探究飛機的NGS系統方法

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1飛機燃油箱惰化技術及應用

目前惰化技術主要有：液氮惰化技術、海倫1301惰化技術、燃油催化技術、分子篩技術和膜分離技術。液氮惰化技術主要是在每次飛行前，地面人員通過液氮灌充系統將液態氮儲存在飛機的貯存罐中，當飛機油箱需要惰化時，飛行員打開液氮開關，具有一定壓力的液氮經過溫控器轉變成氮氣進入油箱中，使得油箱內氧氣濃度低于9％，達到油箱惰化目的。海倫1301惰化技術是利用海倫1301較好的熱穩定性和化學惰性，將液態海倫1301貯存在飛機上，在油箱需要惰化條件下，控制系統使大量海倫1301進入油箱，使油箱上部充滿惰性氣體。為了完善該技術，美國還研制了一種精密氣體傳感器，它可與燃油數字綜合管理技術相結合，使Halon1301氣體能按精確需要供給燃油箱，這也就相當于在同等性能條件下，節省了Halon1301氣體的消耗，從而減少了Halon1301貯存系統的體積和重量。燃油催化技術是將發動機引氣與燃油混合，在高溫催化床中催化。當油箱需要惰化時，油箱的壓力信號器發出信號，油箱開始噴射燃油，氣流中的氧被消耗掉，在油箱上部形成惰性的二氧化碳和一氧化碳來滿足油箱惰化要求。分子篩技術主要是利用吸氧沸石吸收氧氣的功能使得發動機引氣成為幾乎不含氧氣的富氮氣體，再輸入到油箱中達到惰化目的。但它存在著引氣量較大、環境溫度和介質溫度對分子篩組件性能影響較大、工作可靠性低等缺陷。目前波音737NG飛機，主要采用膜分離技術達到油箱惰化的目的，使來自發動機的增壓空氣經過凈化、壓力調節、溫度調節后，流過可透膜管路，利用氧氣和氮氣在膜中的溶解度和擴散系數有差別，從而使氧氣和氮氣在膜中的滲透率有差異，在膜兩側壓力差作用下，滲透率相對較高于氮氣的氧氣優先通過膜，在膜外富集，從而使氧氣與氮氣分離，然后只讓富氮氣體進入中央油箱。

2ngs系統工作原理

NGS系統主要使用膜分離技術，將引自發動機的空氣分為富氮氣體和富氧氣體，然后將富氮氣體充入油箱，置換油箱中的空氣，將油箱內氧氣含量降至9％以下，它可以在整個飛行過程不斷地提供惰性氣體，從而達到防火防爆的目的。NGS系統由熱控組件、空氣分離系統、富氮空氣分配系統（NEADS）組成。如圖1所示，NGS系統使用來自左側氣源總管的引氣為中央油箱供氣。引氣流經熱控組件后被調節為合適壓力與溫度的空氣，之后再經過空氣分離系統將富氮空氣分離出來，隨后被輸送入分配系統，并通過中央油箱左邊爬升活門的噴嘴進入到中央油箱中。同時，NGS系統控制器通過收集處理飛機系統的各種數據來控制NGS系統的正常運轉。

2．1熱控組件

TCU用于調節來自氣源總管熱引氣的壓力和溫度，并除去引氣中含有的雜物。TCU主要由以下部件組成：壓力傳感器NGS關斷活門熱交換器沖壓空氣活門NGS氣濾氣濾壓差電門溫度傳感器熱電門超溫關斷活門OTSOV。來自左側氣源總管的引氣流經關斷活門之后進入臭氧轉化器，引氣中的臭氧在轉化器的作用下變為氧氣以防止臭氧對空氣分離組件ASM（AirSeparationModule）的損害。隨后熱交換器將引氣溫度調整為華氏160"10度，經過氣濾過濾之后再進入空氣分離組件。TCU工作過程中，壓力傳感器將引氣壓力信號傳遞給NGS控制器，NGS控制器根據引氣壓力大小調節關斷活門的開度進而控制進入系統的氣體壓力。位于熱交換器下游的溫度傳感器將氣體溫度信號發送到控制器，控制器根據氣體溫度調節沖壓空氣活門開度來調整熱交換器的冷卻效率，達到控制氣體溫度的目的。超溫電門通常處于閉合狀態，作為備用部件用于防止空氣分離組件（ASM）超溫情況的發生，當引氣溫度達到華氏270"10度時，電門斷路，控制器接受超溫電門斷開信號后控制超溫關斷活門關閉。

2．2空氣分離系統

空氣分離系統主要由空氣分離組件ASM、高流量活門和氧氣傳感器組成，用于將引氣中的氧氣、二氧化碳和水分子分離出來，從而得到氮氣比例較高的富氮空氣。空氣分離組件ASM是整個NGS系統的核心部件，它是由中空纖維膜構成的空氣分離裝置。中空纖維膜是一種高分子聚合物膜。氣體分子在聚合物基質中會發生溶解和擴散，由于各種氣體分子在膜中的溶解度和擴散數的差異導致了不同氣體在膜中相對滲透速率不同。當混合氣體在膜兩側壓力差作用下滲透速率相對快的氣體如水、氧氣等迅速透過中空纖維膜壁而被放掉，而滲透速率較慢的氣體如氮氣、氬氣等被滯留在中空纖維內而被富集，當氣體流經空氣分離組件時，薄膜將氧氣、水和二氧化碳分離出來并通過富氧空氣管道排出，而富氮空氣側進入中央油箱。在不同的飛行階段，高流量活門控制著流入中央油箱的氣體流量，進而達到減少發動機引氣、延長部件壽命和減少下降階段油箱空氣進氣量的目的。氧氣傳感器用于檢測空氣分離組件出口的氧氣濃度和絕對壓力，并將信號匯總以電流形式輸送給控制器，進而檢測空氣分離組件的性能狀況。

3富氮空氣分配系統

主要用于將富氮空氣輸送到中央油箱，部件主要是：分配管道、排放堵頭、浮子活門、交輸通氣單向活門、防反流單向活門、絕緣隔離軟管、阻焰器、噴嘴。如圖3所示，來自空氣分離系統的富氮空氣通過安裝在油箱通氣管中的噴嘴進入中央油箱。為了防止靜電造成油箱爆炸，分配系統中還安裝絕緣隔離軟管與阻焰器相連。在空氣分離組件（ASM）下方有一個排放堵頭由于檢查分配管道中燃油及其他油液的滲漏情況。

4NGS控制器

NGS系統控制器收集、處理來自飛機系統的數據，并給NGS系統發送信號來調節整個系統的工作?？刂破靼惭b于前貨艙后部。控制器通過收集飛機相關系統的信號來調整NGS系統的工作狀態：當飛機在空中、雙發正常運轉、貨艙煙霧探測組件處于正常狀態、空調組件沒有超溫和中央油箱加油活門關閉時，NGS控制器打開關斷活門，NGS系統工作；當上面的條件任何一個不滿足的話，NGS關斷活門就會關閉，系統停止工作。在NGS系統工作過程中，控制器接收來自相關傳感器的信號對整個系統進行實時控制，我們可以看出，壓力傳感器、高度傳感器、溫度傳感器等元件將感受到的信號發送給控制器，控制器根據信號完成對關斷活門、高流量活門、沖壓活門開度等部件情況的調整，進而使得整個系統處于穩定的工作狀態。

作者：王光王龍山單位：東航空股份有限公司