民用飛機APU艙門排液設計

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民用飛機APU艙門排液設計

The Drainage System Design of Civil Aircraft APU Door

張潔 / Zhang Jie

(上海飛機設計研究院，上海200120)

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China)

0引言

適航規章25.609(B)規定：在必須保護的部位有通風和排水措施。通過通風和排水措施，將附著在飛機結構零件上的水(主要是冷凝水)順利帶走或排走，以避免水的長期聚集可能對結構零件造成腐蝕和不利的影響。

飛機運營過程產生的廢水、廢液以及遭遇到并進入結構內部的雨水、雪水、清洗液、除冰劑和因為系統故障而泄漏的燃油、液壓油或潤滑油等可燃液體，這些液體都需要排放到飛機之外，以免腐蝕飛機結構或造成火災危險。

1排液設計

1.1　設計要求

(1)AC25.863.6(b)條款中要求單個水坑不超過1.5盎司(42.6ml)，地面試驗時理論總積液量不超過10%；

(2)APU艙為飛機上的火區，可燃液體不能在艙內造成大量積聚，并且不能位于會促進易燃液體點燃進而產生危害的區域；

(3)確保排出的可燃液體不會進入飛機尾端的APU排氣口；

(4)APU系統排液口從APU艙門通過，要求艙門關閉狀態可以通過排液口目視判斷漏油管路，可以目視檢查APU艙門排液口與APU排液口對接情況。

1.2　APU艙門排液

考慮到艙內的冷凝水及下雨下雪時從APU上部流下的水在APU艙門內大量積存，艙門的結構布局應考慮到排水路線及排水口布置以便將積液排出艙外，并滿足排液的速度要求、最小積存液體要求，如圖1所示。因飛機尾椎傾斜角較大，一般在APU艙門前部最低點做排水孔，如圖2所示。

液體的排放速率是指在飛機靜止狀態下，液體僅在重力作用下通過排液孔截面積的速率。這樣得到的排液速率較為保守。

圖3為排液計算公式示意圖，假設任意結構圍成的一個容器，底部開有一個直徑為D的排液口。里面盛有一定容量(Q)的冷凝水，液面初始高度為H0，因為容器形狀不確定，所以認為液體的體積Q是液面高度H的函數，Q=Q(H)。

已知，排水口截面積S=π·D2/4=402mm

圖1　APU艙門排水路徑

圖2　APU艙門排液口和APU系統排液罩

圖3　排液計算公式示意圖

排液口截面的靜壓強為Ρ，流速為V，H0為初始t0時的液面高度，則：

P=ρH0g

(1)

V=V(t)

(2)

根據能量守恒定律，得：

1/2ρV2(t)=ρH0g

(3)

重新整理，得：

V(t)=(2·H0g)0.5

(4)

因此，Δt=ΔQ/V(t)/S=S0·ΔH/(2·H0g)0.5/S=(S0/S) ·ΔH/(2·H0g)0.5

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(5)

排液總時間T=Δt=(SN/S)·ΔH/(2·HNg)0.5=0.187ΔH

表1　排液速率計算

排液量Q=ΔQ=(SN·ΔH)=40088ΔH

積液點的平均排液速率=Q/T=12.8L/min，滿足適航要求。

APU系統中燃油、滑油、防冰液、水由APU艙門上的排液罩排出，脫離氣動表面的附面層，可保證可燃液體不會流到APU的排氣口，如圖2所示。如果APU管道泄露的話，應確保泄露的可燃液體可從APU艙內排出，不會造成積液，排出后的可燃液體也不會順著氣動外形面的附面層流到APU的排氣口。

1.3　APU艙門排液特殊情況

液壓系統的設計應盡量避免其管路的泄漏，一旦發生泄漏應有應急措施，使泄漏對系統性能的影響和對結構的損傷降至最小。

從系統組件中泄漏的燃油、液壓油和其他可燃液體的排放，則需要作特殊考慮。這一類液體的排放要求比較復雜。

可燃液體的防火設計要求和應對策略：

(1)在同一區域不允許同時存在點火源和可燃液體的泄漏源；

(2)各個可能存在泄漏液體的專業負責提供可能的泄漏源和點火源；

(3)根據系統布局和結構布置的具體情況，將可燃液體的泄漏源避開增壓艙，同時也要避開點火源。若不能滿足此條，必須采取物理隔離措施，即將點火源和可燃液體的泄漏源通過結構件分隔在不同的物理空間，最終滿足防火應對策略的要求；

(4)限制泄漏的可燃液體在由結構組件圍成的最小的區域內，匯集在一起的可燃液體應通過排液孔迅速排到飛機外部，排液口的位置和大小由結構保證排液速率和排放時間滿足適航文件的要求；

(5)最后評估排液孔的位置，確保排到機體結構外的可燃液體不會重新進入飛機內部或被點燃。

APU系統管道意外泄露，無特殊措施時，可燃液體沿著APU艙門排水孔排出，APU艙門排水孔在飛機理論外形的附面層內，這種情況下可燃液體有很大可能會進入尾錐的APU排氣口。

目前的飛機型號基本都是所有可燃液體通過突出理論外形面的排液罩排出。APU系統內的排出液體通過管道與艙門的排液罩直接對接排出。APU艙內的液體會在APU艙內的最低點(可設計最低點的位置)匯聚，再通過排液罩排出。

將系統排液罩和艙門排液口合成一個排液口，對結構的更改影響較大。也有機型通過設計艙門排液口管，降低其排出的液體進入APU排氣口的概率，如圖4所示。輔助在APU排氣處尾錐上增加擋板，控制從艙門排液口流出的液體進入APU排氣口的可能性，如圖5所示。這種設計難以在理論與試驗中驗證通過，這也是大多數機型不采用的原因。有些機型中的APU系統管道采用破損安全設計，不用考慮可燃液體意外泄露的情況。

圖4　APU艙門排液口設計

圖5　排氣口擋板

1.4　APU艙門排液設計優化

將APU系統排液罩與艙門的排液口合并為一個排液通道，如圖6所示。

圖6　排液罩位置移動示意圖

APU艙門的最低點在飛機對稱面上，航向最前端，應為艙門排液口的最理想位置。為避免擦地，新排液罩位置離機身對稱面有一段距離。為避免對稱面區域積液量超過適航要求，將對稱面區域空間用鈦合金面板封閉，使新建立的APU艙門排液口為最低點，如圖7所示。

圖7　新排液口位置設計示意圖

APU系統位置不變，在原APU系統排液位置安裝排液通道，通過管道流向新排液罩位置，將液體排出艙外。

2結論

綜上，APU艙門上的排液設計建議通過艙門外形面上排液罩將飛機系統和結構內的所有液體排出，以防止會有可燃液體進入飛機尾錐的APU排氣口?；蛘逜PU系統管道雙層設計，杜絕可燃液體意外泄露的情況下，采用排液罩排放APU系統上液體，艙門上最低點設計排水孔排放結構艙內液體。

參考文獻：

[1]中國民用航空局.CCAR-25-R4中國民用航空規章第25部：運輸類飛機適航標準[S].北京：中國民用航空局，2011.

[2]中國民用航空局.民航總局令第108號：渦輪發動機飛機燃油排泄和排氣排出物規定[S].北京：中國民用航空局，2002.

摘要：

APU艙門與APU排氣口距離非常近，從APU艙門排出的可燃液體很有可能會流入飛機尾錐的APU排氣口，造成安全事故。APU艙門的排液如何避開APU排氣口是一個非常重要的設計。

關鍵詞：APU；排液；排氣口

[Abstract]The oil and fuel from the APU compartment door drainage vent may enter the APU system drainage vent. The APU compartment door is close to the APU system drainage vent. So the APU compartment door drainage design is very important.

[Key words]APU；drainage；vent

中圖分類號：V228

文獻標識碼：A