由推导出的公式(1.10)可以看出,飞机客舱内压力高度是随时间变化的函数, 环境参数:P0 =101325Pa, R=287J/(kg*K),g=9.81m/s2,坠=0.0065毅C/m; 模型参数为:滋=0.87,Vcab=532m3。
2 简化释压过程的数值仿真
根据上一小节得到的理论公式,利用Mathematica 软件对飞机增压客舱突然释压过程进行数值计算。
2.1 数值仿真
飞机在巡航高度发生意外释压时,飞行机组人员要按照标准程序操作进行紧急下降,紧急下降的速度是飞机结构能承受的最大速度,最大速率约为每分钟4000 到5000 英尺。但若飞机发生非包容事故,并且增压座舱发生破损后,飞机能够承受的极限载荷将发生变化。因此,根据适航规章的规定,本文将计算得出不同下降速率对应的临界释压等效面积。
根据分析的可知,飞机发生突然快速释压前22s 为机组人员的反应时间。因此,飞机下降的过程为:0—22s 为机组准备下降过程,22s 后为飞机紧急下降过程。
飞机的巡航高度为12500 米,飞机下降速率为20m/s,规章要求的临界高度为7620 米,临界时间长为120 秒,如图1(a)所示。
图1(a)中,横坐标为时间,纵坐标为高度。A-B 为前22秒机组的反应时间,此时飞机仍在巡航高度飞行且没有下降,但此时客舱内压力高度已经开始上升;C 点为飞机的实际高度的与飞机增压舱内的压力高度相等的时刻;D-E 的时间长为120 秒,即飞机座舱压力高度大于7620m 的时长为120 秒;从C 时刻开始,飞机客舱内的压力高度将随飞机实际高度降低而降低,但受破损洞口面积大小的限制,客舱内压力高度没有飞机下降的高度快,因此存在延迟现象。
经过计算得出,飞机的巡航高度为12500 米,飞机下降速率为20m/s 时,对应的临界等效面积为0.014 平方米,对应的前22 秒的飞机客舱压力高度的上升速率为24.85m/s。
如图1(b)所示,飞机的巡航高度为12500 米,飞机下降速率为15m/s 时,对应的临界等效面积为0.00988 平方米,对应的前20 秒的飞机客舱压力高度的上升速率为17.5m/s。
如图1(c)所示,飞机的巡航高度为12500 米,飞机下降速率为10m/s 时,对应的临界等效面积为0.00632 平方米,对应的前20 秒的飞机客舱压力高度的上升速率为10.75m/s。
如图1(d)所示,飞机的巡航高度为12500 米,飞机下降速率为5m/s 时,对应的临界等效面积为0.00311 平方米。
利用上面的方法,对不同巡航高度的飞机,分别使飞机下降速率为20m/s、15m/s、10m/s 和5m/s 时进行仿真计算,得出相应的数据。
2.2 数据分析
根据上面计算得出的数据,绘制出飞机下降速率—等效泄漏面积的曲线图,如图2 所示。
根据计算后的结果可得2 的曲线图,曲线的横坐标代表飞机的等效泄漏面积,纵坐标代表飞机下降速率,曲线代表某一等效泄漏面积下的临界下降速率。在某一等效泄漏面积下,飞机的下降速率应在图2 临界曲线的上方,但应小于飞机结构能够承受的最大下降速率。