[發明專利]飛行器惰化系統

在審

• 申請號: 201410073782.1
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN104015930A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 富蘭克林·蒂奇伯恩;布賴恩·休斯;格溫埃勒·馬里·盧塞特·勒努阿爾瓦萊;斯蒂芬·愛德華·布爾內斯
• 申請（專利權）人: 空中客車營運有限公司;空中客車德國運營有限責任公司
• 主分類號: B64D37/34
• 分類號: B64D37/34;B64D37/32
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 潘煒;吳煥芳

技術領域

本發明涉及用于將惰性氣體引入通氣式飛行器燃料箱的方法和設備。

背景技術

伴隨著飛行器燃料箱爆炸的使用中的意外事件，已經為新商用飛行器引入了用以實現燃料箱中可燃性減小的新規則。

有關聯邦航空總局(FAA)規則闡述：“當燃料箱的每個隔間內的散裝平均氧濃度是12%或小于下述平均氧濃度時燃料箱被認為是惰性的：該平均氧濃度是從海平面一直到10000英尺海拔高度、然后從10000英尺處的12%線性地增加至在40000英尺海拔高度處的14.5%并且線性地增加至高于那個海拔高度的平均氧濃度。

通常，這通過在運行期間將氮連續地添加至燃料箱氣隙并且保持氣隙氣體氧分數(UGOF)低于11%來實現。當前，一種解決方案是使用空氣分離模塊(ASM)分子地分離空氣——或者如發動機引氣或壓縮外部空氣所獲得的空氣——中的氮和氧。

在未來的飛機上將提出使用燃料電池技術來為諸如地面操作、地面推進和緊急飛行動力之類的功能提供輔助動力。由于氫與(從周圍空氣供給的)氧被催化地發生反應以提供電能的該技術的副產品，因此產生了耗盡氧氣的空氣，在該耗盡氧氣的空氣中，氧濃度通常小于10.5%。該空氣也是很潮濕(大約100%)和熱的，因此需要在使用該空氣惰化燃料箱之前對該空氣進行處理以降低其濕度和溫度。

盡管降低溫度和濕度是一種已知的技術，然而該技術消耗飛行器資源，通常在降落至炎熱的目的地的飛行器上，特別地當其他系統也處于高需求時該技術產生高需求。

發明內容

本發明的第一方面提供了一種控制被引入通氣式飛行器燃料箱中的惰化氣體的流率的方法，該方法包括：監測飛行器燃料箱中的燃料量的變化；監測飛行器燃料箱外部的周圍空氣壓力的變化；以及基于燃料箱中燃料量的變化和周圍空氣壓力P的變化主動控制被引入飛行器燃料箱中的惰化氣體的流率

本發明是有利的，因為通過主動控制被引入燃料箱中的惰性氣體的流率能夠優化飛行器所載能源的使用。由于燃料箱中的燃料(通過飛行器發動機)被消耗，因此燃料箱氣隙體積將增大。由于周圍空氣壓力增大(例如，在從較高的海拔高度降落期間)，因此將普遍存在周圍空氣向通氣式燃料箱中的凈流入。通過大致匹配因壓力變化所造成的周圍空氣的攝取量和因燃料燃燒所造成的氣隙體積膨脹與供給至燃料箱的惰性氣體的量，能夠實現優化的惰化方案。與基于最糟糕的情況評估而將過量的惰性氣體引入燃料箱中以將UGOF維持在規定極限以下的惰化方案相比較，所需的惰性氣體的體積將減小。

根據任何惰化系統——無論該惰化系統是ASM還是產生作為電力生產的副產品的ODA的氫燃料電池，優化惰性氣體向燃料箱的供給將使能源的損耗最小化。在使用發動機引氣的ASM的情況下，優化惰性氣體流量將減小所需引氣的量，從而產生了燃料燃燒節約。在氫燃料電池的情況下，優化ODA的生產和處理將減小氫消耗，這將減小燃料電池系統的總重量(如氫被瓶裝)。

此外，通過減小可以以其他方式不必要地饋送至燃料箱中的惰性氣體的體積——惰性氣體將不可避免地被推出燃料箱通氣系統，將減少排放物。通過減小被推出至大氣中的燃料蒸汽和/或富含二氧化碳的ODA的量，本發明也可以提供環境益處，特別地在產生航跡云的巡航期間處于高的海拔高度處更是如此。

惰化氣體的質量流率可以被控制成使得從燃料箱排出的燃料箱氣隙的質量流率最小化。

惰化氣體的質量流率可以被控制成使得從燃料箱排出的燃料箱氣隙的質量流率在地面操縱、巡航操作和降落操作期間大致為零。

惰化氣體的質量流率可以被控制成使得從燃料箱排出的燃料箱氣隙的質量流率貫穿飛行器的除了爬升階段之外的所有的操作性的地面階段和飛行階段是正的(即，凈流出)但是接近零。在爬升階段，由于周圍空氣壓力的大量減小，將存在氣隙氣體向周圍大氣的凈流出。在此時氣隙氣體將早已是惰性的。

監測燃料箱中的燃料量的變化的步驟包括讀取例如正在由發動機消耗的燃料的質量流率。

燃料質量流率可以從發動機的全權數字發動機控制器(FADEC)來讀取。

監測飛行器燃料箱外部的周圍空氣壓力的步驟可以包括從空氣數據系統(ADS)讀取周圍空氣壓力。

該方法還可以包括計算由于周圍空氣壓力的變化速率δP/δt和瞬時燃料罐氣隙體積V(U)而經由燃料箱的通氣系統進入燃料箱氣隙的周圍空氣的凈體積流率Q(U_P)，其中，Q(U_P)=δP/δt×V(U)。