一种带补气的催化燃烧惰化飞行器燃油箱系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种带补气的催化燃烧惰化飞行器燃油箱系统，属于防火防爆技术领域，本实用新型专利技术还公开了其控制方法，具体原理为：油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物在催化氧化反应器中进行无焰催化燃烧，产生二氧化碳，没参与反应的氮气和反应产生的二氧化碳作为混合惰气对油箱进行惰化，达到防火防爆的目的，该系统还设计利用发动机引气来促进反应的进行，并提供大、小流量两种反应模式，通过大流量、小流量惰化模式的切换，大大缩短了惰化所需时间，具有流程简单、惰化效率高、无污染等优点。

A fuel tank system with inert gas for catalytic combustion inerting aircraft

The utility model discloses a fuel tank system of a catalytic combustion inerting aircraft with supplementary air, which belongs to the technical field of fire and explosion prevention. The control method of the fuel tank is also disclosed. The concrete principle is that the fuel vapor and air mixture in the upper part of the fuel tank are burned flamelessly in a catalytic oxidation reactor and are produced. Carbon dioxide, nitrogen which is not involved in the reaction and carbon dioxide produced by the reaction are used as mixed inert gas to inert the tank to achieve the purpose of fire and explosion protection. The system is also designed to use engine air to promote the reaction, and provides two kinds of reaction modes, large and small flow, through large flow and small flow inert mode of cutting. In addition, the inerting time is greatly shortened, and the process is simple, the inerting efficiency is high, and pollution-free.

【技术实现步骤摘要】
一种带补气的催化燃烧惰化飞行器燃油箱系统
本技术属于防火防爆
，涉及一种飞行器油箱燃油惰化系统和方法，特别是一种带补气的催化燃烧惰化飞行器燃油箱系统。
技术介绍
现代飞机的安全问题一直以来受到社会的广泛关注，而燃油系统燃烧、爆炸是引起飞机失事的主要原因之一。有数据表明，在越南战争中，美国空军受到地面火力攻击而损失数千架飞机，其中由于飞机油箱起火爆炸导致机毁人亡的比例就高达50%，同时1996年波音747飞机TWA800起飞后，在爬升过程中中央翼燃油箱的可燃蒸汽被点燃导致爆炸，全机人员丧生。由此可见，无论对于军机还是民机，都必须采用有效地措施来防止油箱燃爆。也就是说，飞机油箱的防火抑爆能力不仅关系到飞机的生存能力和易损性，同时也关系到飞机的利用率、成本和乘客的安全。大量的研究表明，改变燃油燃爆极限的飞机油箱防火防爆技术是最为有效的方法，其通过向油箱中注入惰性化气体如氮气、二氧化碳、和哈龙1301等，以此来降低油箱气相空间氧气含量，使燃油蒸气处于可燃极限以下，防止油箱起火爆炸。惰性化气体的来源可分为采用容器携带和机载设备抽取两大类。前者通过携带充注如液氮、气氮、哈龙1301的储存罐在飞行过程中向油箱中充入惰性气体以转换出油箱中氧气，减少氧气浓度，但此方式增加了飞机载重，寿命周期短，经济性差，很难做到全程惰化。从上世纪70年代后期，通过机载设备抽取惰化气体的机载惰化技术发展十分迅速，采用中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化技术是目前应用最广泛也是最为成熟的飞机油箱燃爆抑制技术。虽然基于膜分离的OBIGGS是目前的主流惰化技术，但是仍然存在很多问题，例如分离膜效率低导致飞机代偿损失大、分离膜入口需求压力高导致在很多机型上无法使用（如直升机）、细小的膜丝和渗透孔径逐渐堵塞及气源中臭氧导致膜性能衰减严重、N2填充油箱时导致燃油蒸汽外泄污染环境等。
技术实现思路
本技术针对现有技术中存在的中空纤维膜制氮效率低、价格昂贵、污染环境等缺点，提供了一种带补气的催化燃烧惰化飞行器燃油箱系统，将油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物在催化氧化反应器中进行无焰催化燃烧，产生二氧化碳，没参与反应的氮气和反应产生的二氧化碳作为混合惰气对油箱进行惰化，达到防火防爆的目的，并且解决了上述技术难题。本技术是这样实现的：一种带补气的催化燃烧惰化飞行器燃油箱系统，包括油箱，所述的油箱上端的气体出口通过管道连接依次第一阻火器、第一止回阀、变频风机、第一温度传感器、第一压力传感器；所述的系统还包括发动机引气，所述的发动机引气与通过管道与流量调节阀入口相连；所述的流量调节阀出口通过管道依次连接有第二温度传感器、第二压力传感器、第二流量传感器、第二止回阀；所述第一流量传感器出口以及第二止回阀出口通过管道与预热器冷侧通道入口连接；所述预热器冷侧通道出口通过管道依次连接有电加热器、第一氧浓度传感器；所述的第一氧浓度传感器出口分为两个支路出口，一支路出口通过管道与第一电动调节阀入口相连接，另一支路出口通过管道与第二电动调节阀入口连接；通过调节控制第一电动调节阀以及第二电动调节阀的开启或者关闭来控制分别在大流量催化反应器中进行催化燃烧反应、或者在小流量催化反应器中进行催化燃烧反应；所述第一电动调节阀出口通过管道依次连接有第一火焰抑制器、大流量催化反应器、第二火焰抑制器、第三止回阀；所述的第二电动调节阀出口通过管道依次连接有第三火焰抑制器、小流量催化反应器、第四火焰抑制器、第四止回阀；所述的第三止回阀、第四止回阀通过管道同时与第二氧浓度传感器一端连接；所述的第二氧浓度传感器另一端依次连接预热器热侧通道、冷却器热侧通道、水分离器气体通道、第三温度传感器、安全装置、油箱；所述的水分离器液体通道与冷却器冷侧通道之间通过管路连接有喷水器，且所述的喷水器第二进口通过管路与冲压空气连接；所述的系统还包括自动控制器。进一步，所述的安全装置的出口通过第二阻火器与油箱的上部气相空间连接。进一步，所述的安全装置的出口通过洗涤喷射器与油箱连接，且所述的洗涤喷射器在油箱底部最低液面下；所述的洗涤喷射器还通过油泵与油箱连接。进一步，所述的安全装置的出口通过管道与气体分配器与油箱连接，且所述气体分配器出口在油箱底部最低液面下。进一步，所述的自动控制器包括三个电流输入端以及两个电流输出端；所述的第一温度传感器、第一压力传感器、第一流量传感器、第一氧浓度传感器、第二氧浓度传感器通过电缆并联，且并联于自动控制器的其一电流输入端；所述的第二温度传感器、第二压力传感器、第二流量传感器、第三温度传感器通过电缆并联，且并联于自动控制器的其二电流输入端；所述的自动控制器其三电流输入端通过第三氧浓度传感器与油箱的上部气相空间连接；所述自动控制器其一电流输出端通过电缆分别与流量调节阀电流输入端、安全装置电流输入端连接；所述自动控制器其二电流输出端通过电缆分别与变频风机、电加热器、第一电动调节阀、第二电动调节阀的电流输入端连接。本技术还公开了一种带补气的催化燃烧惰化飞行器燃油箱系统的控制方法，其特征在于，包括以下过程：系统开启过程：所述的第三氧浓度传感器探测油箱气相空间氧气浓度并将信号传输到自动控制器，当氧气浓度大于给定值时，自动控制器连通变频风机、流量调节阀、电加热器、第一电动调节阀、第二电动调节阀之间的电路，变频风机与电加热器开启、流量调节阀打开，系统处于工作状态；同时自动控制器连通所述第一温度传感器、第一压力传感器、第一流量传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、第二流量传感器、第一氧浓度传感器和第二氧浓度传感器之间的电路并采集数据；自动控制器通过控制所述第一电动调节阀、第二电动调节阀的开闭来切换惰化模式；系统关闭过程：第三氧浓度传感器探测油箱气相空间氧气浓度小于给定值时，自动控制器断开变频风机、流量调节阀、电加热器、第一电动调节阀、第二电动调节阀之间的电路，变频风机与电加热器关闭、流量调节阀闭合，系统处于关闭状态；系统保护过程：第三温度传感器探测水分离器出口气体温度大于规定时，所述保护装置断开，气体不再返回油箱。进一步，所述的过程还包括采用喷射器洗涤惰化燃油箱过程，具体为：从水分离器出口的低含水量惰化混合气进入洗涤喷射器中，与油箱底部的燃油混合后，洗涤喷射器出口流入油箱中的燃油中。燃油中的氧气含量降低，混合气体处于燃爆极限以下，达到惰化的目的。进一步，所述的过程还包括采用分配器洗涤惰化燃油箱过程，具体为：从水分离器出口的低含水量惰化混合气被送入气体分配器中，从气体分配器出口流入油箱中的燃油中。燃油中的氧气含量降低，混合气体处于燃爆极限以下，达到惰化的目的。本技术相对于现有技术的有益效果在于：1）本技术将油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物在催化氧化反应器中进行无焰催化燃烧，产生二氧化碳，没参与反应的氮气和反应产生的二氧化碳作为混合惰气对油箱进行惰化，达到防火防爆的目的；2）本技术设计利用发动机引气来促进反应的进行，并提供大、小流量两种反应模式，通过大流量、小流量惰化模式的切换，大大缩短了惰化所需时间，具有流程简单、惰化效率高、无污染等优点；3）本技术所采用喷射器洗涤惰化燃油箱，燃油中的氧气含量降低，混合气体处于燃爆极限以下，达到惰化的目的；采用分配器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带补气的催化燃烧惰化飞行器燃油箱系统，包括油箱（1），其特征在于，所述的油箱（1）上端的气体出口通过管道连接依次第一阻火器（2）、第一止回阀（3）、变频风机（4）、第一温度传感器（5）、第一压力传感器（6）、第一流量传感器（7）；所述的系统还包括发动机引气，所述的发动机引气与通过管道与流量调节阀（8）入口相连；所述的流量调节阀（8）出口通过管道依次连接有第二温度传感器（9）、第二压力传感器（10）、第二流量传感器（11）、第二止回阀（35）；所述第一流量传感器（7）出口以及第二止回阀（35）出口通过管道与预热器（12）冷侧通道入口连接；所述预热器（12）冷侧通道出口通过管道依次连接有电加热器（13）、第一氧浓度传感器（14）；所述的第一氧浓度传感器（14）出口通过两个分管道，分别与第一电动调节阀（15）入口以及第二电动调节阀（19）入口连接；所述第一电动调节阀（15）出口通过管道依次连接有第一火焰抑制器（16）、大流量催化反应器（17）、第二火焰抑制器（18）、第三止回阀（36）；所述的第二电动调节阀（19）出口通过管道依次连接有第三火焰抑制器（20）、小流量催化反应器（21）、第四火焰抑制器（22）、第四止回阀（37）；所述的第三止回阀（36）、第四止回阀（37）通过管道同时与第二氧浓度传感器（23）一端连接；所述的第二氧浓度传感器（23）另一端依次连接预热器（12）热侧通道、冷却器（24）热侧通道、水分离器（25）气体通道、第三温度传感器（27）、安全装置（28）、油箱（1）；所述的水分离器（25）液体通道与冷却器（24）冷侧通道之间通过管路连接有喷水器（26），且所述的喷水器（26）第二进口通过管路与冲压空气连接；所述的系统还包括自动控制器（31）。...

【技术特征摘要】
1.一种带补气的催化燃烧惰化飞行器燃油箱系统，包括油箱（1），其特征在于，所述的油箱（1）上端的气体出口通过管道连接依次第一阻火器（2）、第一止回阀（3）、变频风机（4）、第一温度传感器（5）、第一压力传感器（6）、第一流量传感器（7）；所述的系统还包括发动机引气，所述的发动机引气与通过管道与流量调节阀（8）入口相连；所述的流量调节阀（8）出口通过管道依次连接有第二温度传感器（9）、第二压力传感器（10）、第二流量传感器（11）、第二止回阀（35）；所述第一流量传感器（7）出口以及第二止回阀（35）出口通过管道与预热器（12）冷侧通道入口连接；所述预热器（12）冷侧通道出口通过管道依次连接有电加热器（13）、第一氧浓度传感器（14）；所述的第一氧浓度传感器（14）出口通过两个分管道，分别与第一电动调节阀（15）入口以及第二电动调节阀（19）入口连接；所述第一电动调节阀（15）出口通过管道依次连接有第一火焰抑制器（16）、大流量催化反应器（17）、第二火焰抑制器（18）、第三止回阀（36）；所述的第二电动调节阀（19）出口通过管道依次连接有第三火焰抑制器（20）、小流量催化反应器（21）、第四火焰抑制器（22）、第四止回阀（37）；所述的第三止回阀（36）、第四止回阀（37）通过管道同时与第二氧浓度传感器（23）一端连接；所述的第二氧浓度传感器（23）另一端依次连接预热器（12）热侧通道、冷却器（24）热侧通道、水分离器（25）气体通道、第三温度传感器（27）、安全装置（28）、油箱（1）；所述的水分离器（25）液体通道与冷却器（24）冷侧通道之间通过管路连接有喷水器（26），且所述的喷水器（26）第二进口通过管路与冲压空气连接；所述的系统还包括自动控制器（31）。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭孝天，冯诗愚，李超越，努尔麦麦提江·木合太尔，刘卫华，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32