民用飞机燃油箱防爆的综合分析研究.docx

中图分类号：V228.1 论文编号： 1028707 14-S003 学科分类号：083700 硕士学位论文 民用飞机燃油箱防爆的综合分析研究 研究生姓名 刘春波 学科、专业 安全科学与工程 研究方向 安全技术及工程 指导教师 胡宇群 教授 南京航空航天大学 研究生院 民航学院 二О一四年二月 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Civil Aviation Integrated Research and Analysis on Anti-explosion of Civil Aircraft Fuel Tank A Thesis in Safety Science and Engineering by Liu Chunbo Advised by Prof. Hu Yuqun Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering February, 2014 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 摘 要 自上世纪五十年代末以来，全球范围内一共发生多起由飞机燃油箱燃烧而导致的事故，造 成大量的人员伤亡以及飞机等设备财产的损失，并直接影响公众对航空业的信心。一系列的事 故表明，燃油箱的燃爆事故会对飞机的运行安全产生重要影响。作为飞机庞大复杂系统的一个 重要组成部分，燃油箱承担着存储燃油及调节重心等任务。在燃油箱内部，燃油蒸汽与空气混 合形成易燃气体，当该混合气体处于燃烧极限范围内时，在油箱内部潜在点火源的作用下便会 发生严重威胁飞机运行安全的燃烧或爆炸。 首先，本文根据着火三角形中的三个基本要素即可燃物、氧化剂以及点火源，结合航空煤 油的燃烧极限、在气相空间内的蒸汽压力及闪点、飞机不同飞行状态下的氧气浓度情况、飞机 燃油箱内的潜在点火源等因素，对燃油箱整体的可燃性、安全性进行了综合分析。 其次，本文运用气体爆炸理论的基本知识对气体爆炸冲击波的形成以及传播规律进行了分 析，通过理论计算分别得到了 1.3%，1.5%，1.8%三种体积比例条件下，航空煤油-空气混合气 体的爆温、爆速、爆压、爆热、初始内能等相关爆炸参数。 最后，利用 ANSYS/LS-DYNA 软件建立了燃油箱的有限元模型，通过分析相关文献并结合 前章计算得到的数据确定了作用于飞机燃油箱结构的载荷曲线，并研究了飞机燃油箱壳体在爆 炸冲击作用下的形变特点以及燃油箱壳体上的等效应力分布情况：当受到气体爆炸载荷冲击时， 油箱结构中壁面处的形变量要大于面与面结合处的变形量，当爆炸载荷下降时，处于弹性形变 范围内的油箱结构位移量会有一定的下降；受到爆炸冲击时，油箱棱和顶点处的等效应力要大 于壁面处，属于较容易受到破坏的位置，在设计阶段应予以适当加强以保证燃油箱的安全性。 关键词：燃油箱，航空煤油，气体爆炸，ANSYS/LS-DYNA I ABSTRACT Since 1959, 17 aircraft fuel tank burning accidents happened in the world, which leads to 542 people’s death and 11 aircrafts’ lose. A series of accidents have proved that the blast accident of aircraft fuel tank is one of the key factors that have effect on the safety of aircraft. As an important guarantee for safe operation of the aircraft, fuel tank needs to store fuel and adjust the center of gravity of aircraft. In the aircraft fuel tank, there are combustible material (wh