民用飞机吊挂通风计算研究

王重

【摘 要】本文基于一种通风计算模型简化方法和一维定常可压缩流体原理，对民用飞机吊挂隔舱的通风量进行了计算和分析。该方法计算效率较高，可为吊挂通风设计方案的权衡研究提供有效的理论支持。

【关键词】民用飞机；吊挂；通风；可压缩流体

0 引言

民用飞机在设计中会通过总体布局来将机体内部分割成若干个不同功能的隔舱。这些隔舱中一部分由机载空调系统直接或间接地进行供气增压，故其被称为增压舱或气密舱；另一部分隔舱则不被供气增压，则被称为非增压舱或非气密舱。为防止增压舱的增压空气不可控地流入非增压舱，在两种隔舱交界的位置设置有专门的气密隔框。非增压舱在设计时，为满足舱内温度需求或舱内防火需求，一般需设置专门的通风路径。

民用飞机吊挂是机体内隔舱之一，功能是用来连接飞机发动机和机翼（发动机翼吊构型飞机）或机身（发动机尾吊构型飞机）。因为和发动机直接连接，吊挂在设计中需要满足飞机火区的有关设计要求。运输类飞机适航标准CCAR 25.1187（b）条款规定：“每一指定的火区必须通风，以防可燃蒸气累积。”[1]在民用飞机的设计中，一般需保证吊挂内部的分钟通风量达到5倍内部被通风体积。[2]

吊挂内部结构和通风路径的设计是一个不断迭代的过程，需要综合考虑内部系统设备的安装布置要求和通风需求。因此一套高效的通风计算方法是完成吊挂通风设计的重要保证。本文将基于吊挂计算模型简化和一维定常可压缩流体原理，对吊挂通风量进行计算和分析。

1 计算案例

图1为一典型发动机尾吊构型民机的吊挂下蒙皮。由图可见该型飞机吊挂主要通过开设的2个进气口和1个出气格栅进行通风，另外还有18个排液孔可起到一定的通风作用（本文中忽略）。吊挂内部由内外侧封闭肋和后梁封闭面隔离出容纳系统设备和管路的独立空间（图一中用绿色线框框出）。

2 计算方法选择和模型简化

对于该计算案例，比较常见的计算方法为CFD建模计算，通过模拟吊挂内外流场计算出通过吊挂内部的总通风量。但在设计初期，结构形式和内部系统布置往往需要大量的设计迭代和更改，每次更改均需进行CFD建模调整和重新计算，工作量和工作耗时较大。

因此提出一种基于一维定常可压缩流体原理的计算方法，该方法可将吊挂的通风简化为一维流动模型。以本文的计算案例为例，将吊挂被通风区域作为研究对象，只考虑2个进气口和1个出气格栅作用的情况下可得出简化计算模型如图2。

3 计算原理

在图2的简化计算模型中，吊挂内气压稳定为，气流温度等于外界大气温度T。进出口压力为吊挂外表面气流压力。

4 计算输入处理

对于进气口和排气口的通风面积，可通过对开口面积直接测量并乘以经验系数的方法，最终得出有效通风面积。一般工程上可使用0.8左右的经验系数。

对于进出口的气流压力，可从飞机整体气动性能计算的结果中进行相应的压力提取。需要注意的是，在计算时应充分考虑各种典型的飞行工况，计算点状态需包含各典型的飞行高度和飞行速度、以及飞行姿态和外界环境条件。以此得出全面的计算分析结论。在实际设计中，有的进气口还设置了专门的进气喉道，此时在处理压力计算输入条件时还需乘以喉道的总压恢复系数，即考虑喉道造成的进气压损。

为简化计算，可直接选择当地大气温度作为通风的进气温度；吊挂内部的通风区域体积则直接取外部蒙皮和内部结构封闭肋和封闭面所包裹的空间体积，如图3所示。显然该情况下被通风体积将大于考虑内部系统和设备情况下的实际内部体积，是一种保守的计算输入处理方法。

5 结果计算

明确了计算原理和计算输入后，即可对通风结果进行计算。图4为使用Matlab-Simulink软件进行的建模，在定义了计算输入条件后，利用迭代法求解出各计算工况下稳态通风状态的吊挂内气压和体积通风量。

6 结果分析

在求解出各计算工况下的吊挂内体积通风量后，可检查其是否满足全工况下均大于吊挂内部被通风体积的5倍。对于部分地面工况，因飞机运动速度较低，一般无法提供足够的通风量，但该部分工况下通风量小于5倍吊挂内部被通风体积在设计中可接受，不会影响设计对适航要求的符合性。

另外，在进行定量分析的同时，还应对吊掛内部的通风路径进行定性分析。检查设计中是否存在因设备布置不合理而造成的内部通风受阻或形成通风“死区”的情况，即通过定性分析来检查吊挂内部的通风效果。

在定量分析和定性分析完成后，即可得出对当前吊挂通风设计方案的评估结论。

7 结束语

在各型号民用飞机的设计工作中，吊挂结构设计、吊挂内部布置设计以及通风设计是一个不断迭代的过程。本文提出了一种通风计算模型简化和基于一维定常可压缩流体原理的计算方法，可高效地估算出当前设计方案下吊挂的通风量和通风效果，为设计方案的权衡研究提供有效的理论支持。其在工程设计初期具有很高的实用性，可与方案初步定型后的CFD计算相结合，形成一套完备的吊挂通风设计和校验方法。

【参考文献】

[1]中国民用航空局.中国民用航空规章第25部-运输类飞机适航标准[Z].2011.11.07.

[2]陈卓如.工程流体力学[M].北京：高等教育出版社，2013：388-392.

[责任编辑：朱丽娜]endprint