飞机静压系统气密性要求分析

袁文铎

摘要：静压系统的气密性是飞机大气数据系统的一项重要性能指标。本文对飞机的静压系统气密性进行了理论计算分析，并对比了民用飞机、军用飞机设计要求差异。

关键词：静压系统；气密性

中图分类号：V241.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

0 引言

大气数据系统对飞机飞行安全至关重要。大气数据计算机接收总静压系统提供的总压、静压，总温传感器提供的总温，经数据处理和计算，输出气压高度、指示空速、真空速、垂直速度、总温、静温等参数在飞行显示器上，并未机上其他系统提供所需参数，如惯性基准系统、气象雷达、失速保护系统、发动机指示和机组告警系统、中央维护系统和飞行控制系统等。

静压系统的气密性是飞机大气数据系统的一项重要性能指标。如果气密性不好，计算机输出气压高度的精度不够，会影响到飞机其他系统运行，也会影响RVSM（Reduced Vertical Separation Minimum，缩小垂直间隔）正常运行，为飞机安全运行带来隐患。

本文对静压系统气密性进行了理论计算，并对比了军用、民用飞机设计要求差异。

1 设计要求

1）军用飞机设计要求

GJB1623-93[1]要求静压系统的设计和安装满足“在相當于12000m高度或高度表量程的四分之三（取其中高度较低者）时，5min后，高度下降不应超过900m”。

2）民用飞机设计要求

CCAR25.1325[2]要求静压系统的设计和安装满足“对静压系统抽气到压差等于飞机型号合格审定时批准的最大座舱压差，停止抽气一分钟后，指示高度的减小值必须不大于最大座舱压差当量高度的2%或30米（100 英尺），两者中取大值”。

2 基本原理

静压系统的气密性主要受导管壳体漏气、管接头缝隙等因素影响，导致静压系统在不完全封闭情况下，压力产生变化。为了计算分析，作如下前提条件说明：外界大气压力、密度、温度为P0、D0、T0，初始状态静压系统内大气压力、密度、温度为P1、D1、T1，变化后静压系统内大气压力、密度、温度为P2、D2、T2，且T0=T1=T2，静压系统体积为V。

根据海根-博瓦萨公式，流量：M=k*D1*（P0-P1）

初始状态内外压差：P0-P1

终止状态内外压差：P0-P2

此时：D2=D1+1/V*∫Mdt

终止状态气体状态方程：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））

则：ξ=-k/V=1/（P0*t）*ln（（P0-P1/P1）*（P0/（P0-P1-（P2-P1））-1））

由上述公式推导可知，静压系统泄漏量为P2-P1。当ξ趋于0，代表P0-P1=P0-P2，表明泄漏量P2-P1=0，即系统是气密的；当ξ趋于无穷，则P0-P2=0，表明静压系统不能保持压力差，即系统完全不气密。因此可以使用ξ作为静压系统的气密性衡量指标，泄漏量为P2-P1。

3 对比分析

军用、民用飞机静压系统气密性设计要求对比分析见表1所示。

表1 静压系统气密性对比分析

基本要求 计算分析

军用

飞机 在相当于12000m高度或高度表量程的四分之三（取其中高度较低者）时，5min后，高度下降不应超过900m 条件：P0=101325Pa，P1=18754Pa，P2=21663Pa，t=300s

计算：

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

即泄漏量在5min内不应超过900m，ξ不应超过5.92E-9

民用

飞机 对静压系统抽气到压差等于飞机型号合格审定时批准的最大座舱压差，停止抽气一分钟后，指示高度的减小值必须不大于最大座舱压差当量高度的2%或30米（100 英尺），两者中取大值 条件：P0=101325Pa，飞机升限H0=12000m，座舱高度H1=2500m，t=60s

所以：P1=P0-（P（2500）-P（12000））=45391Pa，

P2=P1+P（2%*6300）=46198Pa

计算：

ξ =1/（P0*t）*ln（（P0-P1/P1）*（P0/（P0-P1-（P2-P1））-1））=5.3E-9

即泄漏量在1min内不应超过126m，ξ不应超过5.28E-9

根据表1分析，如果同时采用1min时间间隔，军用飞机泄漏量在1min内不应超过180m，ξ不应超过2.96E-8。即军用飞机气密性指标要求相对民用飞机要宽松一些。因为民用飞机不仅要满足CCAR25.1325对高度的精度要求，还要考虑CCAR91[3]对RVSM（缩小垂直间隔）运行的符合性。如果静压系统气密性不好，在RVSM区域（8900 – 12500m）运行时将会产生一个固定的高度泄漏偏差量。

4 总结

本文对静压系统气密性进行了理论计算分析，并对比了民用飞机、军用飞机设计要求及差异。

参考文献

[1] GJB1623-93 总静压系统设计和安装通用规范[S]. 国防科工委. 1993

[2] CCAR-25 运输类飞机适航标准[S]. CAAC. 2011

[3] CCAR-91一般运行和飞行规则[S]. CAAC. 2007