探究飛機的NGS系統(tǒng)方法

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1飛機燃油箱惰化技術(shù)及應用

目前惰化技術(shù)主要有：液氮惰化技術(shù)、海倫1301惰化技術(shù)、燃油催化技術(shù)、分子篩技術(shù)和膜分離技術(shù)。液氮惰化技術(shù)主要是在每次飛行前，地面人員通過液氮灌充系統(tǒng)將液態(tài)氮儲存在飛機的貯存罐中，當飛機油箱需要惰化時，飛行員打開液氮開關，具有一定壓力的液氮經(jīng)過溫控器轉(zhuǎn)變成氮氣進入油箱中，使得油箱內(nèi)氧氣濃度低于9％，達到油箱惰化目的。海倫1301惰化技術(shù)是利用海倫1301較好的熱穩(wěn)定性和化學惰性，將液態(tài)海倫1301貯存在飛機上，在油箱需要惰化條件下，控制系統(tǒng)使大量海倫1301進入油箱，使油箱上部充滿惰性氣體。為了完善該技術(shù)，美國還研制了一種精密氣體傳感器，它可與燃油數(shù)字綜合管理技術(shù)相結(jié)合，使Halon1301氣體能按精確需要供給燃油箱，這也就相當于在同等性能條件下，節(jié)省了Halon1301氣體的消耗，從而減少了Halon1301貯存系統(tǒng)的體積和重量。燃油催化技術(shù)是將發(fā)動機引氣與燃油混合，在高溫催化床中催化。當油箱需要惰化時，油箱的壓力信號器發(fā)出信號，油箱開始噴射燃油，氣流中的氧被消耗掉，在油箱上部形成惰性的二氧化碳和一氧化碳來滿足油箱惰化要求。分子篩技術(shù)主要是利用吸氧沸石吸收氧氣的功能使得發(fā)動機引氣成為幾乎不含氧氣的富氮氣體，再輸入到油箱中達到惰化目的。但它存在著引氣量較大、環(huán)境溫度和介質(zhì)溫度對分子篩組件性能影響較大、工作可靠性低等缺陷。目前波音737NG飛機，主要采用膜分離技術(shù)達到油箱惰化的目的，使來自發(fā)動機的增壓空氣經(jīng)過凈化、壓力調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)后，流過可透膜管路，利用氧氣和氮氣在膜中的溶解度和擴散系數(shù)有差別，從而使氧氣和氮氣在膜中的滲透率有差異，在膜兩側(cè)壓力差作用下，滲透率相對較高于氮氣的氧氣優(yōu)先通過膜，在膜外富集，從而使氧氣與氮氣分離，然后只讓富氮氣體進入中央油箱。

2ngs系統(tǒng)工作原理

NGS系統(tǒng)主要使用膜分離技術(shù)，將引自發(fā)動機的空氣分為富氮氣體和富氧氣體，然后將富氮氣體充入油箱，置換油箱中的空氣，將油箱內(nèi)氧氣含量降至9％以下，它可以在整個飛行過程不斷地提供惰性氣體，從而達到防火防爆的目的。NGS系統(tǒng)由熱控組件、空氣分離系統(tǒng)、富氮空氣分配系統(tǒng)（NEADS）組成。如圖1所示，NGS系統(tǒng)使用來自左側(cè)氣源總管的引氣為中央油箱供氣。引氣流經(jīng)熱控組件后被調(diào)節(jié)為合適壓力與溫度的空氣，之后再經(jīng)過空氣分離系統(tǒng)將富氮空氣分離出來，隨后被輸送入分配系統(tǒng)，并通過中央油箱左邊爬升活門的噴嘴進入到中央油箱中。同時，NGS系統(tǒng)控制器通過收集處理飛機系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)來控制NGS系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

2．1熱控組件

TCU用于調(diào)節(jié)來自氣源總管熱引氣的壓力和溫度，并除去引氣中含有的雜物。TCU主要由以下部件組成：壓力傳感器NGS關斷活門熱交換器沖壓空氣活門NGS氣濾氣濾壓差電門溫度傳感器熱電門超溫關斷活門OTSOV。來自左側(cè)氣源總管的引氣流經(jīng)關斷活門之后進入臭氧轉(zhuǎn)化器，引氣中的臭氧在轉(zhuǎn)化器的作用下變?yōu)檠鯕庖苑乐钩粞鯇諝夥蛛x組件ASM（AirSeparationModule）的損害。隨后熱交換器將引氣溫度調(diào)整為華氏160"10度，經(jīng)過氣濾過濾之后再進入空氣分離組件。TCU工作過程中，壓力傳感器將引氣壓力信號傳遞給NGS控制器，NGS控制器根據(jù)引氣壓力大小調(diào)節(jié)關斷活門的開度進而控制進入系統(tǒng)的氣體壓力。位于熱交換器下游的溫度傳感器將氣體溫度信號發(fā)送到控制器，控制器根據(jù)氣體溫度調(diào)節(jié)沖壓空氣活門開度來調(diào)整熱交換器的冷卻效率，達到控制氣體溫度的目的。超溫電門通常處于閉合狀態(tài)，作為備用部件用于防止空氣分離組件（ASM）超溫情況的發(fā)生，當引氣溫度達到華氏270"10度時，電門斷路，控制器接受超溫電門斷開信號后控制超溫關斷活門關閉。

2．2空氣分離系統(tǒng)

空氣分離系統(tǒng)主要由空氣分離組件ASM、高流量活門和氧氣傳感器組成，用于將引氣中的氧氣、二氧化碳和水分子分離出來，從而得到氮氣比例較高的富氮空氣。空氣分離組件ASM是整個NGS系統(tǒng)的核心部件，它是由中空纖維膜構(gòu)成的空氣分離裝置。中空纖維膜是一種高分子聚合物膜。氣體分子在聚合物基質(zhì)中會發(fā)生溶解和擴散，由于各種氣體分子在膜中的溶解度和擴散數(shù)的差異導致了不同氣體在膜中相對滲透速率不同。當混合氣體在膜兩側(cè)壓力差作用下滲透速率相對快的氣體如水、氧氣等迅速透過中空纖維膜壁而被放掉，而滲透速率較慢的氣體如氮氣、氬氣等被滯留在中空纖維內(nèi)而被富集，當氣體流經(jīng)空氣分離組件時，薄膜將氧氣、水和二氧化碳分離出來并通過富氧空氣管道排出，而富氮空氣側(cè)進入中央油箱。在不同的飛行階段，高流量活門控制著流入中央油箱的氣體流量，進而達到減少發(fā)動機引氣、延長部件壽命和減少下降階段油箱空氣進氣量的目的。氧氣傳感器用于檢測空氣分離組件出口的氧氣濃度和絕對壓力，并將信號匯總以電流形式輸送給控制器，進而檢測空氣分離組件的性能狀況。

3富氮空氣分配系統(tǒng)

主要用于將富氮空氣輸送到中央油箱，部件主要是：分配管道、排放堵頭、浮子活門、交輸通氣單向活門、防反流單向活門、絕緣隔離軟管、阻焰器、噴嘴。如圖3所示，來自空氣分離系統(tǒng)的富氮空氣通過安裝在油箱通氣管中的噴嘴進入中央油箱。為了防止靜電造成油箱爆炸，分配系統(tǒng)中還安裝絕緣隔離軟管與阻焰器相連。在空氣分離組件（ASM）下方有一個排放堵頭由于檢查分配管道中燃油及其他油液的滲漏情況。

4NGS控制器

NGS系統(tǒng)控制器收集、處理來自飛機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并給NGS系統(tǒng)發(fā)送信號來調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的工作。控制器安裝于前貨艙后部。控制器通過收集飛機相關系統(tǒng)的信號來調(diào)整NGS系統(tǒng)的工作狀態(tài)：當飛機在空中、雙發(fā)正常運轉(zhuǎn)、貨艙煙霧探測組件處于正常狀態(tài)、空調(diào)組件沒有超溫和中央油箱加油活門關閉時，NGS控制器打開關斷活門，NGS系統(tǒng)工作；當上面的條件任何一個不滿足的話，NGS關斷活門就會關閉，系統(tǒng)停止工作。在NGS系統(tǒng)工作過程中，控制器接收來自相關傳感器的信號對整個系統(tǒng)進行實時控制，我們可以看出，壓力傳感器、高度傳感器、溫度傳感器等元件將感受到的信號發(fā)送給控制器，控制器根據(jù)信號完成對關斷活門、高流量活門、沖壓活門開度等部件情況的調(diào)整，進而使得整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

作者：王光王龍山單位：東航空股份有限公司