用于飞机燃油箱的惰化系统的制作方法

本发明涉及运输类飞机设计领域，具体是针对飞机燃油箱中气体的惰化，更具体涉及一种用于飞机燃油箱的惰化系统。

背景技术：

1、先进的民用飞机都采用降燃措施以降低燃油箱内气相空间的含氧量，来防止燃烧或爆炸。

2、其中，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应用最广泛也是最为成熟的飞机油箱燃爆抑制技术，但该技术存在需要高压引气导致部分机型无法使用，分离膜的使用寿命有限和高昂的价格带来维修维护成本增加等缺点。

3、此外，现有技术中还采用了一些其他手段来进行惰化操作。

4、cn110077604a等多份专利文献中公开了一种飞机的油箱催化惰化设备。其中设计了一种抽取液态燃油加热蒸发后催化氧化后惰化燃油箱的系统和设备，核心是抽取液态燃油作为催化氧化化学反应的主要介质，同时利用回热循环设计了多种反应器和换热器的集成设计方案。

5、cn104843189a公开了一种催化燃烧惰化油箱的装置及其方法。其中涉及的装置将油箱上部燃油蒸气和气体组成的混合物抽出后与外界空气混合后，通过电加热和预热器升温后进入催化反应器进行无焰燃烧，燃油蒸气中的碳氢化合物被氧化成二氧化碳和水，从催化反应器出口流出的气体首先经过降温冷却，去除大部分水，然后再由间歇工作的两个吸附器脱除气态水蒸气后返回油箱上部进行冲洗惰化，或进入洗涤喷射器与燃油混合后进入油箱底部对燃油进行洗涤惰化。

6、cn106741984a公开了一种催化重整惰化飞行器燃油箱的系统及其工作方法。该系统将燃油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物抽吸干燥后通过压缩机压缩并冷凝后析出液态燃油，剩余混合气体通过回热和电加热后进入催化重整反应器在催化剂作用下反应生成二氧化碳和氢气。反应生成物经分离后，二氧化碳和未参与反应的氮气经回热器和节流阀降温减压后进入燃油箱气相空间进行惰化，氢气则进入氢燃料电池发电为系统提供电能。通过膨胀机对反应后的惰气进行降压。

7、cn107856869a涉及一种带补气的催化燃烧惰化飞行器燃油箱系统，公开了其控制方法。具体原理为：油箱上部气相空间燃油蒸气和空气混合物在催化氧化反应器中进行无焰催化燃烧，产生二氧化碳，没参与反应的氮气和反应产生的二氧化碳作为混合惰气对油箱进行惰化。该系统还设计利用发动机引气来促进反应的进行，并提供大、小流量两种反应模式。

8、cn108473212a公开了一种通过原动机抽取燃油箱气象空间混合气进行催化惰化的系统，并且重点设计了不同数量的油箱构型的抽吸和分配方案。

9、cn110092004a设计了一种联合耗氧式(催化惰化)及分子筛式燃油箱惰化装置，是两种惰化方式的简单叠加，其中耗氧式(催化惰化)惰化装置是直接抽取油箱上部燃油蒸气进行催化反应。

10、cn110053780a涉及一种流向变换式耗氧型惰化系统。具体原理为：将燃油箱上部的易燃易爆的燃油蒸气混合物通过风机加热后引入催化反应器的进口，燃油蒸气混合物在反应器中发生化学反应，燃油蒸气被分解成水和二氧化碳，氧气被消耗；反应后的富氮气体通过冷却除水后返回油箱，对油箱进行惰化。反应器内部两端设由保温材料可以储存化学反应热，进出口处设由温度传感器，当反应器出口温度过高时，由反应器两端的三通阀在自动控制器的控制下实现流向变换操作，避免反应器飞温。其中，直接抽取油箱上部燃油蒸气进行催化反应，引入外部空气进行补气。

11、cn112937883a涉及一种燃油箱惰化系统及其控制方法，实现不同模式下采用不同的惰化方式：地面滑行模式通过催化燃烧惰化；爬升和巡航模式通过磁致氧氮分离惰化；降落状态，通过从大气引气，膜分离惰化；故障应急模式同时进行催化燃烧惰化、磁致氧氮分离惰化、膜分离惰化。其重点是不同催化方式的耦合控制实现，其中的催化燃烧惰化直接抽取油箱上部燃油蒸气进行催化反应。

12、cn114313279a涉及一种具有旁通支路控制的催化惰化系统及控制方法，其原理为：将燃油箱上部气相空间的燃油蒸气和空气混合物在催化反应器内进行低温催化反应，消耗氧气和燃油蒸气生成二氧化碳和水蒸气，将反应后的混合惰气充入燃油箱进行惰化，达到燃油箱防火抑爆的目的。在系统初始预热阶段，或催化反应器温度过高时，通过控制旁通支路上切断阀的开关，可使催化反应器后的混合气体通过旁通支路形成内循环而不经过燃油箱，从而大大提高系统的安全性。其本质上还是直接抽取油箱上部燃油蒸气进行催化反应。

13、cn114852353a涉及一种耦合耗氧式和冷却式的油箱惰化方法，通过抽气风机将将油箱上部气相空间的燃油蒸气和空气抽吸出来送入催化氧化反应器，反应后的产物进入分流器，一部分进入回热器热侧通道，另一部分流入飞机空调系统进行冷却。在冷却系统中，使用油分离器将液态燃油分离出来，将燃油通过管道通入油箱中的燃油，混合气体通过管道通入油箱中的气相空间，与燃油箱上部原有的混合气体均匀混合。采用涡轮膨胀做工，进一步降低混合物的温度和压力。其本质上还是直接抽取油箱上部燃油蒸气进行催化反应。

14、cn109774953a等专利文献涉及一种飞机燃油箱耗氧型惰化系统，具体原理为：飞机燃油箱上部的燃油蒸气及空气混合气体被风机抽出，经过预热通入催化燃烧反应器中，其中的燃油蒸气被催化氧化成二氧化碳和水，冷凝水蒸气后的富氮气体流回油箱进行燃油箱惰化。这些技术方案仅利用发动机尾气来对气体进行预热。

15、由此可知，现有技术中除了具体惰化的方式存在各项差异以外，一般还需要额外提供用于抽吸燃油蒸气的动力源，，从而不利于满足飞机减重轻量化的整体设计要求。而燃油的燃烧为飞机提供了一级能源供给，再转化为其他形式的能源(电能、液压能等)，再转化为推动燃油蒸汽的流动，造成了大量的能量形式转化损失。

技术实现思路

1、基于现有技术中的上述技术问题，本发明旨在提供一种用于飞机燃油箱的惰化系统，其能够尽量利用飞机的一级能源，充分利用已有部件，设计系统的流体运动来提高针对燃油箱的气体惰化效果，力求达到系统能量代偿更低的效果。

2、为此，本发明提供了一种用于飞机燃油箱的惰化系统，包括：

3、引射装置，所述引射装置包括：

4、引射流入口，所述引射流入口构造成引入作为引射流的由飞机的发动机或apu所排放的尾气；

5、被引射流入口，所述被引射流入口与所述燃油箱的气相空间流体连通，以将所述气相空间中的气体作为被引射流引入；以及

6、被引射流入口，所述被引射流入口与所述燃油箱的气相空间流体连通，以将所述气相空间中的气体作为被引射流引入；以及

7、混合腔，所述混合腔构造成使得从所述被引射流入口进入的被引射流与从所述引射流入口进入的引射流掺混，接收来自所述引射流的能量；

8、混合流出口，所述被引射流与所述引射流一并从所述混合流出口排出；

9、惰化反应装置，所述惰化反应装置接收从所述混合流出口排出的混合流，对所述混合流进行惰化处理，以得到经惰化物质流；以及

10、后处理装置，所述后处理装置构造成将所述经惰化物质流通回所述燃油箱的气相空间。

11、根据本发明的用于飞机燃油箱的惰化系统的优选实施方式，所述惰化反应装置包括催化反应器，所述催化反应器对所述混合流进行催化氧化反应，以消耗氧气和燃油蒸气，并生成二氧化碳，从而得到作为所述经惰化物质流的缺氧空气。

12、根据本发明的用于飞机燃油箱的惰化系统的优选实施方式，所述后处理装置包括膨胀涡轮，所述膨胀涡轮构造成被所述经惰化物质流驱动旋转；并且所述惰化系统还包括与所述膨胀涡轮耦联的风扇，所述风扇能被所述膨胀涡轮带动以将冲压空气抽向所述惰化反应装置周围，并在所述惰化反应装置四周形成流动的空气层，以带走反应生成热量，保护所述惰化反应装置和周边结构不会超温损坏。

13、根据本发明的用于飞机燃油箱的惰化系统的优选实施方式，所述后处理装置还包括水分离装置，所述水分离装置构造成分离所述经惰化物质流中的水分。

14、根据本发明的用于飞机燃油箱的惰化系统的优选实施方式，所述惰化系统进一步构造成将由所述水分离装置分离出的水分排放到所述惰化反应装置，以蒸发吸热的方式，进一步降低所述惰化反应装置的温度。

15、根据本发明的用于飞机燃油箱的惰化系统的优选实施方式，所述后处理装置还包括热交换装置，所述热交换装置构造成进一步降低所述经惰化物质流的温度。

16、根据本发明的用于飞机燃油箱的惰化系统的优选实施方式，所述热交换装置包括第一热交换器，所述第一热交换器构造成使所述经惰化物质流与冲压空气进行热交换；

17、并且/或者

18、所述热交换装置包括第二热交换器(或称回热器)，所述第二热交换器(或称回热器)构造成使所述经惰化物质流与进入所述引射装置前的所述被引射流进行热交换。

19、根据本发明的用于飞机燃油箱的惰化系统的优选实施方式，所述被引射流的通路上设置有单向阀，以避免所述引射流中的高温气体直接回流至所述燃油箱。

20、根据本发明的用于飞机燃油箱的惰化系统的优选实施方式，与所述燃油箱连通的至少一个流体通路中设置有火焰抑制器。

21、根据本发明的用于飞机燃油箱的惰化系统的优选实施方式，所述惰化系统还包括节流孔，使得所述引射流经由所述节流孔后膨胀降压进入所述引射流入口。

22、综上所述，本发明针对当前技术中存在的缺点，提供了一种利用飞机发动机/apu燃烧尾气的催化燃烧惰化系统。其直接采用飞机发动机/apu的燃烧尾气引射燃油箱内气体混合物进行无焰催化燃烧，并利用燃油蒸气来消耗尾气中的氧气并产生氮气和二氧化碳的混合惰气而对燃油箱进行惰化，以达到抑制燃油箱燃爆的目的。

23、尾气中原有的含氧量一般在9％－18％左右，采用利用燃烧尾气引射燃油箱内的燃油蒸气混合空气进行低温催化氧化反应产生惰性气体可以节省能量并提高惰性气体的产生效率，同时消耗氧气和燃油蒸气，生成co、co2、h2o，并将由co2、n2为主的惰性气体气体充入燃油箱内，以降低燃油箱氧浓度和降低燃油蒸气浓度，对其进行燃烧保护，防止燃油箱被点燃。