基于压差原理的飞机发动机舱灭火剂浓度测量技术研究

发布时间：2020-07-22 14:37

【摘要】：火灾是影响飞机动力舱安全的重要因素之一,舱内火灾的抑制与消灭主要依靠飞机灭火系统完成,而气体灭火系统由于所具备的清洁高效性,应用最为成熟广泛。气体灭火系统有效性验证主要是通过探测灭火剂舱内的浓度分布实现,飞机灭火剂浓度测量技术是飞机灭火系统设计与适航验证的核心和关键,目前通过美国FAA适航认证的灭火剂浓度测量技术为基于压差原理的灭火剂浓度测量技术,它具有响应快、浓度探测范围宽、精度高的特点,然而由于技术壁垒的存在,缺乏对压差法浓度测量技术原理深入探究。本文将从理论分析出发,研发灭火剂浓度测量设备,并研究浓度测量过程中的重要影响因素,从而对压差法浓度测量技术较为全面的研究分析,为基于压差原理的灭火剂浓度测量设备研发提供技术支撑。论文的主要研究内容包括以下方面:建立了压差法灭火剂浓度测量技术理论模型,揭示了压差法浓度测量技术的探测机理。基于前人研究,推导建立了压差法物理模型,明确了模型中参数的物理意义,深入分析了温度参数、气体参数以及几何参数对测量性能的影响。温度波动的相对变化△T/T是压差波动的相对变化△Pd/Pd的两倍,提升温度对降低压差波动作用较小,降低温度波动是提高设备稳定性最有效方式;气体参数决定了压差随浓度变化的趋势,温度及几何参数只是起到放大作用;几何参数项的增大可增大压差并提高设备灵敏度,结合温度及气体参数项的研究,给出了几何参数项中各几何尺寸的取值范围,阐明了压差法浓度测量设备研发思路。研发了压差法灭火剂浓度测量设备,验证了理论模型的正确性,分析了测量设备传感特性。气体粘度的修正后,实验数据与理论值吻合,验证了压差法理论模型的正确性;同时,鉴于实际应用中准确的气体物性参数难以获得,文中建立了压差法的拟合模型实现对测量设备标定。分析了所研制测量设备的精度、稳定性、灵敏度以及响应/恢复时间。随着浓度的升高,灵敏度降低,精度降低;测量设备具备稳定性高、重复性好的特点,测量设备绝对误差不超过0.3%(0-30%),1%(30-100%),响应/恢复时间最低可小于0.1s,低浓度区域精度以及响应时间高于FAA公开报道的设备参数。研究分析了压差法浓度测量过程中重要影响因素。分析了测量设备限流结构喉口尺寸、采样尺寸以及温度和湿度对探测技术的影响。探测过程中灭火剂在测量设备中的流动过程分析,建立了迟滞时间模型,揭示了响应/恢复时间的变化规律,同一几何尺寸下恢复时间要长于响应时间,响应/恢复时间随着浓度升高而升高,响应/恢复时间随着限流结构喉口直径的增大以及采样管长度和内直径的减小而减小,响应/恢复时间最低可小于0.1s;温度对低浓度区域响应的影响是线性的,而高浓度区域为非线性的;湿度对测量设备响应值的影响很小。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V244.12
【图文】：

布局图,探测点,布局图,位置

分布的发动机组件区、会稀释灭火剂浓度的空气流动区、热空气管附近区域以及逡逑发动机舱中位置较低区域，该区域容易聚集易燃物。其中在初步调查灭火剂浓度逡逑的总体分布时，可以采用图１．１任意一种，之后再根据全局的调查结果确定进一逡逑步探测的位置，或者灭火剂喷嘴是否需要调整位置。初步调查的两种布置方式如逡逑下。逡逑ａ）

布局图,气体分析仪,采气

逡逑图１．１初期实验探测点位置布局图逡逑１２路通道采样管的尺寸应保持长度一致，首先确定最长采样通道的长度，逡逑其他通道采样管长度要与之一致，这样才可以确保从采样点到分析仪气体流动的逡逑延迟时间相同，保证各个探测点浓度为同时测量的。此外，采样管卷曲放置时需逡逑保证足够直径以降低管路损失。采气端应保持清洁，在实验之前需要对所有采样逡逑管线采用高压空气或氮气清洁，而且在整个实验过程中要不断的观察开口采气端逡逑的位置和清洁度，以防止有污染物进入管道，造成浓度测量装置内部元件阻塞造逡逑成设备的损坏。另外，采样通道的采气端应垂直于当地空气流动方向，且采气端逡逑不应固定于喷嘴附近位置

示意图,技术路线,课题,示意图

＼Ｖ逦／—＾真空软管（３根》逡逑a傻奂锹迹甲婕騷D印件机键盘逡逑图１．２ＨａｌｏｎｙｚｅｒＩＩ气体分析仪［５０］逡逑表１．邋３中给出了基于压差法的灭火剂浓度测量设备随时间的发展变化。逡逑表１．３灭火剂浓度测量设备的发展变化逡逑美国空邋Ｎｅｗ邋和邋Ｈｏｕｇｈ邋Ｄｅｍａｒｅｅ邋Ｃｈａｍｂｅｒｌａｉｎ邋Ｗｉｌｌｉａｍ逡逑军邋Ｍｉｄｄｌｅｓｗｏｒｔｈ逦和逦Ｍｅｓｅｒｖｅ邋和逡逑Ｄｉｅｒｄｏｒｆ逦Ｄｕａｎｅ逡逑型号逦Ｍｏｄｅｌ邋ＧＡ－１邋Ｍｏｄｅｌ邋Ｍｏｄｅｌ邋Ｍｏｄｅｌ邋ＧＡ－邋Ｈａｌｏｎｙｚｅｒ逡逑ＧＡ－２Ａ邋ＧＡ－２Ａ逦２Ａ逦（１９８８ａ）逡逑时间逦１９４７逦１９５３逦１９５９逦１９５９逦１９７０逦１９９５逡逑操作温度逦３７．８逦未知逦１］６°Ｃ逦１２１．１°Ｃ逦１２１．１°Ｃ逦未知逡逑探测通道逦１８路邋１２路邋１２路逦１２路逦１２路逡逑响应时间逦０．１ｓ逦０．２５ｓ逡逑（Ｃ0２）逦（ＣＢｒＦ３）逡逑是否可飞邋否逦是是是逦是逦是逡逑行实验逦逡逑国内由于航空事业起步较晚，飞机防火领域处于刚刚起步阶段，针对压差法逡逑的灭火剂浓度测量设备的研究较少，处于探索阶段，国内学者赵兰明、赵建华以逡逑及宋志兵等人研究了压差法浓度测量技术，但由于压差法理论不明确，采用的探逡逑测理论也不同，学者赵兰明［５２］基于气体粘度变化引起压差不同的原理对ｃｏ２气逡逑体浓度进行了测量，可实现全浓度范围的Ｃ０２进行探测，测量误差小于２％ＦＳ。逡逑但是与ＦＡＡ的方法不同，他是在定流量情况下通过气体组分粘度的变化实现对逡逑气体浓度的测量

【参考文献】