ICS 49.080 V 39
HB 8405-2013
民用飞机燃油系统防静电设计要求
Requirement of electrostaic protection design for commercial aircraft fule
system
2013-04-25 发布 2013-09-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本标准依据 GB/T 1.1-2009《标准化工作导则第 1 部分：标准的结构和编写》进行起草。本标准由中国航空综合技术研究所归口。
本标准起草单位：江西洪都航空工业集团有限责任公司、中国航空综合技术研究所。
本标准主要起草人：彭克顺、余晓俊、徐鹏国、杨松、贾伟峰、章晓东、张立圣、阙胜才。
民用飞机燃油系统防静电设计要求
1 范围
本标准规定了民用飞机燃油系统防静电设计的技术要求。
本标准适用于民用飞机燃油系统静电防护设计。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GJB 358 军用飞机电搭接技术要求
HB 7695 军用飞机复合材料电搭接技术要求
CCAR 25 运输类飞机适航标准
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
静电防护 electrostaic protection
防止静电电荷在飞机上积聚，提供静电泄放通路的防护措施。
3.2
搭接 bonding
将飞机金属结构部件之间以及结构部件、设备之间或结构部件、设备、附件与基本结构之间通过低阻抗通路进行的电连接。
3.3
接地 grounding
将设备的负载、壳体或机架搭接到基本结构，为设备与基本结构之间提供的低阻抗通路。
3.4
弛豫 relaxation
分离的电荷具有重新结合的固有倾向，重新结合即为弛豫。
3.5
弛豫时间 relaxation time
电荷与其相反的电荷结合而减少，当其电荷量减少至 1/e 时所花费的时间。
4 要求
4.1 总则
飞机燃油系统应防止在加油及工作过程中，由于静电放电引起火灾或爆炸，最大限度地减少静电危害。
注：本条与 CCAR 25.973 的要求一致。
4.2 静电放电导致燃烧的原因
静电放电导致燃烧的原因如下：
a) 存在产生静电荷的物理过程并能积累足够多静电荷(燃油系统中静电荷产生和积累的机理参见附录 A);
b) 存在将积累的静电荷以电火花的形式放电;
c) 存在易燃的蒸汽。
4.3 减少电荷产生和积累速度
静电防护设计应有效减少燃油系统中电荷的产生和积累速度，主要考虑的因素包括：
a) 燃油系统设计应避免采用易产生电荷的材料。
b) 控制燃油系统管路内燃油的流速，减低电荷积累速度，一般流速最大不宜超过 9 m/s。在允许范围内设计足够大的加油管路直径，可采用改变管路尺寸进行流量匹配的方法。也可采用限流孔，但应安置在远离油箱入口的部位。加油管路中应避免使用滤网， 在靠近油箱入口部位，不应设置滤网。
c) 应合理设置油箱的加油管路出口位置，宜设置在油箱的最低处，使加油过程中油箱内燃油流场稳定，以减少燃油流入油箱时的雾化、起泡、翻腾和油面扰动。
d) 控制油箱加油管路出口处的燃油流速，一般最高不超过 3 m/s。宜采用笛管式( φ38 的笛管见图 1)或扩散型油箱加油口来降低燃油进入油箱的速度。
图 1 φ38 的笛管式油箱加油管出口
e) 对于油箱中安装有抑爆泡沫材料的燃油系统，应以尽可能低的加油速度从油箱底部加油，避免在加油过程中燃油直接或间接地冲击抑爆泡沫材料。抑爆泡沫材料中应避免存在较大的空隙，以防止燃油晃动产生电荷。
f) 应清除燃油中易产生电荷的杂质或添加剂。
4.4 促进电荷弛豫
促进电荷弛豫可采用如下措施：
a) 系统的所有附件、管路应与飞机结构进行可靠的搭接，搭接方法应满足 GJB 358 和 HB 7695的要求;
b) 引导燃油冲击接地的导电表面(如油箱壁)，确保进入油箱的电荷不会积聚并在最短的时间内予以释放;
c) 在燃油中使用增加燃油导电率的添加剂。
注：有时添加剂会起到静电附加剂的作用，反而会加快电荷积累。
4.5 防止易燃性放电
4.5.1 放电能量
油箱中的导体应接地。如不能接地，应确保放电能量不会导致燃烧。可通过测量电击穿时的电容(C)和电压来计算潜在的放电能量，计算方法见公式(1)：
E = CV………………………………………………(1)
式中：
E ——放电能量，单位为焦耳(J);
C ——电容，单位为法拉(F);
VB ——电压，单位为伏特(V)。
4.5.2 油箱结构
油箱内安装的附件及油箱结构本身，应避免尖状或叉形金属突出物。浮子控制活门的浮子， 不宜采用金属板的筒形结构;如采用，应采取相应的防静电措施，以防静电放电。软油箱应采用油箱壁具有导电性能的橡胶油箱。
4.5.3 油箱惰化
油箱内的蒸汽空间应为非可燃性的。可采用油箱惰化系统， 使蒸汽空间里的氧气体积浓度降低到安全范围内，从而使燃油蒸汽不易燃。
注：本条与 CCAR 25.981 以及 CCAR 25 部附录 M 的要求一致。
附录 A
(资料性附录)
飞机燃油系统中静电荷产生和积累的机理
A.1 燃油流动
当燃油在容器表面上流动时，正静电荷和负静电荷将会沿着该表面分离。如图 A.1，管壁具有负电荷亲和性，从而导致燃油带纯正电荷。当燃油流动时， 电荷将会分离。高纯度的烃类燃油的低导电性阻碍了分离电荷的重新结合。因此， 电荷随燃油流动，在燃油和管壁间产生相反的电场，燃油带正电荷还是带负电荷取决于燃油的成分、杂质以及存储容器的材料。
管壁附近燃油中的离子杂质被吸附燃油流动时，电荷分离，正电荷被燃油带走
接地接地
图 A.1 电荷产生机理
A.2 过滤器和水分离器
飞机加油过程中，地面加油设备中的油滤和水分离器是产生电荷的主要装置(如图 A.2 所示)。通常，由于油滤的表面积较大，因此燃油通过时可能会产生大量的电荷。分离器既可能增加(图 A.2 中 A曲线))也可能中和(图 A.2 中 B 曲线))油滤产生的电荷;并且，当使用不同的燃油时，产生的电荷可能相反。
图 A.2 油滤和分离器中的电荷分离
A.3 电荷计算
当带电的燃油经加油管路进入油箱后， 电荷可以迁移到油箱壁并与相反的电荷重新结合从而消除(见图 A.3)。该过程可以通过一个时间函数来描述。如果燃油流进一个接地的容器，流动结束时容器内累积了一定初始电荷，由于燃油中相同电荷之间的相互排斥，导致它们迁移到接地容器壁和电绝缘的燃油—空气分界面。经过一定时间后容器内保留的电荷与初始电荷的关系可用公式(A.1)来表示：
Qτ =e ε0ε……………………………………………(A.1)
Q0
式中：
Q0 ——初始电荷，单位为库仑(C);
Qτ ——τ 时刻的电荷，单位为库仑(C);
τ ——时间，单位为秒(s);
k ——燃油的电导率，单位为西门子/米(S/m);
ε ——相对于真空的相对介电常数(碳氢化合物的 ε ≈2);
ε0 ——真空的介电常数，单位为法拉/米(F/m)(数值为 8.854×10-12)。
图 A.3 飞机加油过程中静电荷的产生和中和
A.4 弛豫时间
弛豫时间来衡量电荷的消散的速度，用 ζ 来定义弛豫时间，见公式(A.2)：
式中：
k ——燃油的电导率，单位为西门子/米(S/m);
ε ——相对于真空的相对介电常数(碳氢化合物的 ε ≈2);
ε0 ——真空的介电常数，单位为法拉/米(F/m)(数值为 8.854×10-12)。
根据公式(A.2)，典型的弛豫时间范围为 180 s 到 0.9 s。实际上，低电导率燃油的弛豫时间比公式计算出来的值要小，在 30 s 的时间内，通过油滤产生的电荷大部分可以消散。
A.5 油箱表面放电
在燃油流进飞机油箱过程中，在电荷消散的同时又有新电荷产生。如果电荷产生的速度比消散的速度快，电荷将会在油箱里积累从而产生一个潜在的危险条件。如图 A.4 所示，迁移到燃油—空气分界面的剩余电荷将有可能在分界面附近形成带电区域，产生强电场，从而发生与接地物体之间的放电的可能。
图 A.4 燃油表面与油箱之间的电荷积累
A.6 油箱填充材料
当油箱里填充了抑爆泡沫材料时，加油过程中，即使燃油在进入油箱前不带电，但由于泡沫材料有非常大的表面积，当燃油时以非常快的速度冲击泡沫材料时，电荷将会分离。一种极性的电荷将存留在泡沫材料上，相反极性的电荷将随燃油流走。在这种情况下， 存留在泡沫材料上的电荷是产生静电危险的主要因素，该电荷的极性取决于泡沫材料的类型。
