低壓狀態下飛行器用航空煤油的泄漏爆炸危險分析

袁金帥 鄭秋雨 王啟文

摘 要：飛行器是現代生活中最為便捷和安全的交通運輸工具之一，同時也是戰爭中發揮重要作用的利器之一，其科技含量非常高且結構復雜，細小的疏忽就可能帶來機毀人亡的嚴重后果。裝載航空煤油的油箱在飛行器系統部件中屬于關鍵性部件，通過故障模式與影響分析中，燃油泄漏為主要故障模式可造成液體燃燒和爆炸。飛行器在高空飛行狀態下航空煤油泄漏后處于低壓狀態，此時航空煤油的爆炸特性與常壓下是不同的，本文通過實驗設計考察在低壓狀態下航空煤油的燃爆特性。

關鍵詞：低壓狀態；航空煤油；爆炸；危險分析

航空煤油是石油產品之一，英文名稱Jet fuel No.3，主要由不同餾分的烴類化合物組成，主要用作航空渦輪發動機的燃料，“3號噴氣燃料”3號噴氣燃料密度適宜，熱值高，燃燒性能好，能迅速、穩定、連續、完全燃燒，且燃燒區域小，積碳量少，不易結焦；低溫流動性好，能滿足寒冷低溫地區和高空飛行對油品流動性的要求；熱安定性和抗氧化安定性好，可以滿足超音速高空飛行的需要；潔凈度高，無機械雜質及水分等有害物質，硫含量尤其是硫醇性硫含量低，對機件腐蝕小。裝載航空煤油的油箱在飛行器中屬于關鍵性部件。尤其飛行器在高空飛行狀態下航空煤油泄漏后很可能處于低壓狀態，此時航空煤油的爆炸特性與常壓下是不同的，此外通過調查研究發現此種狀態下航空煤油爆炸特性的相關成果較少，所以對此特定條件的研究具有一定意義。本文主要內容是通過進行故障模式與影響分析和有關的試驗設計考察在低壓狀態下航空煤油的燃爆特性。

1 故障模式與影響分析

通過做故障模式與影響分析，得出燃油泄漏為主要故障模式可造成液體燃燒和爆炸。所謂液體爆炸就是液體受熱蒸發出氣體發生爆炸，都是預混燃燒的一種。當爆炸波與周圍介質發生作用，火焰加速非?？臁１òA混火焰的初始爆炸以及之后更猛烈的爆轟。從爆炸到爆轟的轉變取決于邊界條件和超壓水平。

2 實驗過程

本次實驗采用分壓法計算蒸氣濃度，默認大氣壓力為101325KPa，打開真空泵抽真空，將一定量的3#航空煤油通過注射針管滴入爆炸容器內，使航空煤油成為蒸氣狀態，此時壓力變化值即為航空煤油蒸氣分壓值，在配氣過程中，攪拌泵始終開啟進行攪拌。此次實驗在配氣結束后仍要在真空表上顯示一定的負壓，即低壓狀態（此時總壓力值不再是大氣壓，而是大氣壓減去真空表顯示的壓力值得到實際低壓值）。典型實驗現象及結果如圖1和圖2

由上表可以得出隨著初始壓力的降低，最大爆炸壓力逐漸下降，且達到最大爆炸壓力時的濃度逐漸升高，但爆炸濃度依然較低，即在很小的濃度值下亦存在爆炸危險，如果航空煤油泄漏的話在飛行器內部空間亦可形成爆炸危險環境，所以在此環境下具有研究意義。

區別于常壓狀態下可燃液體的爆炸特性，航空煤油泄漏后可能在高空處于低壓狀態下而顯現出不同的爆炸表現，故在對航空煤油爆炸極限和爆炸超壓的實驗測定前，了解其泄漏爆炸危險程度，有利于預防航空煤油的燃燒爆炸，減少由于航空煤油造成的事故。

3 結論

實驗主要通過可燃氣體/蒸氣爆炸特性實驗裝置對所需要的參數進行測定。在初始壓力為90KPa、70KPa和50KPa條件下得到了航空煤油蒸氣爆炸相關的爆炸參數。可獲得如下規律：

（1）在初始壓力一定的條件下，隨著航空煤油蒸氣濃度的增加，所產生的最大爆炸壓強變化趨勢是先增加后減小，并且存在一個該初始壓力下的最大爆炸壓力。

（2）當初始壓力不斷降低時，航空煤油蒸氣所產生的最大爆炸壓力在不斷的降低，并且發生爆炸所需的航空煤油蒸氣的濃度在不斷的增加。

此外，氣體的爆炸極限、爆炸危險度、最小點火能等實驗參數都是判斷爆炸難易程度的重要參數，這些實驗數據對了解可燃液體爆炸的特性，和發生的機理有著重要作用。影響爆炸極限的因素有很多，溫度、壓力、惰性氣體、氧含量、容器形狀尺寸、點火能量等等，此次實驗主要針對壓力影響因素，并且是特定低壓狀態下。由于航空煤油常壓下揮發性較低，實際發生燃燒爆炸也是航空煤油蒸氣的貢獻，所以在實驗中也應考慮溫度的影響。

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基金項目：沈陽航空航天大學大學生創新創業計劃項目（DX504307）