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OBIGGS(Onboard Inert Gas Generation System),即機(jī)載惰性氣體生成系統(tǒng),是現(xiàn)代航空領(lǐng)域保障燃油箱安全的關(guān)鍵技術(shù)之一。其原理是通過向飛機(jī)燃油箱內(nèi)注入惰性氣體(如氮?dú)猓档拖鋬?nèi)氧氣濃度,從而避免燃油蒸汽在高溫、靜電或機(jī)械火花等條件下發(fā)生危險(xiǎn)或燃燒。這一系統(tǒng)在航空中廣泛應(yīng)用,尤其是在高空、高機(jī)動飛行或油箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜的場景中,OBIGGS通過主動控制氧氣含量,明顯提升了航空器的安全冗余。
OBIGGS系統(tǒng)通常由空氣分離模塊(ASM)、氣體分配網(wǎng)絡(luò)和氧氣監(jiān)測單元組成。其中,氧氣濃度監(jiān)測是系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接決定了惰性氣體注入的效率和安全性,而這正是氧化鋯氧傳感器發(fā)揮作用的舞臺。
在OBIGGS系統(tǒng)中,氧傳感器的任務(wù)是實(shí)時(shí)、精確地監(jiān)測燃油箱內(nèi)氧氣濃度的動態(tài)變化,并將數(shù)據(jù)反饋至控制系統(tǒng),以調(diào)整惰性氣體的生成與分配。其重要性體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:
安全閾值控制:燃油箱內(nèi)氧氣濃度需嚴(yán)格控制在12%以下(國際航空安全標(biāo)準(zhǔn)),氧傳感器需以高精度確保系統(tǒng)始終處于安全范圍。
動態(tài)調(diào)節(jié)依據(jù):根據(jù)飛行高度、溫度及燃油消耗狀態(tài),氧傳感器提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),幫助系統(tǒng)優(yōu)化惰性氣體流量,降低能耗。
故障預(yù)警功能:傳感器異?;蜓鯕鉂舛韧簧龝r(shí),可觸發(fā)警報(bào)并啟動應(yīng)急措施,避免災(zāi)難性后果。
若缺乏可靠的氧傳感器,OBIGGS系統(tǒng)將淪為“盲人摸象”,無法實(shí)現(xiàn)控制,甚至可能因誤判氧氣濃度而引發(fā)安全隱患。
在眾多氧傳感器技術(shù)中,氧化鋯(ZrO?)基傳感器脫穎而出,成為OBIGGS系統(tǒng)的推薦,其優(yōu)勢源于獨(dú)特的材料特性與工作原理:
氧化鋯傳感器采用固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu),在600~800℃高溫下仍能穩(wěn)定工作,無需額外加熱裝置。其響應(yīng)時(shí)間可低至毫秒級,完美適應(yīng)航空器極端溫度變化與快速調(diào)節(jié)需求。
基于氧離子導(dǎo)電原理,氧化鋯傳感器通過測量氧分壓差產(chǎn)生電動勢,直接反映氧氣濃度,精度可達(dá)±0.1%。其固態(tài)結(jié)構(gòu)無消耗性部件,壽命可達(dá)數(shù)萬小時(shí),降低維護(hù)成本。
相比電化學(xué)傳感器易受濕度、壓力波動影響,或紅外傳感器對灰塵敏感的問題,氧化鋯傳感器對航空燃油箱內(nèi)的油霧、振動等復(fù)雜環(huán)境具備更強(qiáng)耐受性,可靠性更高。
氧化鋯傳感器利用空氣作為參比源,無需外接參比氣體,簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì),尤其適用于空間受限的航空器。
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