Inerting Systems for Commercial Airplane Fuel Tanks

Slide1Inerting Systems forCommercial Airplane Fuel Tanks Alan Grim Boeing Commercial Airplanes November 18, 2004 1

Slide2inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 2 Summary • Brief History • System Overview • Airplane Safety Considerations • Hot Day Operations • Goal • Boeing Philosophy

Slide3inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 3 Brief History • Military use of fuel tank inerting • Designed for military threats – Primary protection for routine combat threats – Full time inerting / all tanks – 1950s “visible light” justified 9% or 9.8% O2 inert definition • Various implementations including liquid nitrogen storage, pressure swing absorption, halon, etc • Typically low reliability • Typically heavy • Not included in non-front line military aircraft • Not practical for commercial application

Slide4inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 4 Brief History • FAA Inerting Study in 1970s – Not practical • 1996 NTSB Recommendation following Flight 800 accident • FAA initiated ARAC teams to study flammability reduction and inerting for commercial use • 1998 ARAC Studied flammability reduction options • Recommended rule for new design to reduce flammability • 2001 ARAC focused on Inerting • Ground based • On board in flight • Recommended further development of onboard generation • System still not practical in 2001 • Cost, weight, reliability all issues

Slide5inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 5 Brief History • Changes that enable a cost effective, practical FRS • FAA Testing validated that an Inert Benchmark of 12% O2 precludes significant pressure rise for vast majority of commercial conditions • Use of Hollow Fiber Membranes • Applying an average risk fleet wide safety assessment (Monte Carlo) – Reducing flammability exposure to levels at least equivalent to wing tanks will provide an order of magnitude improvement • Defining the system as non-critical to airplane operations – Use of inerting as an additional level of protection to ignition protection • Focus on high flammability exposure center wing tanks only

Slide6inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 6 System Overview Simplified to protect Boeing Proprietary Data Witness Drain /   Test Port NGS Shut-off valve T Ram Cooling Flow via Existing ECS Scoop NEA to Tank Air Separation Module Bleed Flow System Control   Cooling flow and Oxygen   Exhaust Overboard Filter System Status / Indication Float Valve   Center Fuel Tank High Flow Descent Control Valve External Inputs Ozone Converter Waste OEA to Cooling Exhaust      Heat Exchanger Nitrogen Generation System (NGS) NEA – Nitrogen Enriched Air OEA – Oxygen Enriched Air

Slide7inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 7 System Overview • Airplane bleed flow/pressure source of air • Bleed air typically up to 450F – To hot for current fiber to handle • ASM requires warm air with as much pressure as available • Cooling of Bleed air required • Utilize ECS ram air for cooling source • Control temperature to ASM for optimum performance • ASM separates O2 from air to generate NEA • Purity dependant on pressure available • OEA exhausted overboard • NEA supplied to tank

Slide8inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 8 System Overview • Multiple flow modes used to reduce bleed consumption • Low flow used in climb and cruise – Inerting performance good – Bleed flow conserved – directly related to fuel burn • High flow used during descent • Vent system modifications may be required • Boeing Puget Sound airplanes vent to both wing tips • Condition dubbed “cross-venting” results • Design change required

Slide9inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 9  System Overview • Simple distribution system required to remain practical • System size dependent on even distribution of NEA • Tank structure will have an effect on distribution • Discrete vent points will affect design

Slide10inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 10 Safety Considerations • Design Precautions that must be addressed to preclude creating additional hazards • Prevent potential new ignition sources inside fuel tank – Bond for electrostatics – Prevent lightning energy entering tank – 450F bleed system indirectly connected to fuel tank – System must absolutely preclude 450F air from reaching tank – Requires redundant independent shutoff methods • Minimize Impact of Bleed air use on existing systems – Cabin pressurization – Ability to evacuate smoke from cabin – Engine performance

Slide11inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 11 Safety Considerations • Hazards to maintenance personnel • Limit NEA concentration to protect maintenance personnel – Fuel tank – Confined spaces where NGS is installed or routed • Modifications to fuel tank vent system must not result in tank over/under pressure conditions • NGS failures • Rapid climb/emergency descent • Refueling failure cases

Slide12inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 12 Hot Day Operations • Unexplained accidents occurred on 80F ambient temps and greater • 2 ground incidents and 1 climb incident • Analysis shows significant flammability exposure on 80+ F days on ground and in climb • FAA Proposed 747 Special Condition covers this scenario • 3% Fleet Average • 3% Ground 80F • 3% Climb 80F • Ground requirement will likely be system size driver

Slide13inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 13 Goal • Practical System to provide order of magnitude improvement in Fuel Tank Safety • Design and install a practical and effective system that protects the airplane – Address ground and climb operations on warm days – Designed to achieve 10 day MMEL Classification – Minimal bleed air use impact on fuel burn – Minimize weight impact • Ensure Service Ready • Do not introduce any new hazards – No new ignition sources in fuel tank – No hazards to people

Slide14inerting systems for commercial airplane fuel tanksPage - 14 Boeing Philosophy • Safe and Efficient Global Air Transportation • Minimize potential for future accidents • NGS is a safety enhancement • Ignition protection alone has achieved its maturity limits • NGS provides a secondary level of protection to mitigate human factors in design, manufacture, operation and maintenance • Leading the Effort to Develop NGS • Practical design • Service Ready Systems available – 747-400 4 th  Quarter 2005 – 737NG 2 nd  Quarter 2006 – 777, 737-3/4/500, 767 and 757 to follow – NGS is standard for all tanks on 7E7 • NGS as an additional level of protection is the future for Boeing airplanes

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