[發(fā)明專利]替代燃料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中安全性的認(rèn)證方法及其系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410065502.2
• 申請(qǐng)日: 2014-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN103823978B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁水汀;楊曉奕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建,劉華聯(lián)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及替代能源、航空安全、適航技術(shù)交叉領(lǐng)域，具體涉及一種替代燃料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中安全性的認(rèn)證方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)

發(fā)展航空替代燃料尤其是可再生生物基燃料是實(shí)現(xiàn)多元化航空能源供給并確保國(guó)家能源安全的重要保障。另外，全球氣候變化也給航空運(yùn)輸業(yè)提出新目標(biāo)，該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)如果僅靠航空發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)的輕量化和性能的提高是無法達(dá)到的，還必須依賴生物質(zhì)航空替代燃料。

對(duì)于航空燃料市場(chǎng)而言，“即用性”燃料是很有前途的，因?yàn)槭褂眠@些燃料不需要改變航空發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)以及基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)。美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)出版了針對(duì)合成碳?xì)淙剂系臉?biāo)準(zhǔn)ASTM7566（《包含合成碳?xì)淙剂系暮娇諟u輪燃料的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》），并在理化特性測(cè)試、適用性測(cè)試、熱端測(cè)試、部件測(cè)試以及整機(jī)測(cè)試方面更新了標(biāo)準(zhǔn)ASTM4054-09（《新型航空渦輪燃料認(rèn)證與審批的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程》）。

但是，在當(dāng)前的認(rèn)證流程中主要存在3個(gè)問題。

問題1：高燃料精制成本，導(dǎo)致市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力低。基于幾十年航空煤油使用經(jīng)驗(yàn)，建立并完善了石油餾分的航空燃料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（ASTM1655），在此基礎(chǔ)上，制定了《包含合成碳?xì)淙剂系暮娇諟u輪燃料的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》（ASTM7566-13）。標(biāo)準(zhǔn)中雖然沒有規(guī)定替代燃料的化學(xué)組成，但是規(guī)定了理化特性的應(yīng)用范圍，也就在一定程度上限制了其化學(xué)組成。因此，為了控制替代燃料的化學(xué)組成，精煉工藝變得非常冗繁。因此，從原料到噴氣燃料整個(gè)工藝過程需要進(jìn)一步優(yōu)化，以有利于航空燃料生產(chǎn)過程的商業(yè)化，降低工藝成本。

問題2：燃料測(cè)試成本較高。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D4054，認(rèn)證過程（理化特性測(cè)試、適用性測(cè)試、熱端測(cè)試、部件測(cè)試和整機(jī)測(cè)試）需要22500加侖的替代燃料，這給燃料生產(chǎn)者帶來巨大負(fù)擔(dān)。此外，替代燃料安全認(rèn)證過程還需將安全分析預(yù)測(cè)和測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合共同認(rèn)證。

問題3：未明確測(cè)試條件和驗(yàn)收準(zhǔn)則。盡管有限測(cè)試并不能驗(yàn)證替代燃料的安全性，且在熱端測(cè)試、部件測(cè)試和整機(jī)測(cè)試中所列出的測(cè)試項(xiàng)目并沒有給出測(cè)試條件或者可接受的驗(yàn)收準(zhǔn)則，因而很難對(duì)“即用性”燃料進(jìn)行認(rèn)證。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中雖限定原始設(shè)備制造商承擔(dān)主要安全責(zé)任，且他們控制測(cè)試條件或可接受的驗(yàn)收準(zhǔn)則，但是他們只能承擔(dān)自己設(shè)計(jì)制造發(fā)動(dòng)機(jī)的安全，是否所有發(fā)動(dòng)機(jī)都需要測(cè)試，也未給出明確說明。

因此，如何解決上述問題，提供一種有效的替代燃料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中安全性的認(rèn)證方法，乃業(yè)界所致力的課題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是需要提供一種替代燃料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中安全性的認(rèn)證方法，該方法能夠在降低認(rèn)證流程燃料成本和時(shí)間成本的基礎(chǔ)上，提供測(cè)試條件及驗(yàn)收準(zhǔn)則。另外，還提供了一種替代燃料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中安全性的認(rèn)證系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種替代燃料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中安全性的認(rèn)證方法，包括：步驟一，基于航空燃料的歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，獲取與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性相關(guān)的關(guān)鍵安全參數(shù)，并基于關(guān)鍵安全參數(shù)得到發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵安全參數(shù)空間，其中，所述關(guān)鍵安全參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)級(jí)關(guān)鍵安全參數(shù)和部件級(jí)關(guān)鍵安全參數(shù)；步驟二，利用航空燃料的歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于所述步驟一中獲取的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并在此過程中，確定所建立的從航空燃料到發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，其中，所述映射關(guān)系包括航空燃料的組成空間和基礎(chǔ)理化特性的映射關(guān)系、航空燃料的基礎(chǔ)理化特性與燃燒室部件性能的映射關(guān)系、以及燃燒室部件性能與航空燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)的映射關(guān)系；步驟三，利用所建立的從航空燃料到發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，獲取使用替代燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域，基于所述步驟二中所得到的航空燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域?qū)μ娲剂线M(jìn)行安全性判定。

在一個(gè)實(shí)施例中，在所述步驟二中，進(jìn)一步包括：

建立所述航空燃料的組成空間和基礎(chǔ)理化特性的數(shù)據(jù)庫(kù)和映射關(guān)系；

基于所述航空燃料的基礎(chǔ)理化特性和組成空間的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)所述航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、測(cè)試，并建立基于所述航空燃料的組成空間的理化特性數(shù)值的數(shù)值模擬模型；

根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)，采用相似準(zhǔn)則提煉標(biāo)準(zhǔn)縮比燃燒室，基于所述標(biāo)準(zhǔn)縮比燃燒室建立三維瞬態(tài)燃燒室模型，以所述航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)和所述航空燃料的數(shù)值模擬模型中的基礎(chǔ)理化數(shù)值為輸入，燃燒室部件性能參數(shù)為輸出，然后通過標(biāo)準(zhǔn)燃燒室試驗(yàn)數(shù)據(jù)以校正所建立的三維瞬態(tài)燃燒模型；