非包容轉(zhuǎn)子爆破對飛機增壓艙釋壓率的計算方法研究

張健

摘 要：飛機增壓艙在高空受非包容轉(zhuǎn)子碎片撞擊受損后，會出現(xiàn)高空釋壓的問題，客艙內(nèi)的壓力會迅速減小。飛機增壓艙發(fā)生破損后，飛機結(jié)構(gòu)能夠承受的載荷將發(fā)生變化，若要以最大速度下降可能會發(fā)生機體結(jié)構(gòu)二次破壞的危險。因此，本文通過理論計算得出不同等效泄漏面積的釋壓率；根據(jù)不同的釋壓率，計算得出飛機緊急下降的安全速率。

關鍵詞：非包容轉(zhuǎn)子爆破；飛機增壓艙；釋壓率

中圖分類號： V215.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）35-162-2

2 簡化釋壓過程的數(shù)值仿真

根據(jù)上一小節(jié)得到的理論公式，利用Mathematica軟件對飛機增壓客艙突然釋壓過程進行數(shù)值計算。

2.1 數(shù)值仿真

飛機在巡航高度發(fā)生意外釋壓時，飛行機組人員要按照標準程序操作進行緊急下降，緊急下降的速度是飛機結(jié)構(gòu)能承受的最大速度，最大速率約為每分鐘4000到5000英尺。但若飛機發(fā)生非包容事故，并且增壓座艙發(fā)生破損后，飛機能夠承受的極限載荷將發(fā)生變化。因此，根據(jù)適航規(guī)章的規(guī)定，本文將計算得出不同下降速率對應的臨界釋壓等效面積。

根據(jù)分析的可知，飛機發(fā)生突然快速釋壓前22s為機組人員的反應時間。因此，飛機下降的過程為：0—22s為機組準備下降過程，22s后為飛機緊急下降過程。

飛機的巡航高度為12500米，飛機下降速率為20m/s，規(guī)章要求的臨界高度為7620米，臨界時間長為120秒，如圖1（a）所示。

圖1（a）中，橫坐標為時間，縱坐標為高度。A-B為前22秒機組的反應時間，此時飛機仍在巡航高度飛行且沒有下降，但此時客艙內(nèi)壓力高度已經(jīng)開始上升；C點為飛機的實際高度的與飛機增壓艙內(nèi)的壓力高度相等的時刻；D-E的時間長為120秒，即飛機座艙壓力高度大于7620m的時長為120秒；從C時刻開始，飛機客艙內(nèi)的壓力高度將隨飛機實際高度降低而降低，但受破損洞口面積大小的限制，客艙內(nèi)壓力高度沒有飛機下降的高度快，因此存在延遲現(xiàn)象。

經(jīng)過計算得出，飛機的巡航高度為12500米，飛機下降速率為20m/s時，對應的臨界等效面積為0.014平方米，對應的前22秒的飛機客艙壓力高度的上升速率為24.85m/s。

如圖1（b）所示，飛機的巡航高度為12500米，飛機下降速率為15m/s時，對應的臨界等效面積為0.00988平方米，對應的前20秒的飛機客艙壓力高度的上升速率為17.5m/s。

如圖1（c）所示，飛機的巡航高度為12500米，飛機下降速率為10m/s時，對應的臨界等效面積為0.00632平方米，對應的前20秒的飛機客艙壓力高度的上升速率為10.75m/s。

如圖1（d）所示，飛機的巡航高度為12500米，飛機下降速率為5m/s時，對應的臨界等效面積為0.00311平方米。

利用上面的方法，對不同巡航高度的飛機，分別使飛機下降速率為20m/s、15m/s、10m/s和5m/s時進行仿真計算，得出相應的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上面計算得出的數(shù)據(jù)，繪制出飛機下降速率—等效泄漏面積的曲線圖，如圖2所示。

根據(jù)計算后的結(jié)果可得2的曲線圖，曲線的橫坐標代表飛機的等效泄漏面積，縱坐標代表飛機下降速率，曲線代表某一等效泄漏面積下的臨界下降速率。在某一等效泄漏面積下，飛機的下降速率應在圖2臨界曲線的上方，但應小于飛機結(jié)構(gòu)能夠承受的最大下降速率。

飛機增壓艙破損后，飛行人員并不知道增壓艙受損的泄漏面積，而僅僅可以根據(jù)飛機座艙高度儀表知道飛機座艙高度的變化率。因此，根據(jù)理論推導公式，求出前22秒的平均座艙壓力高度變化率，將等效泄漏面積轉(zhuǎn)化為座艙高度的變化率。根據(jù)假設我們知道，飛機的前22秒還沒有進行緊急下降，所以可以將等效泄壓面積變換為前22秒的平均座艙壓力高度變化率。轉(zhuǎn)化后如圖3所示，曲線代表飛機下降速率的臨界下降速率。飛機下降速率大于該臨界的下降速率，才能滿足適航規(guī)章的要求，即飛機的下降速率應在臨界曲線的右側(cè)。

圖3 飛機安全下降速率的臨界曲線

3 結(jié)論

①本文通過理論分析對釋壓率的公式進行了簡化公式推導，得到座艙壓力高度隨飛機下降的時間函數(shù)；然后對增壓艙泄漏量的計算公式進行了分析。②本文根據(jù)所推導出來的理論公式，依據(jù)CCAR25.841中客艙壓力高度為7620米時不能超過2分鐘的要求，利用Mathematica軟件對飛機增壓客艙突然釋壓過程進行數(shù)值計算，得到不同等效面積對應的釋壓速率；再分別計算不同飛行高度下的釋壓率，進而得到飛機相應的臨界下降速率，最后得到飛機安全下降速率的臨界曲線。

參 考 文 獻

[1] 中國民用航空總局.CCAR-25-R3中國民用航空規(guī)章第25部[S].北京：中國民用航空總局，2001.

[2] 美國聯(lián)邦航空管理局.AC20-128A[S].華盛頓：美國聯(lián)邦航空管理局，1997.

[3] 蔣龍富，劉鵬.座艙允許最大泄漏量與等效泄漏面積的計算及分析[J].民用飛機設計與研究，2006（11）：31-32.

[4] 彭世尼，周廷鶴.燃氣泄漏與擴散模型的探討[J].煤氣與熱力，2008（2）：56-58.