中的濃度,體積分?jǐn)?shù)/%；其中氣體可燃極限的計(jì)算,則首先得利用單一組分計(jì)算公式分別計(jì)算出各組分的可燃極限,其次才能利用理-n2n+2步，A計(jì)算可燃極限的方法[82]。用1mol摩爾數(shù)A替代經(jīng)驗(yàn)公式中的,并進(jìn)行一定的變形,可得:L下

4.76A24.74.76A2

L上

而可燃?xì)怏w在空氣中完全燃燒的化學(xué)計(jì)量濃度為X0

4.76A

對(duì)比（3-30）（3-31）式和（3-32）式，在化學(xué)計(jì)量濃度時(shí),1mol的有機(jī)可燃?xì)怏w完全Amol的氧氣,4.76Amol的空氣(空氣中,21∶100≈1∶限時(shí),氧氣供給不足,A/2mol。那么,1mol有機(jī)可燃?xì)怏w分別處于可燃下限和可燃上限時(shí),實(shí)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(shè)n種可燃?xì)怏w混合以后其混合物的可燃極限仍可以計(jì)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(shí)所需的空氣體積應(yīng)當(dāng)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(zhǎng)上限或下

4.76aA

A國(guó)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(diǎn)ASTMD1655ASTMD1655-ASTMD1655ASTMD1655 ASTMD1655終餾點(diǎn)閃點(diǎn)終餾點(diǎn)閃點(diǎn) 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(xué)反應(yīng)式為JetA:C11H22+16.5O2=11CO2 RP-3:C10H22+15.5O2=10CO2 不同計(jì)算方法下，RP-3JetA根據(jù)文獻(xiàn)[86]RP-3JetAC10H22C11H22表示的純凈有機(jī)物，利用上述單一組分計(jì)算方法，可分別計(jì)算出國(guó)產(chǎn)RP-3燃油和JetA燃油在不同計(jì)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(duì)JetAFAA于2008年在可燃性評(píng)估方法的咨詢(xún)通告§25.981-2A中提出利用燃油閃點(diǎn)計(jì)算燃油可燃極限的計(jì)算方法[6]3-253-26計(jì)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(duì)從圖中可以看出，JetARP-3的可燃極限的變化趨勢(shì)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(diǎn)計(jì)算的公式有很多經(jīng)驗(yàn)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(jié)合表3.43.53.5--理.3.5可以看出，利用理查特里法則計(jì)算得到的可燃上下限與單一組分計(jì)算得到的結(jié)果相差并不大，同時(shí)RP-3和JetA的可燃上下限計(jì)算的結(jié)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(jì)算方法還是混合物可燃極限計(jì)算方法，JetARP-36%~10%JetA的可燃極限代RP-3RP-3燃油的物理化學(xué)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(dòng)，這也說(shuō)明了上訴各種計(jì)算方法在理論上正確的；最后，比較RP-3可燃極限的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明上面計(jì)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(huì)存在一定的物性RP-3燃油就有可能得到不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但總的來(lái)說(shuō)，利用上述計(jì)算RP-3可燃極限還是比較準(zhǔn)確的。RP-3范圍以?xún)?nèi)的，會(huì)因?yàn)榭扇挤秶目s小而不會(huì)發(fā)生燃爆；相反地，原本可燃濃度范圍以外的也會(huì)因?yàn)榭扇挤秶臄U(kuò)大而發(fā)生燃爆，由此可見(jiàn)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(méi)有變化的，由此可見(jiàn)溫度對(duì)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(duì)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(diǎn)時(shí)計(jì)算的飽和蒸汽壓值，而與可燃上限的交點(diǎn)B為式3-29計(jì)算得到的可燃下限值正好等于RP-3可燃上限值時(shí)候?qū)?yīng)的飽和蒸汽壓值，RP-3A點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)著一個(gè)最小點(diǎn)火能，隨少，所以根據(jù)文獻(xiàn)[87]RP-3可燃極限隨點(diǎn)火能的變化進(jìn)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(diǎn)火能呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系變化，點(diǎn)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(diǎn)火能的變大，RP-3可燃上限下降RP-3濃度下降到某一值時(shí)，由于沒(méi)有足夠的RP-3RP-3的可燃強(qiáng)度，都不會(huì)發(fā)生燃爆。RP-3濃度增大到某一值時(shí)，由于沒(méi)有足夠的氧氣用來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，無(wú)論環(huán)境條件如何改變以用來(lái)加強(qiáng)RP-3的可燃強(qiáng)度,也都不會(huì)發(fā)生燃燒。從圖中還可以看出,點(diǎn)火能量對(duì)RP-310J時(shí),0.88%;點(diǎn)火能量為1J時(shí),可燃上限為5.4%;450J時(shí),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?yàn)楫?dāng)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?yàn)檠醮媪丝諝庵械牡?，使反?yīng)RP-3惰性氣體對(duì)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(guó)內(nèi)對(duì)于其相關(guān)的研究工作也很少。因惰性氣體不參與化學(xué)反應(yīng)，對(duì)此可以通過(guò)絕熱火焰溫度來(lái)確定可燃?xì)怏w與惰性氣體混合物的可燃極限[1p0計(jì)算出火焰的最高溫度。此外惰性氣體（）并氧氣與可燃?xì)怏w的接觸，對(duì)燃燒過(guò)程具有一定的冷卻降溫作用。當(dāng)燃燒產(chǎn)物為CO2和H2O時(shí)，在可燃?xì)怏w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(rèn)為此時(shí)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(diǎn)（惰性點(diǎn)又稱(chēng)可燃臨界點(diǎn)）CO和H2O時(shí)的COH2O時(shí)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(guò)研究燃燒機(jī)理，并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[62]0到抑制燃燒42cfcd的關(guān)系為:cfcLFL((cflcLFL)/cdl)

從抑制燃燒點(diǎn)到惰性點(diǎn)以及惰化曲線(xiàn)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?dú)夂康脑黾?，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(dāng)?shù)獨(dú)夂吭龃蟮蕉栊渣c(diǎn)（NP點(diǎn)）的時(shí)候，可燃上下限重合，無(wú)論氧氣和RP-3蒸汽濃度怎么變化，都不會(huì)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(duì)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?xì)怏w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(lái)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(guò)頂點(diǎn)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?dú)馊M分混合氣體可燃圖。由上述繪制CLUlu，則直線(xiàn)Ll表示上限)Uu(表示下限)ELlULEA21%CACN的線(xiàn)表示氧濃EB即為為臨界氧濃度。如果添加氮?dú)?，可?.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(diǎn)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(xiàn)，平行該線(xiàn)表示氧濃度為一定值時(shí)的混合氣體。在這些直就是油箱惰化時(shí)候的氧濃度指標(biāo)，對(duì)于JetA燃油這個(gè)值一般取12%，而由圖3.17可以看出，針對(duì)國(guó)產(chǎn)燃油RP-3，這個(gè)氧濃度值也差不多就是12%，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)飛機(jī)油箱惰化系統(tǒng)的時(shí)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?dú)饬縍P-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(shí)際氮?dú)饬繛?/p>

c

exp(VNV

V 0.5*ln(8)

V 本章小JetRP-3號(hào)燃油所獲數(shù)據(jù)為評(píng)判依據(jù)，通過(guò)對(duì)完全燃燒化學(xué)理論濃度較，從計(jì)算結(jié)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(shuō)明了研究RP-3號(hào)燃油物性的重要性，并確定了合適的國(guó)產(chǎn)燃油燃爆極限計(jì)算方法。RP-3的可燃極限，RP-3燃油可燃極限的影響因素進(jìn)行了全面分析，所得到的結(jié)論為：溫度越高，RP-3壓力對(duì)RP-3的可燃下限影響幾乎為零，對(duì)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(diǎn)火能呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系變化，點(diǎn)火能越大，RP-3可燃上限越小，可R3R3R3量增大到惰性點(diǎn)時(shí)，無(wú)論氧氣和RP-3蒸汽濃度怎么變化，都不會(huì)燃燒。根據(jù)RP-3號(hào)燃油與氧氣、氮?dú)馊叩年P(guān)系，建立了RP-3可燃關(guān)系圖，并通過(guò)所建立的RP-3進(jìn)行惰化時(shí)所需控制的最小惰性氣體含量，對(duì)國(guó)產(chǎn)大飛第四 油箱可燃性評(píng)估方法與影響因素分概，為了進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)和加強(qiáng)客機(jī)的安全性，近年來(lái)，F(xiàn)AA已頒發(fā)了一系列、咨詢(xún)通報(bào)和適航規(guī)章[1-6]，強(qiáng)制規(guī)定了和正在研制飛機(jī)均要進(jìn)行改裝或加裝惰化系統(tǒng)[15]。目前波音B737和空客A320機(jī)型均在進(jìn)行改裝飛機(jī)中，已經(jīng)和正在進(jìn)行改裝惰化系統(tǒng)的還B747、B777等系列飛機(jī)。，在2001年FAA民用飛機(jī)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(duì)§25.981在可能由于燃油或其蒸氣的點(diǎn)燃導(dǎo)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(jī)上每一燃油箱的機(jī)隊(duì)平均可燃性時(shí)間均不得超過(guò)可燃性評(píng)估時(shí)（FEET）3必須建立必要的關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)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(píng)估的就是：點(diǎn)火源控制的評(píng)估與可燃性時(shí)間控制即當(dāng)燃油溫度落入這個(gè)區(qū)域時(shí)，油箱被認(rèn)為是可燃的。在整個(gè)飛行過(guò)，燃油溫度落入這個(gè)區(qū)域的時(shí)間則稱(chēng)之為可燃性時(shí)間。因此，所謂的可燃性時(shí)間評(píng)估就是指采用合適的計(jì)算制。當(dāng)前為各國(guó)適航唯一認(rèn)可的可燃性時(shí)間評(píng)估就是FAAMonteCarlo分析方法[23]。MonteCarloMonteCarlo統(tǒng)計(jì)思想的、具有通用性的一種計(jì)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(jìn)行分析計(jì)算，得出估算燃油箱的可燃性時(shí)間。。由于概率統(tǒng)計(jì)的方法存在可信度的問(wèn)題，F(xiàn)AA頒布的使用手冊(cè)FuelFlammabilityAssessmentMethoduser’smanual規(guī)定了特定的可燃性水平要求、需要可燃性評(píng)估模型的結(jié)構(gòu)與輸入?yún)AA利用Monte-Carlo基本思想開(kāi)發(fā)出的基于ExcelVBA語(yǔ)言的油箱可燃性評(píng)估程（FTFAM）Excel4.1所示，程序根據(jù)用戶(hù)輸入的數(shù)據(jù)和一系4.14.1顯示的用戶(hù)輸入框。這里需要用戶(hù)輸入的數(shù)據(jù)有飛機(jī)數(shù)據(jù)（包括最大航程距離、外飛行實(shí)驗(yàn)次數(shù)。其內(nèi)容是通過(guò)用戶(hù)輸入的和程序產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)來(lái)計(jì)算特定飛行條件下油箱MonteCarlo四大部分相互獨(dú)立卻又相互關(guān)聯(lián)共同構(gòu)成程序的參數(shù)如圖4.2如果確定了這四個(gè)因素，MonteCarlo方法就能得出特定飛機(jī)模型燃油箱的機(jī)隊(duì)平均可燃性時(shí)間。4.2MonteCarlo3,048米（10,000英尺）3,048米（10,000英尺）ISA變化率。其計(jì)算公式為：40℉計(jì)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣（ISA）4.386420 高度4.3304.2。飛行時(shí)間（Flight334430459050100100200分鐘，可以到達(dá)兩個(gè)巡航2001/34.4。圖4. ARAC1998年資料[58]200海里相對(duì)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M(jìn)achAlt10Machcruise0.4Alt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(diǎn) 平均 48.89（120℉）負(fù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 正一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) ττ是一個(gè)與油箱載油量相關(guān)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(shí)刻的燃油溫度，tMonteCarlo可燃性評(píng)估方法的影響因素分析與比MonteCarlo10000次，結(jié)合各因素對(duì)可圖4. 可燃時(shí)間隨大氣溫度變從圖4.8中可以看出，大氣溫度對(duì)可燃性時(shí)間有一定的影響，而且影響率在16.7%左航段距離對(duì)可燃時(shí)間的影圖4.9可燃時(shí)間隨最大航程變從圖4.9中可以看出，最大航距對(duì)可燃性時(shí)間影響不是很大，影響率在1.6%左右，隨恢復(fù)系數(shù)對(duì)可燃時(shí)間的影圖4.10可燃時(shí)間隨恢復(fù)系數(shù)變4.100.8%左右，由此可見(jiàn)，恢復(fù)飛行馬赫數(shù)對(duì)可燃時(shí)間的影圖4.11可燃時(shí)間隨馬赫數(shù)變從圖4.11中可以看出，飛行馬赫數(shù)對(duì)可燃性時(shí)間影響很大，影響率在70%左右，這是地面時(shí)候的時(shí)間常數(shù)和平衡溫差對(duì)可燃時(shí)間的影圖4.12地面可燃時(shí)間隨油箱空時(shí)候時(shí)間常數(shù)變圖4.13地面可燃時(shí)間隨油箱滿(mǎn)時(shí)候時(shí)間常數(shù)變4.140.8%，4.149.6%上升為飛行中時(shí)間常數(shù)和平衡溫差對(duì)可燃時(shí)間的影圖4.15可燃時(shí)間隨時(shí)間常數(shù)變圖4.16可燃時(shí)間隨平衡溫差變從圖4.16中，飛行中平衡溫差對(duì)結(jié)果影響很大，影響率在76%左右，這是因?yàn)樵谟?jì)算燃油巡航高度對(duì)可燃時(shí)間的影圖4.17可燃時(shí)間隨巡航高度變4.17中可以看出，巡航高度變化對(duì)結(jié)果有一定的影響，但影響不是很大，影響率在引擎開(kāi)啟時(shí)間對(duì)可燃時(shí)間的影圖4.18可燃時(shí)間隨引擎啟動(dòng)時(shí)間變油箱滿(mǎn)和油箱空的時(shí)間對(duì)可燃時(shí)間的影圖4.19可燃時(shí)間隨油箱滿(mǎn)空時(shí)間變進(jìn)行可燃性時(shí)間評(píng)估時(shí)，由于影響因素多，且因素的取值變動(dòng)大，按全面實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行2，如果是為了找到最燃時(shí)間影響性的分析，可選擇影響比較大的七個(gè)因素，即外界大氣溫度OAT、最大航程RangMa、平衡溫差ΔT、油箱空時(shí)間常數(shù)τ1、油箱滿(mǎn)時(shí)間常數(shù)τ2和巡航高度Atti734.5表4.5可燃性時(shí)間試驗(yàn)的因素水平3因素2水平時(shí)可以選擇L4(23)，也可采用L8(27)；當(dāng)有4~7個(gè)因素時(shí)，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(duì)可燃時(shí)間評(píng)估結(jié)果的分析，我們有7個(gè)因素3個(gè)水平，因此可以采用L18(37)的4.6。表4.6可燃性時(shí)間試驗(yàn)方案結(jié)果12356789k1=112.98/6=18.83用因素的水平作橫坐標(biāo)，平均可燃時(shí)間（ki）作縱坐標(biāo)，繪出因素與指標(biāo)的關(guān)系圖，4.20。圖4.20可燃性時(shí)間與因素水平關(guān)系4.20CD（即飛行馬赫數(shù)和平衡溫度）對(duì)結(jié)果影響最大。R，排出影響因素的主次關(guān)系（R越大的因素越重要4.21所示4.21時(shí)間越小，油箱越安全，因此這五個(gè)因素應(yīng)選取平均可燃時(shí)間ki最小的水平，即（140℉（4500nm（0.5（30