低压状态下飞行器用航空煤油的泄漏爆炸危险分析

袁金帅 郑秋雨 王启文

摘 要：飞行器是现代生活中最为便捷和安全的交通运输工具之一，同时也是战争中发挥重要作用的利器之一，其科技含量非常高且结构复杂，细小的疏忽就可能带来机毁人亡的严重后果。装载航空煤油的油箱在飞行器系统部件中属于關键性部件，通过故障模式与影响分析中，燃油泄漏为主要故障模式可造成液体燃烧和爆炸。飞行器在高空飞行状态下航空煤油泄漏后处于低压状态，此时航空煤油的爆炸特性与常压下是不同的，本文通过实验设计考察在低压状态下航空煤油的燃爆特性。

关键词：低压状态；航空煤油；爆炸；危险分析

航空煤油是石油产品之一，英文名称Jet fuel No.3，主要由不同馏分的烃类化合物组成，主要用作航空涡轮发动机的燃料，“3号喷气燃料”3号喷气燃料密度适宜，热值高，燃烧性能好，能迅速、稳定、连续、完全燃烧，且燃烧区域小，积碳量少，不易结焦；低温流动性好，能满足寒冷低温地区和高空飞行对油品流动性的要求；热安定性和抗氧化安定性好，可以满足超音速高空飞行的需要；洁净度高，无机械杂质及水分等有害物质，硫含量尤其是硫醇性硫含量低，对机件腐蚀小。装载航空煤油的油箱在飞行器中属于关键性部件。尤其飞行器在高空飞行状态下航空煤油泄漏后很可能处于低压状态，此时航空煤油的爆炸特性与常压下是不同的，此外通过调查研究发现此种状态下航空煤油爆炸特性的相关成果较少，所以对此特定条件的研究具有一定意义。本文主要内容是通过进行故障模式与影响分析和有关的试验设计考察在低压状态下航空煤油的燃爆特性。

1 故障模式与影响分析

通过做故障模式与影响分析，得出燃油泄漏为主要故障模式可造成液体燃烧和爆炸。所谓液体爆炸就是液体受热蒸发出气体发生爆炸，都是预混燃烧的一种。当爆炸波与周围介质发生作用，火焰加速非常快。爆炸包括预混火焰的初始爆炸以及之后更猛烈的爆轰。从爆炸到爆轰的转变取决于边界条件和超压水平。

2 实验过程

本次实验采用分压法计算蒸气浓度，默认大气压力为101325KPa，打开真空泵抽真空，将一定量的3#航空煤油通过注射针管滴入爆炸容器内，使航空煤油成为蒸气状态，此时压力变化值即为航空煤油蒸气分压值，在配气过程中，搅拌泵始终开启进行搅拌。此次实验在配气结束后仍要在真空表上显示一定的负压，即低压状态（此时总压力值不再是大气压，而是大气压减去真空表显示的压力值得到实际低压值）。典型实验现象及结果如图1和图2

由上表可以得出随着初始压力的降低，最大爆炸压力逐渐下降，且达到最大爆炸压力时的浓度逐渐升高，但爆炸浓度依然较低，即在很小的浓度值下亦存在爆炸危险，如果航空煤油泄漏的话在飞行器内部空间亦可形成爆炸危险环境，所以在此环境下具有研究意义。

区别于常压状态下可燃液体的爆炸特性，航空煤油泄漏后可能在高空处于低压状态下而显现出不同的爆炸表现，故在对航空煤油爆炸极限和爆炸超压的实验测定前，了解其泄漏爆炸危险程度，有利于预防航空煤油的燃烧爆炸，减少由于航空煤油造成的事故。

3 结论

实验主要通过可燃气体/蒸气爆炸特性实验装置对所需要的参数进行测定。在初始压力为90KPa、70KPa和50KPa条件下得到了航空煤油蒸气爆炸相关的爆炸参数。可获得如下规律：

（1）在初始压力一定的条件下，随着航空煤油蒸气浓度的增加，所产生的最大爆炸压强变化趋势是先增加后减小，并且存在一个该初始压力下的最大爆炸压力。

（2）当初始压力不断降低时，航空煤油蒸气所产生的最大爆炸压力在不断的降低，并且发生爆炸所需的航空煤油蒸气的浓度在不断的增加。

此外，气体的爆炸极限、爆炸危险度、最小点火能等实验参数都是判断爆炸难易程度的重要参数，这些实验数据对了解可燃液体爆炸的特性，和发生的机理有着重要作用。影响爆炸极限的因素有很多，温度、压力、惰性气体、氧含量、容器形状尺寸、点火能量等等，此次实验主要针对压力影响因素，并且是特定低压状态下。由于航空煤油常压下挥发性较低，实际发生燃烧爆炸也是航空煤油蒸气的贡献，所以在实验中也应考虑温度的影响。

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基金项目：沈阳航空航天大学大学生创新创业计划项目（DX504307）