Boeing/NASA-Glenn 07

 به منظور تخمین های مهندسی ، کمیته arac-1  نیاز به 3 اندازه هواپیما را مطرح می کند :

 هواپیمای  حمل و نقلی بزرگ ، متوسط و کوچک . این تقسم بندی از دیدگاه بوئینگ

1)    747-400 2)767-300 3)737-800

می باشد .

به منظور انجام چنین تحلیل هایی  littom   میزان افزایش و کاهش ، بی اثر سازی تمام مخازن سوخت و تنها  cwt  را مورد توجه قرار داد . در کلیه موارد سطح بی اثر سازی ( غلظت اکسیژن ) مانند هم است ، حداکثر 9 درصد غلظت اکسیژن  در یک مورد زمان بی اثر سازی 20 دقیقه فرض شد برای رفع محدودیت های زمانی هواپیما  می بایست بزرگ تر باشد . در مورد دوم ، زمان بی اثر سازی با سیستمی با حداقل اندازه نیاز به سطح غلظت 9 درصدی را رفع می کند . همان طور که اشاره شد ، وزن های سیستم ها با هم متفاوتند .

برای مثال ، برا ی هو اپیمائی حمل و نقلی  بزرگ ، بی اثر سازی در 20 دقیقه برای غلظت 9 درصدی اکسیژن انجام می شود ، وزن سیستم  lbs obiggs2125 خواهد بود و به lbmin 205 ps**30  هواگیری نیاز دارد .

در مقایسه ، اگر زمان بی اثر سازی 84 دقیقه برای همین مخازن افزایش یابد ، وزن سیستم ها به 521  کاهش پیدا می کند . نیاز به هواگیری به lb3/45  درlb 30 کاهش مییابد . همچنین تفاوت فاحشی در مورد هززینه ها وجود دارد.

چنین قیاصی می تواند برای هر وضعیت و مدل دیگری نیز صورت گیرد . اما این حقیقت باقی می ماند که استانداردهای عملکردی تاثیر زیاد بر روی عملکرد ، طرح ، شیوه و نصب  دستگاه  دارد و برای کار خانه  داران و خط عملیاتی  هزینه بر می دارد  کهدر قیمت بلیط ها محاسبه می شود .

سیستم های  talon    safti    شرکت  creare  ، پیچیده ترین تکنو لوژی های  جدا سازی گاز می باشند  که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته اند . این سیستم ها قابلیت عملکرد در شرایط مختلف ، رفع در خواست های سیستم ، خلوص گاز ، شروع و ذخیره سازی را برای کاربردهای تجاری و نظامی  را دارند . قلب سیستم های creare ، بازیافت  حرارتی و ستون های تقطیر و سرماسارهای ماشین توربو با سرعت بالا می باشد . سیستم safti  زیر مجموعه  سیستم talon است و برای **** جدا سازی و تقطیر و در نتیجه تهیه اکسیژن طراحی نشده است .

 تفاوت های عملکرد ی بین talon و safti در شکل های 26 و 31 نشان داده شده است .

هواگیری و قدرت الکتریکی برای هر دو سیستم نظامی و تجاری ضروری است از نقطه نظر  وزن و حجم ، سیستم talon برای17- c تقریبا  2 برابر حجم و وزن سیستم safti  مورد استفاده  برای تجارت می باشد به دلیل تفاوت های مهم بین عملکردهای مورد نیاز و این حقیقت که سیستم safti  برای تهیه اکسیژن طراحی نشده است ، مطلب بالا قابل فهم می شود .

از دیدگاه بسته بندی  زمان این می رسد که ببینیم چگونه تا ثیرقوانین بی اثر سازی مخزن سوخت می تواند بدون هیچ تطبیقی با سطوح ایمنی انحراف یابد .

تمامی تکنولوژِ های مطرح شده در این تحقیق دارای کاستی هایی نیز می باشند .  نیاز به قدرت الکتریکی ، نیاز به هواگیری ، وجود محدودیت عملکردی ، زمان شروع کار سیستم ، نیاز به کمپر سور و غیره .

تمام آنها نقش مهمی در هواپیما ایجاد می کنند . هیچ کداک از این تکنولوژی ها ، به جایگزینی و اصلاح سیستم های اطفای  حریق در هواپیما نمی پردازند  به جز talon.

Talon قابلیت منحصر به فردی در تولید و ذخیره  lnea  برای  بی اثر سازی مخزن سوخت و  lox  برای  استفاده مسافران و خدمه  در مواقع ضروری دارد.

در هواپیماهای بزرگ جدید يا در نمونه های دیگری از 400-747 ، talon قابلیت و فرصت جایگزینی سیستم های گاز اکسیژن سنگین را با سیستم lox کو چکتر و سبکتر دارند ، این تکنولوژِی است که سالها در ارتش مورد استفاده قرار گرفته است .  سیستم گاز اکسیژن در حال حاضر سنگین هستند و جای زیادی را در هواپیما اشغال  می کنند . این سیستم حداقل فشار عملکردی  psi   1850 را دارا هستند . هنگامی که سیستم خدمه و مسافران به کمتر از این حدا قل سطح می رسد ، تغییراتی تا 5/1 را خواهیم داشت . فشار در سیلندر های ht 3 1850 psi    خواهى بود.

سیلندرهای پر برای نگهداری و استفاده به بخش های کناری برده می شوند و سیلندرهای خالی برای پر شدن به مرکز  فرستاده می شوند . تحت قانون  dot   هر سیلندر  می بایست از نظر هیدرو ستاتیکی هر 3  سال  تست شود تا از خطر های نومتیک جلوگیری کند . مواردی اتفاق افتاده است که به دلیل  نگهداری و نصب تا صحیح سیستم های اکسیژن آتش سوزی رخ  داده و خساراتی نیز  به وجود آمده است . آتش هایی که اکسیژن موجب آن می شود  هر مواردی را به داخل شعله های خود  می کشند .  سیلندرهای با فشار بالا خطر نو متیک بالقوه دارند .

lox  برودتی cryogenic    در مخازنی به نام دوار با فشار پایین و گاز فشرده  psi 2000  psi vrs 250 است .

 زمانی که lox گرم می شود ، هر لیتر  از lox 860 لیتر اکسیژن درصد را تولید می کند .

 سیلندر  ht  3 از اکسیژن فشرده می تواند  تا 3200 لیتر گاز نیز افزایش یابد . اگز یک فوت مکعب lox در یک سیلندر ht   3 ذخیره شود ، lox می تواند  تا 560/ 36  لیتر اکسیژن افزایش یابد این امر باعث سبک وزنی سیستم های اکسیژن می شود .

آمادگی تکنولوژِی :

ارزیابی هر تکنولوژِی:

 شرکت  Litton life support  با تجربه ترین شرکت در تولید سیستم های  obogs   obiggs    برای نیروهای نظامی می باشد . Litton 90 % از سهام بازار را در مورد سیستم های obogs     و 98% سهام را در مورد سیستم obiggs به خود اختصاص می دهد .

این سیستم در هواپیماهای نظامی مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند و همچنین برای هواپیماهای نظامی کوچک تر مانند هلی کوپتر ها و فایتر ها  به خدمت  گرفته می شوند . بیشترین آزمایشها و تجاربی که اخیرا کسب شده است در مورد مدل17 – c  می باشد که  از نوع  psa   برای تولید  nea   در بی اثر سازی مخزن سوخت استفاده می کند . هنوز عملکرد کاملا موفق این سیستم در هواپیما اثبات نشده است . این سیستم نیاز به کمپر سور هیدرولیک برای تامین هواخواسته شده  توسط سیستم psa     دارد . کمپر سور  در زمان احتیاج به تغییر و جایگزینی بسیار غیر قابل اطمینان  می شود . سیستم obiggs   درمدل17 – c    به ارزیابی سیستم  های جدید برای جایگزینی با سیستم موجود psa  می پردازد ، سیستم هایی که برای جایگزینی  انتخاب می شوند  سیستم تفکیک هوای  asm. Hfm و سیستم talon می باشند .

نه سیستم  psa کنونی و نه سیستم های جایگزینی  hfm  نیاز به اکسیژن را رفع نمی کنند . lox می بایست در ادوارها بار گزاری شود تا به نیازهای خدمه و مسافران پاسخگو باشد سیستم TALON اگر به خوبی پیشرفته باشد nea لازم برای بی اثر سازی مخزن سوخت در هنگام فرود های اضطراری راتولید می کند ونیز به تولید lox برای دست یابی به اکسیژن مورد نیاز برای مسافران وخدمه می پردازد

خلاصه DBIGGS درمدل 22/7

سیستم های OBOGS/OBGGS در مدل 22/7 بوئینگ طراحی شده و به وسیله شرکت . Litton غلظت اکسیژن را در تمام مخازن 9% یا با توجه به حجم کمتر در نظر می گیرد

استفاده از سیستم DBIGGS درمدل 22/7 :

فضای مخزن سوخت می بایست  توسط گاز نیتروژن بدست آمد ه از واحدهای تولید ON BOARD یا راه های دیگر بی اثر شود  در زمان بی اثر سازی توسط نیتروژن فشار سلول های سوخت را آزاد می کند

اکیسژن غنی شده مورد نیاز برای تنفس بهتر خدمه و مسافران OBOGS و نیتروژن برای بی اثر سازی مخزن سوخت DBIGGS و nea هر مخزن سوخت را در طول پرواز با فشار 1-2psig تامین می کند سیستم تهویه ی NAE را از طریق الگو های مورد پروازی ارائه می دهد

این سیستم شامل پوشش های تفکیک هوا پوشیده شده از یولیت می باشد که به تولید NEA می پردازد

مبادلات

اگر از یک سیستم خواسته شده باشد تا برای یک خدمه یک فایتر یا یک هواپیمای حمل ونقل  نظامی یا فرودهای اضطراری ناشی از افت فشار اکسیژن تولید کند کمیت و خلوص فشار اکسیژن باید مورد توجه قرار گیرد گاز نیتروژن برای بی اثر سازی مخزن سوخت در هواپیمای تجاری مورد استفاده قرار خواهد گرفت هواپیمای نظامی نیاز به بی اثر سازی مخزن سوخت را در برابر آتش نیز دارد گاز نمیتروژن تولید شده می باید به مخازن سوخت تزریق شده تا غلظت اکسیژن را در هوا از 21% کاهش دهند و از انفجار و آتش سوزی جلو گیری کنند مقدار غلظت گاز نیتروژن و زمان لازم برای بی اثر سازی نسبت به حجم هر مخزن سوخت نیز از مراحل talce   taxi  تفاوت می کند در هواپیماهای نظامی در محیط های جنگی و در زمان ماموریت های پروازی بی اثر سازی مخزن برای جلو گیری از آتش ضروری است

جذب سطحی ناشی از فشار :

تفکیک هوا به وسیله ی psa یا سیستم های غربال ملکولی شامل جذب سطحی از هوا هستند که دارای 78/1% نیتروژن 96/0% آرگون 03/0% دی اکسید کربن می باشد و برای پوشش های از سیلیکان آلمینیوم قرار گرفته اند واز تغییرات فشار برای تولید نیتروژن خالص استفاده می کنند گاز باقیمانده که از تر کیب 95% اکسیزن و 5% آرگون تشکیل شده است گاز هدر رفته قلمداد می شود

اگر گاز های هدر رفته از سیستم psa استفاده می کند عبور کند ملکول های گاز آرگون جذب سطحی شده و اکسیژن بدست می آید که خلوصی بیش از 99% دارد و برای استفاده ی خدمه مورد استفاده قرار می گیرد و در مخازن ذخیره می شود

سیستم دیگر  usaf می باشد که در آن گاز از طریق سرما ساز عبور کرده و اکسیژن را به صورت مایع lox ذخیره می کند lox می تواند مورد استفاده پزشکی داشته باشد

غشای فیبر لوله ای فیبرهای پلی موی لوله ای به اندازه تار مو هستند 500 میکرون فیبرها از پلی م پوشیده شده اند تا نقص سطوح را از بین ببرند فیبر لوله ای ” ساختاری برای پوشش ” را طراحی  می کنند

قابلیت تولید و ذخیره lox از وزن سیستم اکسیژن (گازی شکل ) از فشار بالا در هواپیما های تجاری می کاهد

نتیجه :

هیچ سیستمی مانند SAFT1 cereare TALON   بزودی نمی توانند تمامی مخازن سوخت را در همه زمان ها بی اثر سازی کنند آن ها قابلیت ذخیره سازی برودتی رادارندکه در شرایط بحرانی مورد استفاده قرار می گیرند

پیش از آن هر سیستمی که بتواند برای هر هواپیما طراحی شود استانداردهای برای عملکرد می بایسد مورد توجه قرار گیرد برای مثال : نیاز به مرکز گرمایی مخازن سوخت برای غلظت 9% اکسیژن یا غلظت کمتر در هنگام جدا شدن از دروازه می باشد یا نیاز به بی اثر سازی تمام وقت تا رسیدن به 10% غلظت اکسیژن در طول فازهای پرواز دارد

تکنولوژی های جدید مانند غشاهای سرامیکی و سیستم مایع سازی گاز گا زهای خالص تولید می کند در مورد غشاهای سرامیکی باید گفته شود که 100% اکسیژن خالص از طریق یونیزه شدن غشاها در فشار بالا تولید می شود تولید برودتی cryogenic و ذخیره سازی گاز ها انعطاف بالا یی از طریق قابلیت ذخیره سازی سیال انجام می شود به وسیله وارد کردن سرما سازی برودتی به سیستم تولید گاز گاز حاصله برای مصارف بعدی ذخیره می شود مانند LNEA  برای بی اثر سازی  در زمان  حرکت به سمت عقب . در مورد اکسیژن مورد نیاز در مواقع بحرانی ( کاهش فشار وفرود اضطراری) حجم بالا یی از گاز مورد نیاز می شود

ذخیره سازی cryogenic تاخیر در زمان آغاز کار را حذف می کند  و گاز مایع ذخیره شده را برای استفاده در دسترس قرار می دهد . سیال های برودتی به حجم کمتر و فشار پایین تر  برای ذخیره سازی در مقایسه با فشار بالا در سیلندرهای گاز نیاز دارند و در نتیجه سیلندرهای گاز با فشار بالا را  حذف می کنند .

هر چه قدر که هواپیما از نظر اندازه یا میزان گنجایش مسافران بزرگتر شود ، انعطاف پذیری و موارد استفاده هواپیما مهمتر می شود . هر تکنولوژِی ای که میزان عملکرد یا انعطاف را بالا ببرد  می بایست مورد توجه قرار گیرد .

هواپیماهای  600 تا 700 نفره به سیستمهای اکسیژن اضطراری با وزن بالا نیاز دارند ولی اکسیژن cryogenic  یا سیستم lox سبک تر و کوچکتر هستند و سوخت کمتری می سوزانند .  یک لیتر از lox  در  PSI 200 تا 860 لیتر گاز اکسیژن منبثت شود ، این در حالی است که گاز فشرده شده در فشار  PSI 2000 تا ا:201 منبصط می شود .

فیبرها در هم تنیده شده و در کنار هم قرار گرفته اند.( هر 40 رشته  در هم تنیده شده اند ) تعداد زیادی رشته در یک مادیول در کنار هم قرار گرفته اند و تعداد سیمها یا رشته ها در هر مادیول بستگی به اندازه مادیول دارند اندازه استاندارد آنها 1 ، 2 ، 6 و 12 دیامتر می باشد . تقریبا در هر 12 اینچ مادیول ،2/1 میلیون فیبر برابر با 750 مایل ، طول وجود دارد .

مانند سایر تکنولوژِ های تفکیک گاز ، HFMIASM  نیاز به بیشتر تصفیه هوای ورودی برای حذف آلودگی ها و رطوبت دارند .  6 اینچ دیامتر  ASM  که  در گستره  PSI 100 عمل می کند نیاز به  LBS/ MIN 5/10 جریان هوا برای تولید LBS/ MIN  4/7  NEA  دارد . خلوص گاز تولید شده به اندازه  AMS  و تاثیر جریانات بستگی دارد . ASM   تا زمانی که سیستم  سرمایشی      cryogenic یا کمپرسور  گاز برای تولید گاز نداشته باشد اکسیژن ذخیره شده هم ندارد .

غشای سرامیکی :

 غشا ی سرامیکی به صورت دستگاه تفکیک اکسیژن الکترولیت جامد نام گرفته  است  ( (SEOS)  ساخت سیستمهای SEOS  نیاز به مواد سرامیک سیلیکون جامد دارد که بالایه ای پوشیده شده است تا از طریق ضخامت غشاء بتواند ولتاژ را تنظیم کند . یک گرم کن برا بالا بردن دمای سرامیک تا 750-650  نیز لازم است سیستم SEOS طراحی ساده فاقد دریچه ها با کاربرد پیچیده و سیستمهای کنترل هستند .

 این سیستمها بیشترین مقدار اکسیژن را تولید می کنند با خلوص 100% . یک سیستم SEOS 2 لیتر در خهر دقیقه اکسیژن خالص تولید می کند  غشاهای سرامیکی تقریبا نیاز به 210 وات نیرو دارند گاز اکسیژن که در فشار 1500 الی 2000   PSI  از طریق سرما سازها عبور کند  تا به صورت برودتی  به عنوان 100 %  LOX  ذخیره شود .

 مایع سازی اکسیژن و نیتروژن به طور کامل  TALON)):

اين سيستم كه توسط  CREARE طراحی شده است برای جدا سازی نیتروژن  (LNEA و اكسیژن براي توليد محصولی با غلظت بالا در حداقل میزان جریان ورودی و فشار ورودی از تقطیر  استفاده می کنند .

TALON از یک چرخه بسته REVERSE    BRAYTO    CRYOCOOLER برای تفکیک گاز و توسعه غلظت گاز استفاده می کنند سیستم TALON طوری طراحی شده است که هر دو   U 2 / LNEA و یا O 2 یا تنها / LNEA را تولید می کند ( TALONنسبت به دیگر سیستم ها پیچیده تر است اما مزیت های زیادی در ذخیره گاز به شکل مایع دارد این قابلیت ذخیره سازی باعث انعطاف پذیری می شود  هر چه زمان تولید گاز بیشتر طول بکشد سیستم کوچکتری  برای تولید گاز و زمان های بحرانی پرواز لازم می شود.