一种飞机燃油扩散器及压力调节装置的布置方法与流程

文档序号:17783752发布日期:2019-05-28 21:24阅读:597来源:国知局
一种飞机燃油扩散器及压力调节装置的布置方法与流程

本发明涉及飞机加油领域,尤其是涉及飞机压力加油系统的燃油扩散器领域。



背景技术:

飞机燃油一般为航空煤油,其静电特性是燃油流速越大,静电压越大,也即燃油自燃的风险也越大。飞机燃油从底部进入油箱,需满足《运输类飞机适航标准》中“25.1301(a)功能与安装”的要求。燃油扩散器属于一种燃油压力加油管路系统中的末端装置,其功能是降低燃油速度,减少燃油的静电压,进而保证压力加油过程的安全。由于燃油扩散器平直安装在飞机油箱底部,故仅能在其上半侧壁进行开孔,如图1和2所示。

由于此类燃油扩散器的根部封堵,这将导致其根部的燃油压力过高,出现“憋压”现象,如图3所示。由小孔流动特性可知,燃油从网孔喷出的速度由扩散器内外压差决定。因此,燃油从扩散器侧壁网孔喷出的速度受扩散器内部的压力直接影响,尤其是靠近网孔处的燃油扩散器内部压力分布。“憋压”现象会导致燃油从靠近扩散器根部的网孔喷出速度过大,不符合飞机压力加油的安全要求。

对于管路的内部流动而言,由伯努利方程可知,改变其内部的压力分布意味着需要改变管路的流速分布。另外,由流体的连续性方程可知,改变管路的流速分布,可以通过借助改变管路的截面积来实现。由此可见,可以通过改变管路的流速分布特征,来实现管路内部压力的调节,这将是消除“憋压”现象、降低燃油喷出速度并提高其均匀度的关键突破口。



技术实现要素:

针对现有技术的不足,本发明提供了一种带压力调节装置的飞机燃油扩散器以及一种压力调节装置的布置方法,目的在于通过压力调节装置消除扩散器内部的“憋压”现象,提高扩散器内靠近网孔处的燃油压力分布均匀度,进而实现燃油从扩散器侧壁网孔处均匀喷出,并实现喷出速度大小满足相关技术要求。

本发明提供了一种带压力调节装置的飞机燃油扩散器,包括一段根部封闭的圆截面管路。所述管路的根部封闭,半侧壁开设有网状小孔,未开设网孔的另外半侧壁安装有若干折流板,入口通过一段连接管与飞机加油控制活门出口相连;燃油从所述管路的入口流入,并经侧壁网孔处喷出,进入飞机油箱。所述管路平直安装在飞机油箱底部,所述网状小孔均匀开设在背向飞机油箱底部的半侧壁;所述折流板顶部平直,并垂直紧密安装在靠近飞机油箱底部的半侧壁。

所述燃油扩散器的折流板,其特征在于:所述折流板的高度不超过扩散器内径d的1/4,数目至少为3个。其中,第一个折流板的高度为0.125d,距离扩散器入口的长度为0.1l;其余折流板的高度均为0.25d,两个必要的折流板分别布置在距离扩散器入口0.3l和0.5l处。

本发明还提供了一种燃油扩散器压力调节装置的布置方法,其特征在于:选取0.125d和0.25d高度的若干折流板进行压力调节,折流板紧密垂直安装在靠近飞机油箱底部的燃油扩散器内侧壁。折流板的位置和数目,以未安装折流板的燃油扩散器内部的压力分布特点为参考依据。布置方法具体为:1)利用实验测量或计算流体力学模拟手段获取未安装折流板的燃油扩散器内部的压力分布;2)根据该压力分布特点确定需要调节压力的扩散器范围;3)在所述范围内紧密安装若干折流板,进而调节该范围内的压力。

本发明公开的一种飞机燃油扩散器及压力调节装置布置方法相对于现有技术的有益效果在于:

本发明所公开的飞机燃油扩散器,其内侧壁垂直紧密安装了折流板,并提供了一种如何布置折流板的方法。折流板可以明显地改善扩散器根部的“憋压”现象,使得扩散器内靠近网孔处的燃油压力分布趋于均匀,降低燃油喷出速度并提高其均匀度,进而降低飞机在压力加油时发生静电的概率。

附图说明

图1是飞机燃油扩散器的三维构型示意图;

图2是未安装折流板的燃油扩散器剖面示意图;

图3是未安装折流板的扩散器内部燃油压力曲线图;

图4是本发明折流板的安装设计方案图;

图5是未安装和安装折流板的扩散器内部燃油压力对比曲线图;

图6是未安装和安装折流板的扩散器网孔处燃油喷出速度对比曲线图。

图中标号名称:1、连接管与输油管控制活门的接口,2、连接管,3、连接管与扩散器的接口,4、开设在扩散器上半侧壁的网孔,5、扩散器未开孔的下半侧壁,6、扩散器根部。

具体实施方式

本发明提供了一种带压力调节装置的飞机燃油扩散器及压力调节装置的布置方法。燃油扩散器的上侧壁均匀开设网孔作为燃油出口,扩散器内部未开设网孔的下侧壁垂直紧密安装若干折流板,用于调节扩散器内靠近网孔处的燃油压力分布,使其趋于均匀。进一步地,燃油能够以较低的速度从网孔处均匀喷出,进而减少由于燃油喷出速度过高引起的静电发生概率。

为了使得本发明的技术方案及效果更加清晰和明确,以某实例为证来进一步作详细说明。需要指出的是,此处所描述的具体实施仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。下面以一个具体实施方式进一步说明本发明。取燃油扩散器的长度l=300mm,直径d=50mm,燃油扩散器的入口速度为3.6m/s。网孔在扩散器的上半侧壁开设,要求燃油从网孔的喷出速度均满足小于1m/s。

折流板的布置需要考虑三个重要设计参数,即折流板的高度、位置和数量。为了设计和加工的方便,折流板的设计需满足如下原则:1)折流板的数量应尽量少;2)折流板的高度应尽量保持一致,考虑到折流板过高会导致管路堵塞,故高度不宜超过管路内径的1/4;3)折流板顶端平直,且与燃油扩散器内管壁垂直紧密安装;4)折流板的位置设计,需要以未安装折流板的燃油扩散器内部压力分布特点为参考依据。

未安装折流板的燃油扩散器内部压力分布,可以通过实验测量得到,也可以通过计算流体力学模拟手段获取。这里,未安装折流板的燃油扩散器内部压力分布通过数值模拟获取,如图2所示(图中压力为表压值)。可以看出燃油扩散器内部未安装折流板时,管路根部的“憋压”现象较为严重,且管路入口附近的压力明显偏低。扩散器内部的低压区主要集中在扩散器的前半段。在燃油扩散器内部的低压区,大致可以分为两个范围:一是距离扩散器入口0.1l范围内的低压维持区;二是0.1l~0.7l范围内的快速上升区。

由伯努利方程不难得知,管路低压区的压力在得到提升的同时,必然会降低其高压区的压力。因此,燃油扩散器内部的压力调节可以重点关注低压区。根据上述压力分布特征可以看出,扩散器低压区的压力需要作如下调节:一是低压维持区(距离扩散器入口0~0.1l范围内)的压力需要提升;二是快速上升区前段(距离扩散器入口0.3l附近)的压力需要提升;三是快速上升区中段(距离扩散器入口0.5l附近)的压力需要维持。因此,至少需要3个折流板来调节燃油扩散器内部的压力。一种简单的做法是在距离扩散器入口0.1l处安装一个折流板,另外两个折流板在0.1l~0.5l范围内进行等间距安装,即安装在0.3l和0.5l处。由流体力学知识可知,第一个折流板后方的尾迹区会对第二个折流板的调压效果产生影响,故第一个折流板的高度应明显低于其余折流板。此外,由于最后一个折流板是用于维持当地压力水平,故其高度可以与第二个折流板的高度保持一致。基于上述考虑,第一个折流板的高度可以取为0.125d,另两处的折流板高度取为0.25d

图5为未安装和安装折流板的扩散器内部燃油压力对比曲线。这里的压力曲线沿扩散器对称面且靠近网孔附近取值。安装折流板之后,燃油扩散器中部和前段的网孔出口压力均得以提升,根部的“憋压”现象得到较大的缓解,网孔的出口压力整体分布趋于均匀。图6为未安装和安装折流板的扩散器网孔附近的燃油喷出速度对比曲线。可以看出,未安装折流板时,燃油喷出速度在扩散器的后段明显偏大且超过1m/s的要求。然而,燃油喷出速度在扩散器的中前段明显偏小,尤其是靠近扩散器入口的范围,燃油喷出速度几乎为零,这意味着此时网孔几乎未起到扩散燃油的作用。在安装折流板之后,燃油喷出速度在扩散器的后段明显被削弱,扩散器中前段网孔处的燃油喷出速度则得到明显的提升,燃油喷出速度的均匀度明显得到改善。此外,由于燃油喷出速度的均匀度得到提高,故全部网孔处的燃油喷出速度均满足小于1m/s的要求。

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