摘要：通过对不同膜材料的分离系数以及基本特性的比较，选择了耐高温、耐高压、分离系数高的聚酰亚胺作为膜材料。以某型国产聚酰亚胺中空纤维膜组件为研究对象，搭建中空纤维膜分离性能测试试验台，针对分离性能随引气压力、引气温度、飞行高度等因素的变化规律开展了试验研究。研究结果可以为后续聚酰亚胺纤维膜的试验设计、分离特性研究提供参考。

贤集网4月19日讯：对于飞机设计而言，燃油系统对飞机易损性的影响最大，而在燃油系统故障中，最大的威胁来自于燃油箱的燃烧和爆炸[1]。燃油箱贮存了飞机飞行所需的所有燃油，目前飞机所用的燃料主要为航空燃油，具有易挥发、易燃烧的特性。由于在燃油箱的气相空间内聚集了大量的易燃易爆的燃油蒸气，当燃油蒸气和空气的混合气体处于易燃易爆极限范围以内时，在某些特定条件下（如油箱受到炮火攻击、雷电闪击、静电放电或发生电路短路等情况），这些燃油蒸气极易被点燃，并在油箱内迅速燃烧，最终导致燃油箱的燃爆，引起灾难性的后果。

为避免燃油箱气相空间内可燃气体被点燃后发生燃爆，一般采取有效的措施降低燃油箱气相空间内的氧浓度，从而减少燃油箱燃爆的概率。机载制氮惰化技术是目前实用的最为理想的燃油箱燃爆抑制技术[2]。机载制氮惰化技术[3-4]（OBIGGS）就是从飞机发动机或环控系统引气，通过机载空气分离装置制取富氮气体，并将富氮气体充入油箱完成惰化，使得飞机燃油箱上部空间中的氧浓度在飞行过程中始终保持低于支持燃油燃烧所需的氧浓度水平[5]。

目前，机载制氮惰化技术中应用最为广泛的是渗透膜制氮系统。渗透膜制氮系統通过中空纤维膜分离技术[6-7]，在压差作用下，利用中空纤维膜对N2和O2的选择透过性不同，将空气分离为富氮气体和富氧气体，渗透膜材料不同，对N2和O2的渗透速率不同，制氮效率也不一样。

针对中空纤维膜，国内外已开展了大量的理论与试验研究工作，并取得了较为丰硕的成果。刘猛等[8]对中空纤维膜组件的温度特性进行了分析；贺高红等[9]对中空纤维膜丝内压降规律进行了研究；刘小芳、冯诗愚等[10-11]对中空纤维膜分离性能进行了试验；Katoh等[12]、Rezakazemi等[13]、Miramini等[14]进行了中空纤维膜分离过程的仿真分析。

实际上，中空纤维膜组件是由上万根中空纤维膜丝在壳体内沿轴线方向集成纤维丝束进行氧氮分离的，其模型较为复杂，计算量太大，一般都是对单根膜丝进行建模计算。理论上，中空纤维膜的分离性能可采用膜分离系数来描述，但上述研究均显示，中空纤维膜的非理想化现象极其严重，理论描述与实际情况差距较大，试验测试仍是获取其性能的最主要方式。

本文介绍了中空纤维膜的分离原理，通过搭建试验台，以某型国产聚酰亚胺中空纤维膜组件为研究对象，试验测试了引气压力、引气温度以及飞行高度等因素对中空纤维膜组件分离性能的影响。在此基础上，研究了聚酰亚胺纤维膜在不同工况下的分离性能。

结论

本文通过设计搭建空气分离装置的试验台，对某型国产聚酰亚胺中空纤维膜的分离性能随引气压力、引气温度、飞行高度等因素的变化规律进行了试验研究，研究结果表明：

（1）在飞行高度和引气压力不变、NEA浓度一定的条件下，NEA流量随着温度的增加而增加。在低浓度时，温度对流量的影响较为明显；在高浓度时，流量变化不明显，但总体趋势一致。

（2）在飞行高度和引气温度不变、NEA浓度一定的条件下，NEA流量随着引气压力的增加而增加；NEA浓度越低，引气压力对NEA流量的影响越明显。

（3）在引气温度和引气压力不变，NEA浓度一定的条件下，NEA流量随着飞行高度的增加而增加；飞行高度一定时，NEA流量随着NEA浓度的增加而减小。

来源：航空科学技术 周宇王洋洋陈昂凡佳飞

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