袁文鐸

摘要：靜壓系統(tǒng)的氣密性是飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。本文對飛機(jī)的靜壓系統(tǒng)氣密性進(jìn)行了理論計(jì)算分析，并對比了民用飛機(jī)、軍用飛機(jī)設(shè)計(jì)要求差異。

關(guān)鍵詞：靜壓系統(tǒng)；氣密性

中圖分類號(hào)：V241.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

0 引言

大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)對飛機(jī)飛行安全至關(guān)重要。大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)接收總靜壓系統(tǒng)提供的總壓、靜壓，總溫傳感器提供的總溫，經(jīng)數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，輸出氣壓高度、指示空速、真空速、垂直速度、總溫、靜溫等參數(shù)在飛行顯示器上，并未機(jī)上其他系統(tǒng)提供所需參數(shù)，如慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)、氣象雷達(dá)、失速保護(hù)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)指示和機(jī)組告警系統(tǒng)、中央維護(hù)系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)等。

靜壓系統(tǒng)的氣密性是飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。如果氣密性不好，計(jì)算機(jī)輸出氣壓高度的精度不夠，會(huì)影響到飛機(jī)其他系統(tǒng)運(yùn)行，也會(huì)影響RVSM（Reduced Vertical Separation Minimum，縮小垂直間隔）正常運(yùn)行，為飛機(jī)安全運(yùn)行帶來隱患。

本文對靜壓系統(tǒng)氣密性進(jìn)行了理論計(jì)算，并對比了軍用、民用飛機(jī)設(shè)計(jì)要求差異。

1 設(shè)計(jì)要求

1）軍用飛機(jī)設(shè)計(jì)要求

GJB1623-93[1]要求靜壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝滿足“在相當(dāng)于12000m高度或高度表量程的四分之三（取其中高度較低者）時(shí)，5min后，高度下降不應(yīng)超過900m”。

2）民用飛機(jī)設(shè)計(jì)要求

CCAR25.1325[2]要求靜壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝滿足“對靜壓系統(tǒng)抽氣到壓差等于飛機(jī)型號(hào)合格審定時(shí)批準(zhǔn)的最大座艙壓差，停止抽氣一分鐘后，指示高度的減小值必須不大于最大座艙壓差當(dāng)量高度的2%或30米（100 英尺），兩者中取大值”。

2 基本原理

靜壓系統(tǒng)的氣密性主要受導(dǎo)管殼體漏氣、管接頭縫隙等因素影響，導(dǎo)致靜壓系統(tǒng)在不完全封閉情況下，壓力產(chǎn)生變化。為了計(jì)算分析，作如下前提條件說明：外界大氣壓力、密度、溫度為P0、D0、T0，初始狀態(tài)靜壓系統(tǒng)內(nèi)大氣壓力、密度、溫度為P1、D1、T1，變化后靜壓系統(tǒng)內(nèi)大氣壓力、密度、溫度為P2、D2、T2，且T0=T1=T2，靜壓系統(tǒng)體積為V。

根據(jù)海根-博瓦薩公式，流量：M=k*D1*（P0-P1）

初始狀態(tài)內(nèi)外壓差：P0-P1

終止?fàn)顟B(tài)內(nèi)外壓差：P0-P2

此時(shí)：D2=D1+1/V*∫Mdt

終止?fàn)顟B(tài)氣體狀態(tài)方程：P2=D2*R*g*T2

求解上述方程可得：（P0- P2）/P2=（P0-P1）/P1*exp（-k/V*P0*t）

整理后得到：P0-P2=P0*1/（1+（P1/（P0-P1））*exp（-k/V*P0*t））

則：ξ=-k/V=1/（P0*t）*ln（（P0-P1/P1）*（P0/（P0-P1-（P2-P1））-1））

由上述公式推導(dǎo)可知，靜壓系統(tǒng)泄漏量為P2-P1。當(dāng)ξ趨于0，代表P0-P1=P0-P2，表明泄漏量P2-P1=0，即系統(tǒng)是氣密的；當(dāng)ξ趨于無窮，則P0-P2=0，表明靜壓系統(tǒng)不能保持壓力差，即系統(tǒng)完全不氣密。因此可以使用ξ作為靜壓系統(tǒng)的氣密性衡量指標(biāo)，泄漏量為P2-P1。

3 對比分析

軍用、民用飛機(jī)靜壓系統(tǒng)氣密性設(shè)計(jì)要求對比分析見表1所示。

表1 靜壓系統(tǒng)氣密性對比分析

基本要求 計(jì)算分析

軍用

飛機(jī) 在相當(dāng)于12000m高度或高度表量程的四分之三（取其中高度較低者）時(shí)，5min后，高度下降不應(yīng)超過900m 條件：P0=101325Pa，P1=18754Pa，P2=21663Pa，t=300s

計(jì)算：

ξ =1/（P0*t）*ln（（P0-P1/P1）*（P0/（P0-P1-（P2-P1））-1））=5.9E-9

即泄漏量在5min內(nèi)不應(yīng)超過900m，ξ不應(yīng)超過5.92E-9

民用

飛機(jī) 對靜壓系統(tǒng)抽氣到壓差等于飛機(jī)型號(hào)合格審定時(shí)批準(zhǔn)的最大座艙壓差，停止抽氣一分鐘后，指示高度的減小值必須不大于最大座艙壓差當(dāng)量高度的2%或30米（100 英尺），兩者中取大值 條件：P0=101325Pa，飛機(jī)升限H0=12000m，座艙高度H1=2500m，t=60s

所以：P1=P0-（P（2500）-P（12000））=45391Pa，

P2=P1+P（2%*6300）=46198Pa

計(jì)算：

ξ =1/（P0*t）*ln（（P0-P1/P1）*（P0/（P0-P1-（P2-P1））-1））=5.3E-9

即泄漏量在1min內(nèi)不應(yīng)超過126m，ξ不應(yīng)超過5.28E-9

根據(jù)表1分析，如果同時(shí)采用1min時(shí)間間隔，軍用飛機(jī)泄漏量在1min內(nèi)不應(yīng)超過180m，ξ不應(yīng)超過2.96E-8。即軍用飛機(jī)氣密性指標(biāo)要求相對民用飛機(jī)要寬松一些。因?yàn)槊裼蔑w機(jī)不僅要滿足CCAR25.1325對高度的精度要求，還要考慮CCAR91[3]對RVSM（縮小垂直間隔）運(yùn)行的符合性。如果靜壓系統(tǒng)氣密性不好，在RVSM區(qū)域（8900 – 12500m）運(yùn)行時(shí)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)固定的高度泄漏偏差量。

4 總結(jié)

本文對靜壓系統(tǒng)氣密性進(jìn)行了理論計(jì)算分析，并對比了民用飛機(jī)、軍用飛機(jī)設(shè)計(jì)要求及差異。

參考文獻(xiàn)

[1] GJB1623-93 總靜壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝通用規(guī)范[S]. 國防科工委. 1993

[2] CCAR-25 運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S]. CAAC. 2011

[3] CCAR-91一般運(yùn)行和飛行規(guī)則[S]. CAAC. 2007