飛機靜壓系統氣密性要求分析

袁文鐸

摘要：靜壓系統的氣密性是飛機大氣數據系統的一項重要性能指標。本文對飛機的靜壓系統氣密性進行了理論計算分析，并對比了民用飛機、軍用飛機設計要求差異。

關鍵詞：靜壓系統；氣密性

中圖分類號：V241.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

0 引言

大氣數據系統對飛機飛行安全至關重要。大氣數據計算機接收總靜壓系統提供的總壓、靜壓，總溫傳感器提供的總溫，經數據處理和計算，輸出氣壓高度、指示空速、真空速、垂直速度、總溫、靜溫等參數在飛行顯示器上，并未機上其他系統提供所需參數，如慣性基準系統、氣象雷達、失速保護系統、發動機指示和機組告警系統、中央維護系統和飛行控制系統等。

靜壓系統的氣密性是飛機大氣數據系統的一項重要性能指標。如果氣密性不好，計算機輸出氣壓高度的精度不夠，會影響到飛機其他系統運行，也會影響RVSM（Reduced Vertical Separation Minimum，縮小垂直間隔）正常運行，為飛機安全運行帶來隱患。

本文對靜壓系統氣密性進行了理論計算，并對比了軍用、民用飛機設計要求差異。

1 設計要求

1）軍用飛機設計要求

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

2）民用飛機設計要求

CCAR25.1325[2]要求靜壓系統的設計和安裝滿足“對靜壓系統抽氣到壓差等于飛機型號合格審定時批準的最大座艙壓差，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

靜壓系統的氣密性主要受導管殼體漏氣、管接頭縫隙等因素影響，導致靜壓系統在不完全封閉情況下，壓力產生變化。為了計算分析，作如下前提條件說明：外界大氣壓力、密度、溫度為P0、D0、T0，初始狀態靜壓系統內大氣壓力、密度、溫度為P1、D1、T1，變化后靜壓系統內大氣壓力、密度、溫度為P2、D2、T2，且T0=T1=T2，靜壓系統體積為V。

根據海根-博瓦薩公式，流量：M=k*D1*（P0-P1）

初始狀態內外壓差：P0-P1

終止狀態內外壓差：P0-P2

此時：D2=D1+1/V*∫Mdt

終止狀態氣體狀態方程：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））

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

3 對比分析

軍用、民用飛機靜壓系統氣密性設計要求對比分析見表1所示。

表1 靜壓系統氣密性對比分析

基本要求 計算分析

軍用

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

計算：

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

即泄漏量在5min內不應超過900m，ξ不應超過5.92E-9

民用

飛機 對靜壓系統抽氣到壓差等于飛機型號合格審定時批準的最大座艙壓差，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量高度的2%或30米（100 英尺），兩者中取大值 條件：P0=101325Pa，飛機升限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內不應超過126m，ξ不應超過5.28E-9

根據表1分析，如果同時采用1min時間間隔，軍用飛機泄漏量在1min內不應超過180m，ξ不應超過2.96E-8。即軍用飛機氣密性指標要求相對民用飛機要寬松一些。因為民用飛機不僅要滿足CCAR25.1325對高度的精度要求，還要考慮CCAR91[3]對RVSM（縮小垂直間隔）運行的符合性。如果靜壓系統氣密性不好，在RVSM區域（8900 – 12500m）運行時將會產生一個固定的高度泄漏偏差量。

4 總結

本文對靜壓系統氣密性進行了理論計算分析，并對比了民用飛機、軍用飛機設計要求及差異。

參考文獻

[1] GJB1623-93 總靜壓系統設計和安裝通用規范[S]. 國防科工委. 1993

[2] CCAR-25 運輸類飛機適航標準[S]. CAAC. 2011

[3] CCAR-91一般運行和飛行規則[S]. CAAC. 2007