一种飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法与流程

1.本发明涉及但不限于飞机燃油系统试飞试验技术领域，尤指一种飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法。
2.主要用于飞机燃油箱氧浓度测试校准及试验，属于飞机燃油系统测试设备校准领域和飞机燃油系统试飞试验领域。


背景技术：

3.在民机燃油箱可燃性适航符合性试飞中，飞机燃油箱氧浓度(体积浓度)是重要的评估参数，国外研究表明，油箱氧浓度低于9％可以提供一个不可燃的环境。在飞行中，燃油箱工作条件复杂，油箱外部趋于飞机环境温度和压力，油箱内部则在通气增压系统和惰化系统的共同工作下，温度和压力与外界环境不同；并且，在油气的影响下，造成氧浓度测试设备的工作可靠性和测试精度校准困难。
4.目前的氧浓度测试设备多用于生物、石油等领域，氧浓度测试设备多在地面使用，对使用环境的要求不高，氧浓度测试设备计量校准流程简单，缺乏在飞行环境中校准先例。


技术实现要素：

5.本发明的目的：本发明实施例提供一种飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，以解决飞机燃油箱氧浓度测试设备缺少校准条件的问题。
6.本发明的技术方案：本发明实施例提供一种飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，包括：
7.步骤1：构建飞机燃油箱的外部环境，所述飞机燃油箱为通过试验模拟的燃油箱；
8.步骤2：构建飞机燃油箱的内部环境；
9.步骤3：构建飞机燃油箱的油气环境；
10.步骤4：构建飞机燃油箱内氧浓度标准环境。
11.可选地，如上所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法中，所述步骤1中所构建的飞机燃油箱的外部环境，包括：对飞机燃油箱的外部环境做如下设置：
12.步骤11，设置压力范围：7.5kpa～110kpa；
13.步骤12，设置压力偏差：≤
±
2kpa(≥40kpa)；≤
±
5％(2～40kpa)；≤
±
0.1kpa(≤2kpa)；
14.步骤13，设置温度范围：-70℃～100℃；
15.步骤14，设置温度波动：
±
0.5℃；
16.步骤15，设置温度偏差：≤
±
2℃。
17.可选地，如上所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法中，所述步骤2中所构建的飞机燃油箱的内部环境，包括：对飞机燃油箱的内部环境做如下设置：
18.步骤21，设置压力范围：10kpa～150kpa；
19.步骤22，设置压力精度偏差：0.02％rdg+0.02％fs；其中，rdg为绝对压力，fs为全
量程压力；
20.步骤23，设置压力稳定性：《0.005％fs；
21.步骤24，设置从常压到10kpa气压的降压时间：≯5min；所述常压为飞机燃油箱外部所处的气压为98kpa。
22.可选地，如上所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法中，
23.所述步骤2中飞机燃油箱密封性符合如下条：
24.在飞机燃油箱外部为常压、内部压力为60kpa条件下，燃油箱内部压力升高率小于或等于1pa/s。
25.可选地，如上所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法中，所述步骤3中构建飞机燃油箱的油气环境，包括：
26.通过对飞机燃油箱配置注入和抽取燃油的功能，以及配置燃油循环流动的功能，从而构建飞机燃油箱内的油气环境。
27.可选地，如上所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法中，所述步骤3中所构建的飞机燃油箱的油气环境，包括：
28.燃油液面高度精度：《1mm；
29.燃油循环流量可调节。
30.可选地，如上所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法中，所述步骤4中构建飞机燃油箱内氧浓度标准环境，包括：
31.采用标准气体置换的方式获得飞机燃油箱内氧浓度标准环境；其中，所使用的标准气体为经校准的标准氮氧混合标气，或氮气、二氧化碳和氧气的混合标气；所述混合标气中，以体积浓度表征的氧浓度的范围为：0～25％。
32.可选地，如上所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法中，还包括：
33.步骤5，采用步骤1～步骤4所构建的各种环境，对设氧浓度测试设备进行的环境适应性试验。
34.可选地，如上所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法中，所述步骤5包括：
35.步骤51，设氧浓度测试设备的环境适应性试验的目标值包括：飞机燃油箱外部环境的目标温度值1、目标压力值1，飞机燃油箱内部环境的目标温度值2、目标压力值2，飞机燃油箱内部环境的目标液面高度值，飞机燃油箱内部的目标氧气浓度值；
36.步骤52，在常温常压下使用氧浓度标准气体与飞机燃油箱内的气体进行置换过程中，采用氧浓度测试设备测量燃油箱内的氧气浓度，待氧浓度数据平稳无波动后，再持续进行气体置换5min后，达到飞机燃油箱内部的目标氧气浓度值，密封飞机燃油箱，通过压力控制器调整燃油箱内压力达到目标压力值2，通过燃油循环系统模拟真实的燃油流动达到飞机燃油箱内部环境的目标液面高度值，并调节油箱外部环境的压力和温度分别为目标压力值1、目标温度值1，最终形成用于设氧浓度测试设备进行的环境适应性试验的标准试验环境。
37.本发明的有益效果：本发明实施例提供一种飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，通过提出构建飞机燃油箱的外部环境，构建飞机燃油箱的内部环境，构建飞机燃油箱的油气环境；构建飞机燃油箱内氧浓度标准环境的具体方式；采用本发明实施例的技术方案将标准的氮氧混合气通入试验燃油箱，制造实验室内的飞机燃油箱上部气体混合物环境。
本发明实施例的技术方案，可以实现机载油箱氧浓度测试设备校准环境构建，为飞机油箱氧浓度测试设备研制和使用提供条件，满足飞机燃油系统试飞评估需求；从而解决了飞机油箱氧浓度测试设备校准条件构建问题，并且为飞机燃油箱氧浓度相关试验研究提供具体实现方案。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
39.上述背景技术中已经说明，目前的氧浓度测试设备多用于生物、石油等领域，多在地面使用，对使用环境的要求不高，且计量校准流程简单，缺乏在飞行环境中校准先例。
40.目前国内计量机构缺少用于对飞行环境中燃油箱氧浓度测试设备进行校准的标准环境，因此开展飞机燃油箱氧浓度标准环境的构建研究十分必要。针对该研究要求，本发明实施例提供一种飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法。
41.本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
42.本发明实施例提供一种飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，包括如下步骤：
43.步骤1、构建飞机油箱(试验模拟油箱)外部环境；
44.步骤2、构建飞机油箱内部环境；
45.步骤3、构建油箱油气环境；
46.步骤4、构建油箱标准氧浓度环境。
47.本发明实施例中，步骤1中构建的飞机燃油箱的外部环境的要求为：
48.(1.1)环境空间尺寸根据试验油箱尺寸确定，应预留足够的使用维护空间；
49.(1.2)压力范围：7.5kpa～110kpa；
50.(1.3)压力偏差：≤
±
2kpa(≥40kpa)；≤
±
5％(2～40kpa)；≤
±
0.1kpa(≤2kpa)；
51.(1.4)温度范围为：-70℃～100℃；
52.(1.5)温度波动：
±
0.5℃；
53.(1.6)温度偏差：≤
±
2℃。
54.本发明实施例中，步骤2中构建的飞机燃油箱的内部环境的要求为：
55.(2.1)压力控制范围：10kpa～150kpa；
56.(2.2)压力控制精度偏差：0.02％rdg+0.02％fs；其中，rdg为绝对压力，fs为全量程压力；
57.(2.3)压力控制稳定性：优于0.005％fs；
58.(2.4)常压～10kpa降压时间：≯5min；其中，常压为飞机燃油箱外部所处的气压为98kpa；
59.(2.5)密封性：外部常压、内部压力60kpa下压力升高率不超过1pa/s。
60.本发明实施例中，步骤3中构建飞机燃油箱的油气环境的要求为：
61.(3.1)具备试验油箱中燃油的注入和抽取功能；
62.(3.2)具备燃油循环流动功能；
63.(3.3)燃油液面高度控制精度：优于1mm；
64.(3.4)燃油循环流量可调节。
65.本发明实施例中，步骤4中构建飞机燃油箱内氧浓度标准环境的要求为：
66.(4.1)采用标准气体置换的方式获得油箱内氧浓度标准环境；
67.(4.2)使用经校准的标准氮氧混合标气，或其他气体成分混合标气；
68.(4.3)标气氧浓度(体积浓度)可选，范围0～25％；
69.(4.4)标准环境构建流程为先在常温常压下通过气体置换获得目标标气浓度，然后调节油箱内部和外部的压力、温度到目标值。
70.进一步地，本发明实施例提供的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，还可以包括如下步骤：
71.步骤5，采用步骤1～步骤4所构建的各种环境，对设氧浓度测试设备进行的环境适应性试验。
72.该步骤5的具体实施方式包括：
73.步骤51，设氧浓度测试设备的环境适应性试验的目标值包括：飞机燃油箱外部环境的目标温度值1、目标压力值1，飞机燃油箱内部环境的目标温度值2、目标压力值2，飞机燃油箱内部环境的目标液面高度值，飞机燃油箱内部的目标氧气浓度值；
74.步骤52，在常温常压下使用氧浓度标准气体与飞机燃油箱内的气体进行置换过程中，采用氧浓度测试设备测量燃油箱内的氧气浓度，待氧浓度数据平稳无波动后，再持续进行气体置换5min后，达到飞机燃油箱内部的目标氧气浓度值，密封飞机燃油箱，通过压力控制器调整燃油箱内压力达到目标压力值2，通过燃油循环系统模拟真实的燃油流动达到飞机燃油箱内部环境的目标液面高度值，并调节油箱外部环境的压力和温度分别为目标压力值1、目标温度值1，最终形成用于设氧浓度测试设备进行的环境适应性试验的标准试验环境。
75.本发明实施例提供的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，通过提出构建飞机燃油箱的外部环境，构建飞机燃油箱的内部环境，构建飞机燃油箱的油气环境；构建飞机燃油箱内氧浓度标准环境的具体方式；采用本发明实施例的技术方案将标准的氮氧混合气通入试验燃油箱，制造实验室内的飞机燃油箱上部气体混合物环境。本发明实施例的技术方案，可以实现机载油箱氧浓度测试设备校准环境构建，为飞机油箱氧浓度测试设备研制和使用提供条件，满足飞机燃油系统试飞评估需求；从而解决了飞机油箱氧浓度测试设备校准条件构建问题，并且为飞机燃油箱氧浓度相关试验研究提供具体实现方案。
76.以下通过一个实施例对本发明实施例提供的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法的具体实现方式进行示意性说明。
77.实施示例
78.该实施示例提供一种飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，包括：
79.第一步：通过试验油箱的尺寸和操作维护方式确定试验环境的空间尺寸，按照飞机的工作范围确定环境压力、温度的取值范围，建议的压力取值范围为7.5kpa～110kpa，压力偏差≤
±
2kpa(≥40kpa，空载)、≤
±
5％(2～40kpa，空载)、≤
±
0.1kpa(≤2kpa，空载)，温度范围为-70℃～100℃，温度波动
±
0.5℃，温度偏差≤
±
2℃。
80.第二步：搭建密闭的试验油箱和连接管路，采用真空泵和高压标气获得油箱内低
压和高压环境，通过高精度压力控制器控制油箱内部压力，建议的压力控制范围10kpa～150kpa，压力控制精度0.02％rdg+0.02％fs，压力控制稳定性优于0.005％fs。
81.第三步：搭建燃油循环系统，将管路和试验油箱相连，调节燃油注入量至试验油箱高度的1/2，燃油注入后等待30分钟以上。
82.第四步：构建试验油箱氧浓度标准环境，在常温常压下使用氧浓度标准气体与试验油箱内的气体进行置换，通过常规氧浓度测试设备测量，待氧浓度数据平稳无波动后，再持续惰化5min后，密闭试验油箱系统，通过压力控制器调整试验油箱内压力达到目标压力值，通过燃油循环系统模拟真实的燃油流动，同时调节油箱外部环境压力和温度，最终形成标准的试验环境。
83.虽然本发明所揭露的实施方式如上，但内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

技术特征：
1.一种飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，其特征在于，包括：步骤1：构建飞机燃油箱的外部环境，所述飞机燃油箱为通过试验模拟的燃油箱；步骤2：构建飞机燃油箱的内部环境；步骤3：构建飞机燃油箱的油气环境；步骤4：构建飞机燃油箱内氧浓度标准环境。2.根据权利要求1所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，其特征在于，所述步骤1中所构建的飞机燃油箱的外部环境，包括：对飞机燃油箱的外部环境做如下设置：步骤11，设置压力范围：7.5kpa～110kpa；步骤12，设置压力偏差：≤
±
2kpa(≥40kpa)；≤
±
5％(2～40kpa)；≤
±
0.1kpa(≤2kpa)；步骤13，设置温度范围：-70℃～100℃；步骤14，设置温度波动：
±
0.5℃；步骤15，设置温度偏差：≤
±
2℃。3.根据权利要求1所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，其特征在于，所述步骤2中所构建的飞机燃油箱的内部环境，包括：对飞机燃油箱的内部环境做如下设置：步骤21，设置压力范围：10kpa～150kpa；步骤22，设置压力精度偏差：0.02％rdg+0.02％fs；其中，rdg为绝对压力，fs为全量程压力；步骤23，设置压力稳定性：<0.005％fs；步骤24，设置从常压到10kpa气压的降压时间：≯5min；所述常压为飞机燃油箱外部所处的气压为98kpa。4.根据权利要求1所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，其特征在于，所述步骤2中飞机燃油箱密封性符合如下条：在飞机燃油箱外部为常压、内部压力为60kpa条件下，燃油箱内部压力升高率小于或等于1pa/s。5.根据权利要求1所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，其特征在于，所述步骤3中构建飞机燃油箱的油气环境，包括：通过对飞机燃油箱配置注入和抽取燃油的功能，以及配置燃油循环流动的功能，从而构建飞机燃油箱内的油气环境。6.根据权利要求5所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，其特征在于，所述步骤3中所构建的飞机燃油箱的油气环境，包括：燃油液面高度精度：<1mm；燃油循环流量可调节。7.根据权利要求1所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，其特征在于，所述步骤4中构建飞机燃油箱内氧浓度标准环境，包括：采用标准气体置换的方式获得飞机燃油箱内氧浓度标准环境；其中，所使用的标准气体为经校准的标准氮氧混合标气，或氮气、二氧化碳和氧气的混合标气；所述混合标气中，以体积浓度表征的氧浓度的范围为：0～25％。8.根据权利要求1～7中任一项所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，其特征
在于，还包括：步骤5，采用步骤1～步骤4所构建的各种环境，对设氧浓度测试设备进行的环境适应性试验。9.根据权利要求8所述的飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，其特征在于，所述步骤5包括：步骤51，设氧浓度测试设备的环境适应性试验的目标值包括：飞机燃油箱外部环境的目标温度值1、目标压力值1，飞机燃油箱内部环境的目标温度值2、目标压力值2，飞机燃油箱内部环境的目标液面高度值，飞机燃油箱内部的目标氧气浓度值；步骤52，在常温常压下使用氧浓度标准气体与飞机燃油箱内的气体进行置换过程中，采用氧浓度测试设备测量燃油箱内的氧气浓度，待氧浓度数据平稳无波动后，再持续进行气体置换5min后，达到飞机燃油箱内部的目标氧气浓度值，密封飞机燃油箱，通过压力控制器调整燃油箱内压力达到目标压力值2，通过燃油循环系统模拟真实的燃油流动达到飞机燃油箱内部环境的目标液面高度值，并调节油箱外部环境的压力和温度分别为目标压力值1、目标温度值1，最终形成用于设氧浓度测试设备进行的环境适应性试验的标准试验环境。

技术总结
本发明一种飞机燃油箱中氧浓度标准环境构建方法，包括：步骤1：构建飞机油箱的外部环境，其中飞机燃油箱为通过试验模拟的燃油箱；步骤2：构建飞机油箱内部环境；步骤3：构建油箱油气环境；步骤4：构建油箱标准氧浓度环境。本发明实施例的技术方案解决了飞机燃油箱氧浓度测试设备缺少校准条件的问题。度测试设备缺少校准条件的问题。


技术研发人员：姚尚宏 吕旭飞 杜明杰 夏树丹 张迪
受保护的技术使用者：中国飞行试验研究院
技术研发日：2022.12.14
技术公布日：2023/4/17