CN111152936A - 一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统及实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明设计了一种确定多隔舱油箱气体流动路径实验系统，属于防火抑爆技术领域，本发明系统包括气体抽吸子系统，烟气发生子系统，多隔舱油箱模拟子系统以及监测子系统；气体抽吸子系统和烟气发生子系统与多隔舱油箱模拟子系统连通；监测子系统监测气体抽吸子系统，多隔舱油箱模拟系统的运行，本发明的系统在应用于实际的机载设备之前，模拟不同气流分配方式下对惰化效果的影响，可以为确定多隔舱油箱气体流动路径提供设计依据；本发明弥补了中空纤维膜惰化技术研究中仍存在的问题，对多隔舱的研究中涉及到了气流分配方式对惰化效果的影响，并可提出具有普适意义的冲洗惰化最佳气流方式设计方案。

Description

一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统及实验方法
技术领域
本发明属于防火抑爆技术领域，涉及一种中空纤维膜惰化系统中富氮气体流动路径，特别涉及一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统。
背景技术
飞机燃油箱上部空余空间充满大量可燃油气，存在一定的燃爆隐患，因此必须采用有效的技术措施减少油箱燃爆发生的概率，并尽可能地降低其危害程度。针对燃油箱防火抑爆技术国内外已开展了大量的理论和实验研究工作，且取得了丰硕的成果。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最经济和实用的飞机油箱燃爆抑制技术。
所谓中空纤维膜机载制氮技术是指对发动机引气或环控引气进行分离，得到的富氮气体用于燃油箱惰化，控制飞机油箱上部空余空间氧浓度，使之在飞行过程中始终低于支持燃油燃烧所需要的氧浓度。
随着膜制备技术的发展，中空纤维膜分离已成为油箱惰化中的首选方案，被国内外军机和民机广泛应用，但对于中空纤维膜惰化技术的研究仍存在一定的问题，如在对多隔舱的研究中，尚少有学者涉及到了富氮气流分配方式对惰化效果的影响，也没有提出具有普适意义的冲洗惰化最佳富氮气流方式设计原则。
因此，设计一种实验平台，能够在惰化管路系统应用于实际飞机的油箱布置之前，模拟不同气流分配方式下对油箱惰化效果的影响，并且可以为确定多隔舱油箱富氮气体流动路径提供设计依据是有益的。
发明内容
本发明针对背景技术中所涉及的缺陷，提供了一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统以及实验方法，本发明的系统可以模拟不同气流分配方式下对惰化效果的影响，系统构成简单，并且可以为确定多隔舱油箱富氮气体流动路径提供设计依据。
本发明是这样实现的：
一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统，其特征在于，所述的系统包括风机，风机通过软接与导流风管的入口连接；所述的导流风管的出口与气相空间实验装置的进口处连接；所述的导流风管的中部下方设置有发烟盒，并且导流风管与发烟盒相通；所述的气相空间实验装置上方覆盖透明玻璃板，气相空间实验装置的进风处设置第一风速仪；气相空间实验装置的出风处分别设置第二风速仪、第三风速仪，采用第一风速仪、第二风速仪、第三风速仪进行风速测量；所述的气相空间实验装置上方还设置有高速摄影机；
所述的风机、软接、导流风管构成气体抽吸子系统；所述的发烟盒构成烟气发生子系统；所述的气相空间实验装置、第一风速仪、第二风速仪、第三风速仪构成多隔舱油箱模拟子系统；所述的高速摄影机构成监测子系统，所述的烟气发生子系统设置于气体抽吸子系统的下段，多隔舱油箱模拟子系统置于气体抽吸子系统的后端；所述的监测子系统置于多隔舱油箱模拟系统上方，监测气体抽吸子系统、多隔舱油箱模拟系统的运行。
进一步，所述的气体抽吸子系统，烟气发生子系统，多隔舱油箱模拟子系统以及监测子系统均置于实验台上方；所述的导流风管通过风管支架固定于实验台上；所述的高速摄影机通过相机支架固定在实验台上；发烟盒置于发烟盒托架之上与导流风管相连接，所述的发烟盒托架固定于实验台上。
进一步，所述的发烟盒制造烟气，发烟盒中发烟材料采用稀盐酸、香烛、干冰，制造白色烟雾的烟花。
进一步，所述的气相空间实验装置的四周材料为胶合板；所述的气相空间实验装置底部为黑色。实验空间的底部为黑色，目的在于高速摄影机的图像采集效果更好。
进一步，所述的第一风速仪、第二风速仪、第三风速仪均为热敏风速仪，型号为TESTO425，测量范围为0-20m/s，测量精度为
Figure 964515DEST_PATH_IMAGE002
0.03m/s。该款风速仪探头小，可以降低因植入物带来的流场干扰。
本发明还公开了一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统的实验方法，其特征在于，具体工作方法如下：
1）气体抽吸：将发烟物放置在发烟盒内，待发烟稳定之后置于导流风管的下方入口，依靠气流流动，烟雾进入导流风管，所述的烟气发生子系统产生的烟气进入导流风管后，受风机抽吸作用影响，烟气沿导流风管进入气相空间实验装置；
2）气相空间实验：待烟气稳定后进入气相空间实验装置，高速摄像机启动，监控和记录整个实验过程中的流场信息，获得整个流场气流流动情况。
本发明与现有技术的有益效果在于：利用胶合板仿制飞机多隔舱油箱形成气相空间实验装置；利用发烟装置以及第一风速仪、第二风速仪和第三风速仪等装置实现多隔舱油箱内气体流动方向的可视化，从而确定多隔舱油箱内富氮气体流动方向。
本发明能够在应用于实际的机载惰化系统管路布置之前，模拟不同气流分配方式下对惰化效果的影响，并且可以为确定多隔舱油箱气体流动路径提供设计依据。
本发明的技术方案弥补了中空纤维膜惰化技术研究中仍存在的富氮气体分配问题，实验解决了多隔舱油箱惰化技术研究中所涉及的气流分配方式对惰化效果的影响问题，并可提出具有普适意义的最优富氮气流流动路径设计方案。
附图说明
图1为一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统示意图；
图2为实验所用流场空间模型；
图3为本发明实施例中系统的实验与根据计算流体动力学计算对比图；
其中，1-风机，2-软接，3-风管支架，4-导流风管，5-发烟盒，6-发烟盒托架， 7-气相空间实验装置，8-透明玻璃板，9-高速摄像机，10-相机支架，11-实验台， 12-第一风速测速仪，13-第二风速测速仪，14-第三风速测速仪。
具体实施方式
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。
如图1所示，图1为一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统示意图。包含风机1，软接2，风管支架3，导流风管4，发烟盒5，发烟盒托架6，气相空间实验装置7，透明玻璃板8，高速摄像机9，相机支架10，实验台11，第一风速测速仪12，第二风速测速仪13，第三风速测速仪14。
风机1通过软接2与导流风管4入口连接，所述导流风管4依靠风管支架3固定于实验台11，并且导流风管4出口与气相空间实验装置7进口处相连；所述导流风管4中部下方与发烟盒5相通；所述发烟盒5置于发烟盒托架6上；所述发烟盒托架6固定于实验台11上。
气相空间实验装置7上方覆盖透明玻璃板8；所述气相空间实验装置7进风处和出风处分别采用第一风速仪12、第二风速仪13、第三风速仪14进行风速测量，所述的第一风速仪、第二风速仪、第三风速仪均为热敏风速仪，型号为TESTO425，测量范围为0-20m/s，测量精度为
Figure 947515DEST_PATH_IMAGE002
0.03m/s。高速摄影机9通过相机支架10固定在实验台11上且置于气相空间实验装置7上方。
本实施例用于确定多隔舱油箱气体流动路径，具体工作过程如下：
1）气体抽吸过程：将发烟物放置在发烟盒5内，本发明的实施例中发烟盒5中发烟材料采用稀盐酸、香烛、干冰，制造白色烟雾的烟花，待发烟稳定之后置于导流风管的下方入口，依靠气流流动，烟雾进入导流风管4。所述中经烟气发生子系统产生的烟气进入导流风管4后，受风机1抽吸作用影响，烟气沿导流风管4进入气相空间实验装置7，气相空间实验装置7的四周材料为胶合板；所述的气相空间实验装置7底部为黑色。
2）气相空间实验过程：待烟气稳定后进入气相空间实验装置7，高速摄像机9启动，用于监控和记录整个实验过程中的流场信息，从而获得整个流场气流流动情况。
如图2所示为气相空间实验装置7内部布置，它依据飞机真实多隔舱油箱结构形式来进行仿制。如图3所示为本发明系统的实验与根据计算流体动力学计算对比，结果具有高度的相似性。
上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求书内容和范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。

Claims (6)

1.一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统，其特征在于，所述的系统包括风机（1），风机（1）通过软接（2）与导流风管（4）的入口连接；所述的导流风管（4）的出口与气相空间实验装置（7）的进口处连接；所述的导流风管（4）的中部下方设置有发烟盒（5），并且导流风管（4）与发烟盒（5）相通；所述的气相空间实验装置（7）上方覆盖透明玻璃板（8），气相空间实验装置（7）的进风处设置第一风速仪（12）；气相空间实验装置（7）的出风处分别设置第二风速仪（13）、第三风速仪（14），采用第一风速仪、第二风速仪、第三风速仪进行风速测量；所述的气相空间实验装置（7）上方还设置有高速摄影机（9）；
所述的风机（1）、软接（2）、导流风管（4）构成气体抽吸子系统；所述的发烟盒（5）构成烟气发生子系统；所述的气相空间实验装置（7）、第一风速仪（12）、第二风速仪（13）、第三风速仪（14）构成多隔舱油箱模拟子系统；所述的高速摄影机（9）构成监测子系统，所述的烟气发生子系统设置于气体抽吸子系统的下段，多隔舱油箱模拟子系统置于气体抽吸子系统的后端；所述的监测子系统置于多隔舱油箱模拟系统上方，监测气体抽吸子系统、多隔舱油箱模拟系统的运行。
2.根据权利要求1所述的一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统，其特征在于，所述的气体抽吸子系统，烟气发生子系统，多隔舱油箱模拟子系统以及监测子系统均置于实验台（11）上方；所述的导流风管（4）通过风管支架（3）固定于实验台（11）上；所述的高速摄影机（9）通过相机支架（10）固定在实验台（11）上；发烟盒（5）置于发烟盒托架（6）之上与导流风管（4）相连接，所述的发烟盒托架（6）固定于实验台（11）上。
3.根据权利要求1所述的一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统，其特征在于，所述的发烟盒（5）制造烟气，发烟盒（5）中发烟材料采用稀盐酸、香烛、干冰，制造白色烟雾的烟花。
4.根据权利要求1所述的一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统，其特征在于，所述的气相空间实验装置（7）的四周材料为胶合板；所述的气相空间实验装置（7）底部为黑色。
5.根据权利要求1所述的一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统，其特征在于，所述的第一风速仪（12）、第二风速仪（13）、第三风速仪（14）均为热敏风速仪，型号为TESTO425，测量范围为0-20m/s，测量精度为
Figure 748135DEST_PATH_IMAGE002
0.03m/s。
6.根据权利要求1~5任一所述的一种确定多隔舱油箱气体流动路径的实验系统的实验方法，其特征在于，具体工作方法如下：
1）气体抽吸：将发烟物放置在发烟盒（5）内，待发烟稳定之后置于导流风管（4）的下方入口，依靠气流流动，烟雾进入导流风管（4），所述的烟气发生子系统产生的烟气进入导流风管（4）后，受风机（1）抽吸作用影响，烟气沿导流风管（4）进入气相空间实验装置（7）；
2）气相空间实验：待烟气稳定后进入气相空间实验装置（7），高速摄像机（9）启动，监控和记录整个实验过程中的流场信息，获得整个流场气流流动情况。
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