民用飞机燃油易燃性及其防爆技术研究进展

【摘 要】飞机燃油易燃易爆性一直是适航安全关注的重点，它直接关系到飞机在飞行过程中的安全。因此，有关飞机燃油的安全研究就显得十分必要。本文对燃油理化性质和燃油防爆技术分别做出论述，目前的结果希望能对未来我国航空事业提供有益参考。

【关键词】燃油；易燃性；防爆技术

燃油易燃易爆的特点，使得燃油箱安全性一直都是飞机设计中人们重点关注的问题之一[1-2]，为避免炮弹、雷电或火花点油箱内的可燃气体，产生燃烧、爆炸并破坏飞机Y构，危及飞机和乘员安全，飞机设计中必须考虑采用有效的技术措施减少燃油燃爆发生的概率，并尽可能降低其危害程度。由于历史上发生过因燃油安全引发的航空事故，所以这方面的研究也十分重要。本文简述民用飞机燃油易燃性及其防爆技术的研究进展，期望对民机适航安全研究提供借鉴经验。

1 燃油理化性质研究

无论是油箱安全设计还是航空燃油防火防爆，都是建立在对航空燃油一些基本理化性质的研究的基础上的。所以，对燃油理化性质的研究是首要的，这也关系到油箱防火防爆等一系列措施的制定与实施。

1.1 燃油易燃性研究现状

可燃蒸汽都有相应的爆炸上下限，也就是说可燃蒸汽与氧气按一定的比例混合后遇到点火源才会发生燃烧爆炸，同时不同的浓度混合时相应的燃烧速率也不一样。国内民机大量使用的是RP-3号燃油，对于国内RP-3号航空燃油而言，虽然其基本性能与国外Jet A燃油相近，但其闪点较低，理论上讲，在相同条件下，使用RP-3号燃油的飞机将存在着更大的燃烧和爆炸风险。但遗憾的是有关国产RP-3号燃油的易燃性研究，无论是理论层面还是实验层面，目前都尚未见报道[3]。

1.2 燃油闪点研究现状

航空煤油主要由不同馏分的烃类化合物组成，不同的馏分构成，也导致了闪点、密度等参数不尽相同；另一方面，由于提炼手段、产地等的不同，也对这些参数有不同程度的影响。国内由于可燃性评估工作刚刚开始，对其所使用的燃油闪点及其分布规律的研究尚未进行。

1.3 燃油氧溶解度及其逸出速率

燃油氧溶解度和逸出速率对燃油可燃性研究有着重要的影响。有关燃油氧溶解度的研究，国内外都已经进行过系统的研究并得出一定的结论。比如研究燃油氧溶解度随压力、温度和密度等的变化规律，描述常压下燃油氧溶解度随温度的变化关系，即燃油氧溶解度随着温度的增加而降低，但是始终都高于空气中的含氧量。而关于非平衡状态下溶解氧逸出速率问题的研究，国内尚未开展。

2 燃油防爆技术研究

飞机燃油箱防爆及抑爆材料技术的应用有效地提高了飞机的生存力、利用率和可靠性。为了掌握燃油的组成成分、理化性能及易燃性，国外航空发达国家针对其主要使用的燃油开展了大量的基础性研究工作。在国外，飞机燃油箱防爆及抑爆材料技术已广泛应用于战斗机、直升机和运输机。到目前为止，我国飞机燃油箱防爆技术及抑爆材料的应用还是一个急需填补的空白。

飞机燃油箱防爆方法从作用对象的不同来分有两大类：一类是在燃油箱内填充防爆材料，又称被动惰化措施；另一类是在需要时，使燃油箱内的油气混合物惰化，从而达到防爆的目的，这一种又称主动惰化措施。充入惰化气体、机载惰化气体产生系统或海伦惰化系统等均属于此类。前者属于被动抑制损伤法防爆，后者属于主动抑制损伤法防爆。

被动惰化措施主要有飞机燃油箱填充抑爆泡沫，主要是将油箱内混合气体的燃烧控制在局部，防止油箱内超压，但是抑爆泡沫存在着重量大、载油量小、积聚静电等缺点；另一种网状铝合金抑爆材料，传热性好，但填充材料重量较大，填充、取出及油箱内部检查都有困难。

主动惰化措施则是由液氮惰化技术、halon1301惰化技术、燃油催化技术再到现今先进的机载制氮惰化技术。其中液氮惰化技术能满足飞机油箱对惰性气体瞬时大流量的要求，但是重量较大，并且成本高效率低。halon1301惰化技术对地球臭氧层有较大的破坏。燃油箱催化技术则是用喷射燃料催化氧化的方法消耗气流中空气的氧气，在重量、性能和维护保彰方面具有优势，但是它存在的射流压力将油箱底部沉积物吹起，在工作过程中对燃油及系统造成严重污染等问题。先进的机载制氮系统则是利用机载制氮技术来惰化民用或是军用飞机的燃油箱有效增强其安全性，减少燃油箱起火爆炸的可能性，利用富氮气体对飞机燃油箱进行惰化保护，已经成为FAA最新适航条例的要求[4]。

3 结论

由于军机和民机的飞行特点不同，使得其对燃油理化性能的要求也有所不同。因此，在航空发达国家，针对燃油的基本性能和易燃性做了大量的研究工作，取得了较为丰硕的研究成果，许多技术手段也已经得到应用。其军机和民机普遍采用不同型号的燃油，制定不同的技术标准。国外在其惰化技术指标的量化中，根据燃油的理化性质、油箱及飞行高度对燃爆极限及MOC值影响的研究成果，采取相应的措施，在有效保障飞机燃油箱安全的同时，还利于降低系统尺寸、重量以及伴随的代偿损失。

与之相比，我国不论是在飞机燃油箱的防火防爆技术研究还是在材料研究方面都相对落后。在今后发展中，我国航空工业将要面临与解决大量的问题。其中，飞机燃油系统防火防爆性能是我国飞机性能能否达到世界先进水平的关键技术之一。为改变我国在航空领域的落后状况，在借鉴先进经验的基础上，结合我国的实际情况争取取得有价值的突破口，为我国适航安全性研究发展做出应有贡献。

【参考文献】

[1]秦文龙，杨田杰，王超君，赵春燕，周桂霞，张旭.基于FMEA的民机燃油系统安全性研究[J].工程技术（引文版），2015（17）：259，278.

[2]秦文龙，杨田杰，赵春燕，周桂霞，王超君，张旭.民用飞机燃油箱温度与安全性研究[J].中国科技博览，2015（47）：323-324.

[3]王盛园.基于国产燃油物理――化学特性的油箱可燃性评估技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2012.

[4]冯晨曦.民机油箱气相空间氧浓度控制技术研究[D].南京：南京航空航天大学. 2011.