[发明专利]一种分析弹丸撞击对飞机燃油箱惰化影响的方法

说明书

一种分析弹丸撞击对飞机燃油箱惰化影响的方法，是对现有的飞机燃油箱惰化模型的修正：根据初始条件，计算弹丸击穿油箱壁后的运动状态参数，再对弹丸击穿油箱壁后的能量变化进行分析，分析弹丸在燃油箱中运动过程中的热传递并计算由此产生的燃油液滴蒸发而增加的燃油蒸汽量，计算弹丸穿透油箱壁进入燃油箱气相空间时带入的外界环境中的空气的量，最后根据上述分析，对已有的惰化模型进行修正。本发明可用于分析作战环境下弹丸参数及环境参数的改变对气相空间气体浓度的影响，进而确定油箱是否可燃。

技术领域

本发明涉及航空作战飞机易损性减缩设计领域，具体是考虑弹丸撞击的燃油惰化分析方法。

背景技术

飞机作战生存力是飞机规避或承受人为敌对环境的能力，分为敏感性和易损性两大研究领域。易损性定义为作战飞机在战斗状态下，承受人为敌对环境威胁的能力。给出飞机部件的易损性是生存力评估中的一项重要工作，应当在飞机设计的早期就给予考虑。它为有效提高飞机生存力提供指导原则，有针对性地将主要设计任务放在易损性高的部件上，从而达到飞机生存力的高效优化设计。

飞机易损性越高，则受到打击时越容易被杀伤，越会降低飞机完成任务的能力。飞机燃油箱用来储存维持飞机飞行的动力系统所要消耗的燃油，军用飞机多采用机翼和机身大面积布置方式，因而燃油箱的暴露面积通常占全机的50％以上，是飞机上易损性最高的部件之一。在军用飞机进行作战时，很有可能会受到弹丸或导弹破片等威胁物的打击，威胁物击中飞机燃油箱引起杀伤模式主要为燃烧和爆炸，是造成飞机毁伤的重要原因。

燃油惰化技术是防燃抑爆的有效措施，通过向燃油箱内通入富氮气体，使燃油箱含氧量低于燃烧极限从而阻止燃烧发生。现阶段的燃油箱惰化技术分为燃油洗涤和气相空间冲洗两种。燃油洗涤是通过安装在油箱底部的细小喷管将惰性气体通入燃油中，置换燃油中溶解的氧气，从而降低燃油中溶解的氧的浓度，那么在飞行过程中，氧气的析出量会较小或是不析出，油箱内气相空间的氧浓度便会维持在一个安全范围内。气相空间冲洗技术则是直接将惰性气体通入燃油箱气相空间来稀释原有气体中的氧气，从而达到降低气相空间氧气浓度的目的。目前由于军用飞机所处的战场环境原因，大多将两种技术结合使用，以减小油箱的易损性来提高飞机在战场上的生存能力。

对于穿透物影响惰化，主要发生于军用飞机，因此，本文中主要涉及的惰化是燃油洗涤。燃油洗涤过程中，富氮气体通过燃油箱底部的喷管通入燃油中，形成大量微小的气泡，燃油中溶解氧氮与气泡中的富氮气体存在浓度梯度，原有的平衡状态被破坏，部分溶解氧从燃油中析出，如图1所示。现有的惰化分析基本流程如图2中左图所示，基本的惰化示意图如下。

第一步，以燃油箱内燃油作为研究对象，确定富氮气体(NEA)各组分的流量。以△t为时间步长，△t足够小时，可认为在此时间段内各组分状态参数保持恒定。△t时间内流入与流出燃油箱的氧气和氮气的质量遵循质量守恒定律，

式中，O表示氧气，N表示氮气，下标F表示Fuel，图1中的下标U表示Ullage，1表示△t时间段内的初时刻，2表示末时刻。

第二步，根据燃油中氧气和氮气分压以及ostwald关系得到初始时刻和末时刻燃油中溶解的氧气的量O_F1和O_F2和氮气的量N_F1和N_F2。ostwald关系式为，

式中，β为ostwald系数。

第三步，确定从燃油中析出的氧气和氮气的量。假设析出的气体与溶解的气体达到平衡，由理想气体方程可得到新增加的平衡体积V_E与析出气体的质量以及分压力存在如下关系，

将式(3)和式(4)代入式(1)和(2)，并根据理想气体状态方程中的平衡体积V_E相等，可得到析出氧气和氮气的量。