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民用飛機(jī)APU艙門排液設(shè)計(jì)

The Drainage System Design of Civil Aircraft APU Door

張潔 / Zhang Jie

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海200120)

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China)

0引言

適航規(guī)章25.609(B)規(guī)定：在必須保護(hù)的部位有通風(fēng)和排水措施。通過通風(fēng)和排水措施，將附著在飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件上的水(主要是冷凝水)順利帶走或排走，以避免水的長(zhǎng)期聚集可能對(duì)結(jié)構(gòu)零件造成腐蝕和不利的影響。

飛機(jī)運(yùn)營(yíng)過程產(chǎn)生的廢水、廢液以及遭遇到并進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部的雨水、雪水、清洗液、除冰劑和因?yàn)橄到y(tǒng)故障而泄漏的燃油、液壓油或潤(rùn)滑油等可燃液體，這些液體都需要排放到飛機(jī)之外，以免腐蝕飛機(jī)結(jié)構(gòu)或造成火災(zāi)危險(xiǎn)。

1排液設(shè)計(jì)

1.1　設(shè)計(jì)要求

(1)AC25.863.6(b)條款中要求單個(gè)水坑不超過1.5盎司(42.6ml)，地面試驗(yàn)時(shí)理論總積液量不超過10%；

(2)APU艙為飛機(jī)上的火區(qū)，可燃液體不能在艙內(nèi)造成大量積聚，并且不能位于會(huì)促進(jìn)易燃液體點(diǎn)燃進(jìn)而產(chǎn)生危害的區(qū)域；

(3)確保排出的可燃液體不會(huì)進(jìn)入飛機(jī)尾端的APU排氣口；

(4)APU系統(tǒng)排液口從APU艙門通過，要求艙門關(guān)閉狀態(tài)可以通過排液口目視判斷漏油管路，可以目視檢查APU艙門排液口與APU排液口對(duì)接情況。

1.2　APU艙門排液

考慮到艙內(nèi)的冷凝水及下雨下雪時(shí)從APU上部流下的水在APU艙門內(nèi)大量積存，艙門的結(jié)構(gòu)布局應(yīng)考慮到排水路線及排水口布置以便將積液排出艙外，并滿足排液的速度要求、最小積存液體要求，如圖1所示。因飛機(jī)尾椎傾斜角較大，一般在APU艙門前部最低點(diǎn)做排水孔，如圖2所示。

液體的排放速率是指在飛機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下，液體僅在重力作用下通過排液孔截面積的速率。這樣得到的排液速率較為保守。

圖3為排液計(jì)算公式示意圖，假設(shè)任意結(jié)構(gòu)圍成的一個(gè)容器，底部開有一個(gè)直徑為D的排液口。里面盛有一定容量(Q)的冷凝水，液面初始高度為H0，因?yàn)槿萜餍螤畈淮_定，所以認(rèn)為液體的體積Q是液面高度H的函數(shù)，Q=Q(H)。

已知，排水口截面積S=π·D2/4=402mm

圖1　APU艙門排水路徑

圖2　APU艙門排液口和APU系統(tǒng)排液罩

圖3　排液計(jì)算公式示意圖

排液口截面的靜壓強(qiáng)為Ρ，流速為V，H0為初始t0時(shí)的液面高度，則：

P=ρH0g

(1)

V=V(t)

(2)

根據(jù)能量守恒定律，得：

1/2ρV2(t)=ρH0g

(3)

重新整理，得：

V(t)=(2·H0g)0.5

(4)

因此，Δt=ΔQ/V(t)/S=S0·ΔH/(2·H0g)0.5/S=(S0/S) ·ΔH/(2·H0g)0.5

2018年6月29日召開的中共四川省委十一屆三次全會(huì)提出，構(gòu)建“一干多支、五區(qū)協(xié)同”區(qū)域發(fā)展新格局，明確“鼓勵(lì)和支持有條件的區(qū)域中心城市爭(zhēng)創(chuàng)全省經(jīng)濟(jì)副中心”，確定綿陽、德陽、樂山、宜賓、瀘州、南充、達(dá)州7個(gè)區(qū)域中心城市。

(5)

排液總時(shí)間T=Δt=(SN/S)·ΔH/(2·HNg)0.5=0.187ΔH

表1　排液速率計(jì)算

排液量Q=ΔQ=(SN·ΔH)=40088ΔH

積液點(diǎn)的平均排液速率=Q/T=12.8L/min，滿足適航要求。

APU系統(tǒng)中燃油、滑油、防冰液、水由APU艙門上的排液罩排出，脫離氣動(dòng)表面的附面層，可保證可燃液體不會(huì)流到APU的排氣口，如圖2所示。如果APU管道泄露的話，應(yīng)確保泄露的可燃液體可從APU艙內(nèi)排出，不會(huì)造成積液，排出后的可燃液體也不會(huì)順著氣動(dòng)外形面的附面層流到APU的排氣口。

1.3　APU艙門排液特殊情況

液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免其管路的泄漏，一旦發(fā)生泄漏應(yīng)有應(yīng)急措施，使泄漏對(duì)系統(tǒng)性能的影響和對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷降至最小。

從系統(tǒng)組件中泄漏的燃油、液壓油和其他可燃液體的排放，則需要作特殊考慮。這一類液體的排放要求比較復(fù)雜。

可燃液體的防火設(shè)計(jì)要求和應(yīng)對(duì)策略：

(1)在同一區(qū)域不允許同時(shí)存在點(diǎn)火源和可燃液體的泄漏源；

(2)各個(gè)可能存在泄漏液體的專業(yè)負(fù)責(zé)提供可能的泄漏源和點(diǎn)火源；

(3)根據(jù)系統(tǒng)布局和結(jié)構(gòu)布置的具體情況，將可燃液體的泄漏源避開增壓艙，同時(shí)也要避開點(diǎn)火源。若不能滿足此條，必須采取物理隔離措施，即將點(diǎn)火源和可燃液體的泄漏源通過結(jié)構(gòu)件分隔在不同的物理空間，最終滿足防火應(yīng)對(duì)策略的要求；

(4)限制泄漏的可燃液體在由結(jié)構(gòu)組件圍成的最小的區(qū)域內(nèi)，匯集在一起的可燃液體應(yīng)通過排液孔迅速排到飛機(jī)外部，排液口的位置和大小由結(jié)構(gòu)保證排液速率和排放時(shí)間滿足適航文件的要求；

(5)最后評(píng)估排液孔的位置，確保排到機(jī)體結(jié)構(gòu)外的可燃液體不會(huì)重新進(jìn)入飛機(jī)內(nèi)部或被點(diǎn)燃。

APU系統(tǒng)管道意外泄露，無特殊措施時(shí)，可燃液體沿著APU艙門排水孔排出，APU艙門排水孔在飛機(jī)理論外形的附面層內(nèi)，這種情況下可燃液體有很大可能會(huì)進(jìn)入尾錐的APU排氣口。

目前的飛機(jī)型號(hào)基本都是所有可燃液體通過突出理論外形面的排液罩排出。APU系統(tǒng)內(nèi)的排出液體通過管道與艙門的排液罩直接對(duì)接排出。APU艙內(nèi)的液體會(huì)在APU艙內(nèi)的最低點(diǎn)(可設(shè)計(jì)最低點(diǎn)的位置)匯聚，再通過排液罩排出。

將系統(tǒng)排液罩和艙門排液口合成一個(gè)排液口，對(duì)結(jié)構(gòu)的更改影響較大。也有機(jī)型通過設(shè)計(jì)艙門排液口管，降低其排出的液體進(jìn)入APU排氣口的概率，如圖4所示。輔助在APU排氣處尾錐上增加擋板，控制從艙門排液口流出的液體進(jìn)入APU排氣口的可能性，如圖5所示。這種設(shè)計(jì)難以在理論與試驗(yàn)中驗(yàn)證通過，這也是大多數(shù)機(jī)型不采用的原因。有些機(jī)型中的APU系統(tǒng)管道采用破損安全設(shè)計(jì)，不用考慮可燃液體意外泄露的情況。

圖4　APU艙門排液口設(shè)計(jì)

圖5　排氣口擋板

1.4　APU艙門排液設(shè)計(jì)優(yōu)化

將APU系統(tǒng)排液罩與艙門的排液口合并為一個(gè)排液通道，如圖6所示。

圖6　排液罩位置移動(dòng)示意圖

APU艙門的最低點(diǎn)在飛機(jī)對(duì)稱面上，航向最前端，應(yīng)為艙門排液口的最理想位置。為避免擦地，新排液罩位置離機(jī)身對(duì)稱面有一段距離。為避免對(duì)稱面區(qū)域積液量超過適航要求，將對(duì)稱面區(qū)域空間用鈦合金面板封閉，使新建立的APU艙門排液口為最低點(diǎn)，如圖7所示。

圖7　新排液口位置設(shè)計(jì)示意圖

APU系統(tǒng)位置不變，在原APU系統(tǒng)排液位置安裝排液通道，通過管道流向新排液罩位置，將液體排出艙外。

2結(jié)論

綜上，APU艙門上的排液設(shè)計(jì)建議通過艙門外形面上排液罩將飛機(jī)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)內(nèi)的所有液體排出，以防止會(huì)有可燃液體進(jìn)入飛機(jī)尾錐的APU排氣口?；蛘逜PU系統(tǒng)管道雙層設(shè)計(jì)，杜絕可燃液體意外泄露的情況下，采用排液罩排放APU系統(tǒng)上液體，艙門上最低點(diǎn)設(shè)計(jì)排水孔排放結(jié)構(gòu)艙內(nèi)液體。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)民用航空局.CCAR-25-R4中國(guó)民用航空規(guī)章第25部：運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)民用航空局，2011.

[2]中國(guó)民用航空局.民航總局令第108號(hào)：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)燃油排泄和排氣排出物規(guī)定[S].北京：中國(guó)民用航空局，2002.

摘要：

APU艙門與APU排氣口距離非常近，從APU艙門排出的可燃液體很有可能會(huì)流入飛機(jī)尾錐的APU排氣口，造成安全事故。APU艙門的排液如何避開APU排氣口是一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：APU；排液；排氣口

[Abstract]The oil and fuel from the APU compartment door drainage vent may enter the APU system drainage vent. The APU compartment door is close to the APU system drainage vent. So the APU compartment door drainage design is very important.

[Key words]APU；drainage；vent

中圖分類號(hào)：V228

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A