摘要：通過對不同膜材料的分離系數以及基本特性的比較，選擇了耐高溫、耐高壓、分離系數高的聚酰亞胺作為膜材料。以某型國產聚酰亞胺中空纖維膜組件為研究對象，搭建中空纖維膜分離性能測試試驗臺，針對分離性能隨引氣壓力、引氣溫度、飛行高度等因素的變化規律開展了試驗研究。研究結果可以為后續聚酰亞胺纖維膜的試驗設計、分離特性研究提供參考。

賢集網4月19日訊：對于飛機設計而言，燃油系統對飛機易損性的影響最大，而在燃油系統故障中，最大的威脅來自于燃油箱的燃燒和爆炸[1]。燃油箱貯存了飛機飛行所需的所有燃油，目前飛機所用的燃料主要為航空燃油，具有易揮發、易燃燒的特性。由于在燃油箱的氣相空間內聚集了大量的易燃易爆的燃油蒸氣，當燃油蒸氣和空氣的混合氣體處于易燃易爆極限范圍以內時，在某些特定條件下（如油箱受到炮火攻擊、雷電閃擊、靜電放電或發生電路短路等情況），這些燃油蒸氣極易被點燃，并在油箱內迅速燃燒，最終導致燃油箱的燃爆，引起災難性的后果。

為避免燃油箱氣相空間內可燃氣體被點燃后發生燃爆，一般采取有效的措施降低燃油箱氣相空間內的氧濃度，從而減少燃油箱燃爆的概率。機載制氮惰化技術是目前實用的最為理想的燃油箱燃爆抑制技術[2]。機載制氮惰化技術[3-4]（OBIGGS）就是從飛機發動機或環控系統引氣，通過機載空氣分離裝置制取富氮氣體，并將富氮氣體充入油箱完成惰化，使得飛機燃油箱上部空間中的氧濃度在飛行過程中始終保持低于支持燃油燃燒所需的氧濃度水平[5]。

目前，機載制氮惰化技術中應用最為廣泛的是滲透膜制氮系統。滲透膜制氮系統通過中空纖維膜分離技術[6-7]，在壓差作用下，利用中空纖維膜對N2和O2的選擇透過性不同，將空氣分離為富氮氣體和富氧氣體，滲透膜材料不同，對N2和O2的滲透速率不同，制氮效率也不一樣。

針對中空纖維膜，國內外已開展了大量的理論與試驗研究工作，并取得了較為豐碩的成果。劉猛等[8]對中空纖維膜組件的溫度特性進行了分析；賀高紅等[9]對中空纖維膜絲內壓降規律進行了研究；劉小芳、馮詩愚等[10-11]對中空纖維膜分離性能進行了試驗；Katoh等[12]、Rezakazemi等[13]、Miramini等[14]進行了中空纖維膜分離過程的仿真分析。

實際上，中空纖維膜組件是由上萬根中空纖維膜絲在殼體內沿軸線方向集成纖維絲束進行氧氮分離的，其模型較為復雜，計算量太大，一般都是對單根膜絲進行建模計算。理論上，中空纖維膜的分離性能可采用膜分離系數來描述，但上述研究均顯示，中空纖維膜的非理想化現象極其嚴重，理論描述與實際情況差距較大，試驗測試仍是獲取其性能的最主要方式。

本文介紹了中空纖維膜的分離原理，通過搭建試驗臺，以某型國產聚酰亞胺中空纖維膜組件為研究對象，試驗測試了引氣壓力、引氣溫度以及飛行高度等因素對中空纖維膜組件分離性能的影響。在此基礎上，研究了聚酰亞胺纖維膜在不同工況下的分離性能。

結論

本文通過設計搭建空氣分離裝置的試驗臺，對某型國產聚酰亞胺中空纖維膜的分離性能隨引氣壓力、引氣溫度、飛行高度等因素的變化規律進行了試驗研究，研究結果表明：

（1）在飛行高度和引氣壓力不變、NEA濃度一定的條件下，NEA流量隨著溫度的增加而增加。在低濃度時，溫度對流量的影響較為明顯；在高濃度時，流量變化不明顯，但總體趨勢一致。

（2）在飛行高度和引氣溫度不變、NEA濃度一定的條件下，NEA流量隨著引氣壓力的增加而增加；NEA濃度越低，引氣壓力對NEA流量的影響越明顯。

（3）在引氣溫度和引氣壓力不變，NEA濃度一定的條件下，NEA流量隨著飛行高度的增加而增加；飛行高度一定時，NEA流量隨著NEA濃度的增加而減小。

來源：航空科學技術 周宇王洋洋陳昂凡佳飛

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