航空爆炸試驗環境的設計研發

來興勝 賈春遐

摘 要：本文從航空設備的類型組成原理現狀等闡述了航空爆炸試驗環境研發與研究 。

關鍵詞：爆炸減壓艙；真空泵；艙體；航空模擬環境；

中圖分類號：V1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-02-00-01

航空業的發展是一個國家綜合實力和社會進步的重要標志。近幾年來我國在民用航空領域和軍事航空領域均取得了長足的發展。航空器的飛行安全，事故預防和災難應急處置等方面的研究變得尤為重要。航空實驗艙可通過創造不同的壓力，溫度環境及迅速減壓過程，真實地模擬航空器在不同的高度所處的低壓低溫環境及航空器受損后失密狀態，展開飛行員航空生理測試，裝備試驗及災難應急處理研究有著重要而深遠的意義。

系統設計要求

爆炸減壓是航空領域一項重要的模擬實驗，主要是模擬高空環境下飛機座艙突然失密狀態的真實過程，該實驗對研究高空失密狀態下飛行員的逃生自救及裝備儀器的工作狀態具有重要意義。

系統配置

1. 負壓罐：最大模擬高度40000m，容積：80.38m3 1臺2. 喉道：通徑800mm，總長約10m，容積：5 m3 3. 低溫儲罐：最大預冷溫度-56.6℃，容積：2m3 1臺4 大孔徑閘板閥 1套5 低溫系統快開式電磁閥 1套6. 控制裝置 1套7.抽氣閥 1套

工作原理及過程

爆炸系統由爆炸減壓艙與負壓罐、調溫系統、喉道和爆炸裝置以及控制電動閥共同組成爆炸減壓系統。

爆炸減壓系統的模擬實驗由以下幾個步驟完成：

第一步：關閉快爆炸裝置，啟動真空泵對大容積的負壓罐抽真空，達到實驗所需的高度（負壓罐最大模擬高度為40000米）

第二步：被試人員進入爆炸減壓艙，就坐并固定好。開啟負壓抽氣閥門，使爆炸減壓艙內達到模擬飛機座艙的高度環境。

第三步：啟動快開啟爆炸裝置，使內部電磁門立即開啟，負壓罐的強大真空環境快速抽吸爆炸減壓艙內空氣，使負壓罐和爆炸減壓艙內的壓力環境瞬間達到平衡，實現實驗所需的高度狀態，同時開啟低溫空氣閥門，讓低溫罐內預冷的低溫空氣吹向爆炸減壓艙內，使被試人員真實地感受高空失密的真實狀態。

第四步：開啟進氣閥門，向艙內補充空氣，使艙內壓力逐步增加，模擬高度不斷降低直至到地面的過程。

3.蓄熱量的計算

由于本系統試驗溫度變化極快，如果組成系統空間材料的質量大、比熱高的話，將存在極大的蓄熱量，會遠遠超過庫內空氣的熱負荷。通過理論分析、計算可以知道，如果不對由鋼板材料制成的維護結構進行保溫，則溫變過程引起的蓄熱量極大，試驗沒辦法進行，如果為此配置制冷供熱機組，則代價高昂，為此必須考慮保溫。以下舉例說明即使在負壓艙體內側進行200 mm的聚胺脂泡沫保溫層、進而不考慮艙體鋼板蓄熱、而只考慮艙內最內層使用1mm薄鋼板材料進行保溫層維護所帶來的蓄熱情況。

取壓艙最內側薄鋼板厚1mm，則可算出鋼材料表面積86.5 m2，總體積0.0865m3，總重量674kg。=0.0005<0.1M（其中，。，=45），由于在最初升空階段即從0-1500米升空過程中降溫速度最快，金屬的熱負荷最大，我們只考慮計算這一階段的金屬熱負荷。將30℃的鋼體放在9℃的環境內，經過75秒后它的中心點的溫度的計算方法是：

將75秒當成一個或多個時間區段計算時采用下式計算每時段中心點溫度：式中：是鋼體兩側環境溫度；是鋼體的初始溫度； 是經過一定時間后的鋼體中心點的溫度； 是降溫時間；

如果將75秒的時間只做1段進行計算，最后計算得中心點的溫度是22.9℃；

鋼板在21℃溫差下的總蓄熱量為==674×0.47×21/75=88.7kW

按1時間段計算得到放熱量為（30-22.9）/21*88.7=30kW。

綜合取值，可取蓄熱負荷30KW。

結束語：由此可知，低壓艙內表面只要使用金屬，蓄熱量都很大，遠遠超過漏熱量和空氣冷負荷，為此，建議低壓艙內表面使用有強度的非金屬材料，如薄的硬泡沫塑料，則蓄熱量會大幅下降，可以不考慮。如果考慮均勻降溫情況下，在低溫-50℃至-56.5℃計算出的蓄熱負荷為2.8kW。

參考文獻：

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