探討飛機(jī)燃油系統(tǒng)技術(shù)

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摘要：隨著航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展，對各種飛機(jī)的機(jī)型提出了越來越高的性能要求。飛機(jī)燃油系統(tǒng)類似于一個(gè)較為繁瑣的流體網(wǎng)絡(luò)，作為飛機(jī)上不可缺少的一個(gè)子系統(tǒng)，對飛機(jī)的各種性能有著關(guān)鍵性的影響，且直接影響飛機(jī)是否能夠正常的飛行?；诖?，本文對飛機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)分析，僅供有關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)；燃油系統(tǒng)；技術(shù)分析

前言

隨著我國國防及經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求，對航空航天工業(yè)提出了更高的要求，要求研發(fā)出全新的機(jī)型以及對一些機(jī)型進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，進(jìn)而生產(chǎn)出綜合性能優(yōu)良的機(jī)型。飛機(jī)燃油系統(tǒng)可以稱為“外燃油系統(tǒng)”，也可以稱之為“低壓燃油系統(tǒng)”。飛機(jī)燃油系統(tǒng)是飛機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)不可或缺并且至關(guān)重要的子系統(tǒng)，飛機(jī)燃油系統(tǒng)會(huì)直接影響飛機(jī)的各種性能。其作用主要是用來儲(chǔ)存燃油，并確保在任何飛行狀態(tài)下，燃油系統(tǒng)都能夠按照發(fā)動(dòng)機(jī)所要求的流量以及壓力向發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行連續(xù)不斷且可靠穩(wěn)定的供油[1]。另外，燃油系統(tǒng)還有其他一些額外的附加功能，比如：燃油可以用來冷卻飛機(jī)上其他的子系統(tǒng)；還有平衡飛機(jī)的作用，可以保證飛機(jī)的重心在規(guī)定的范圍內(nèi)。隨著對飛機(jī)性能越來越高的要求，飛機(jī)的燃油系統(tǒng)從簡單到復(fù)雜并且整個(gè)系統(tǒng)的功能也在逐漸的完善。比如，人類最初發(fā)明的飛機(jī)燃油系統(tǒng)是非常簡單的，只有一個(gè)油箱，僅有一臺(tái)供油泵向發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行供油。隨著航空航天工業(yè)的高速發(fā)展，飛機(jī)的載油量也在不斷的增加。顯然，一個(gè)油箱是滿足不了要求的，因此油箱就從一個(gè)發(fā)展成了多個(gè)；為了保證整個(gè)飛行過程的安全，飛機(jī)應(yīng)具有優(yōu)異的操縱安定性，這就要求各個(gè)燃油箱的燃油要按照規(guī)定的比例和前后順序進(jìn)行輸油，因此就有了輸油控制系統(tǒng)的出現(xiàn)。泵的高空性需要隨著飛機(jī)不斷上升的飛行高度而增加，為了提升泵的高空性，就有了通氣增壓系統(tǒng)的出現(xiàn)[2]。對燃油系統(tǒng)所提出的一般要求是：工作狀態(tài)時(shí)穩(wěn)定并且可靠、重量較輕、外輪廓尺寸較小、結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、維護(hù)修理盡可能的簡單、控制精度較高以及生產(chǎn)工藝性好等[3-4]。飛機(jī)燃油系統(tǒng)對軍用機(jī)而言，燃油系統(tǒng)的好壞直接影響飛機(jī)的有效載荷、航程及作戰(zhàn)半徑；而對民用運(yùn)輸機(jī)而言，則直接影響其經(jīng)濟(jì)性，比如燃油測量精度提高0.5％，就可以多承載幾名乘客。并且飛機(jī)燃油系統(tǒng)對飛機(jī)的安全性有直接的影響，其系統(tǒng)元部件繁多且復(fù)雜，在使用中如果出現(xiàn)故障，那么障礙的排除存在較大困難[5-6]。飛機(jī)維修人員應(yīng)該熟知飛機(jī)燃油系統(tǒng)的組成以及主要元部件的工作原理才能夠快速的排除飛機(jī)故障。如何提高燃油系統(tǒng)的精度、增加其可靠性以及改善維護(hù)性是設(shè)計(jì)研究人員要解決的問題，要解決這些問題，設(shè)計(jì)研究人員應(yīng)首先對飛機(jī)燃油系統(tǒng)的組成以及各個(gè)組成部分的功用有清晰的認(rèn)知。故，不管是對于飛機(jī)維修人員還是設(shè)計(jì)研究人員，對飛機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)分析的作用是顯而易見的。

1飛機(jī)燃油各系統(tǒng)分析

1.1供油系統(tǒng)

供油系統(tǒng)是用來確保飛機(jī)在地面以及飛行的任何狀態(tài)下，都能夠向發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助動(dòng)力裝置持續(xù)不斷的供油。左、右兩個(gè)互不影響的分供油系統(tǒng)構(gòu)成供油系統(tǒng)，每側(cè)的供油系統(tǒng)是由供油管路、增壓泵以及單向活門組成。左供油系統(tǒng)作用是向左發(fā)動(dòng)機(jī)供油，右供油系統(tǒng)的作用則是向右發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助動(dòng)力裝置供油[7]。供油系統(tǒng)主要元部件構(gòu)成如下：1）油箱；2）增壓泵，其主要作用是不僅能夠?qū)⒂拖渲械娜加统槌鰜?，還能夠達(dá)到壓力增大的效果，這樣可以直接供給發(fā)動(dòng)機(jī)上的低壓泵，從而提升燃油系統(tǒng)高空性；3）導(dǎo)管；4）管路接頭，管路接頭在一般情況下采用柔性連接的方式；5）連通開關(guān)，為了能夠?qū)蓚€(gè)相互獨(dú)立的燃油系統(tǒng)連通，在左、右燃油系統(tǒng)的連接管路上設(shè)置連通開關(guān)。將兩個(gè)相互獨(dú)立燃油系統(tǒng)連通的目的是，以防其中一個(gè)供油系統(tǒng)不能正常工作，另外一個(gè)供油系統(tǒng)能夠代替其正常工作；6）單向活門，增加該元件不僅可以有效的防止油箱組內(nèi)的燃油相互混合流通，還能夠確保耗油按照規(guī)定的順序進(jìn)行。一般情況下該元件安裝在油箱組間的導(dǎo)管內(nèi)；7）防火開關(guān)，該元件關(guān)閉時(shí)能夠及時(shí)有效的切斷供油管路，這樣能大概率的降低事故的發(fā)生；8）放油開關(guān)，無特殊情況一般是安置在發(fā)動(dòng)機(jī)的供油總管上，該元件能夠通過增壓泵同時(shí)放掉同側(cè)的油箱里面的燃油；9）壓力信號器，一般情況下接在每一個(gè)油泵與其較近的單向活門之間的主油管上，該元件的主要功用是測試油泵后的壓力，從而去判別各個(gè)油泵此時(shí)的工作狀態(tài)。

1.2燃油箱

燃油箱在燃油系統(tǒng)中的功能就是根據(jù)飛機(jī)設(shè)計(jì)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求和飛機(jī)的總體要求貯存發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的燃油。飛機(jī)燃油箱的分類有許多種，有的是按油箱在飛機(jī)上所處的位置來分類的，有的是按油箱結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行分類的，還有的是按油箱自身的功能進(jìn)行分類。因此，飛機(jī)燃油箱所采用的基本結(jié)構(gòu)一般有整體油箱、軟油箱、硬油箱和懸掛副油箱。飛機(jī)燃油系統(tǒng)的重量特性、工作壽命、可靠性、耐久性、可修復(fù)性，在許多方面取決于油箱的結(jié)構(gòu)、位置和性能。因此對燃油箱的各種性能有著嚴(yán)格的要求[8]。

1.3油箱通氣增壓系統(tǒng)

飛機(jī)的通氣系統(tǒng)是一種開放式通氣系統(tǒng)，即飛機(jī)的燃油箱與大氣之間是相通的。開放式通氣系統(tǒng)主要是為了保證飛機(jī)在任何飛行狀態(tài)以及進(jìn)行壓力加油時(shí)，油箱內(nèi)外壓力依然保持平衡，可以防止油箱變形和供油產(chǎn)生氣塞的情況。通氣系統(tǒng)的工作過程描述如下：1）供油系統(tǒng)進(jìn)行供油工作時(shí)，油箱的液面會(huì)降低，燃油所占體積變小，減小的體積被空氣占據(jù)。因此，此工作狀態(tài)下通氣系統(tǒng)中空氣的體積流量與燃油的體積流量是相等的，并且在油氣界面上達(dá)到壓力平衡。2）供油系統(tǒng)進(jìn)行地面壓力加油工作時(shí)，油箱的液面會(huì)升高，燃油所占體積變大，空氣系統(tǒng)會(huì)把等體積的空氣排出。因此，此工作狀態(tài)下通氣系統(tǒng)中空氣的體積流量與燃油加油的體積流量依然是相等，且在油氣界面上達(dá)到壓力平衡。無論在哪種工作狀態(tài)下工作，通氣系統(tǒng)都是起著平衡油箱中壓力的作用。油箱通氣增壓系統(tǒng)構(gòu)成元件：通氣進(jìn)氣口（一般是安裝在機(jī)翼前緣部分的下方）、導(dǎo)管、彎管（主要是用來把油箱和導(dǎo)管連接在一起）、放油開關(guān)以及單向活門等。

1.4加放油系統(tǒng)

加放油系統(tǒng)是飛機(jī)燃油系統(tǒng)必不可少的一個(gè)子系統(tǒng)，不僅要求系統(tǒng)工作簡單迅速，而且要安全可靠。現(xiàn)在飛機(jī)上使用的加油方式一般為重力加油，也叫開敞式加油，就是通過打開油箱上部加油口，利用燃油口的位能，給飛機(jī)各個(gè)油箱加注所需要的燃油。重力加油一般由飛機(jī)上蒙皮的加油口蓋、漏斗形橡膠套管、油箱加油口組件、加油槍電搭接插座及油箱連通管、單向閥等組成。還有一種加油方式為壓力加油，一般是在泵壓作用下通過配置在飛機(jī)下部的一個(gè)或幾個(gè)加油接頭和預(yù)先配置好的加油管分別對一個(gè)或多個(gè)油箱進(jìn)行集中加油。重力加油系統(tǒng)的功能框圖，如圖1所示。加放油系統(tǒng)的元件構(gòu)成一般為：加油接頭、穩(wěn)壓槽、加油管路以及減壓孔板等。在該系統(tǒng)中增加減壓孔板不僅可以對各個(gè)油箱組的加油流量進(jìn)行限流，進(jìn)而確保所有油箱組需要同時(shí)滿油的需求；還可以提高管路的阻力，這樣能夠大大減小燃油流進(jìn)油箱的壓力，進(jìn)而達(dá)到避免燃油流進(jìn)油箱的時(shí)候發(fā)生沖擊的現(xiàn)象。

1.5油量指示

在加油時(shí)測量各油箱的油量，當(dāng)燃油達(dá)到選定的油量時(shí)，切斷加油通路；反映各油箱油泵的工作狀態(tài)，當(dāng)油泵不工作時(shí)或出口壓力不符合要求時(shí)，顯示故障或發(fā)出失效警告，以使駕駛員采取應(yīng)急措施；飛機(jī)重心移動(dòng)超過限制范圍時(shí)，能自動(dòng)測出飛機(jī)重心的位置，并自動(dòng)的在平衡油箱之間輸油，使飛機(jī)重心不至移動(dòng)出界。油量指示是其中最為關(guān)鍵的一項(xiàng)狀態(tài)監(jiān)控。飛機(jī)的剩余油量是用來做出判斷，準(zhǔn)確測量指示油箱里的剩余油量及其重要。

1.6輸油系統(tǒng)

飛機(jī)輸油系統(tǒng)按功能分類，一般包括三大部分：主輸油系統(tǒng)、輔助輸油系統(tǒng)、平衡輸油系統(tǒng)。主輸油系統(tǒng)主要把燃油由分散在飛機(jī)各處的順序油箱經(jīng)導(dǎo)管輸往消耗油箱，輸油量一般大于等于發(fā)動(dòng)機(jī)所需的燃油消耗量。而輔助系統(tǒng)則是保證通氣、增壓、油箱中燃油的排出和用完油箱的剩余燃油；平衡輸油系統(tǒng)是為了確保建立飛機(jī)所必須的平衡力矩。一般在無法靠控制燃油順序去控制重心的情況下，才會(huì)設(shè)立平衡輸油系統(tǒng)，所以一般情況下平衡輸油系統(tǒng)通常是獨(dú)立的。輸油系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的主要任務(wù)是：在地面和飛行狀態(tài)下，按一定的順序，以最簡單經(jīng)濟(jì)的方式，將輸油箱的燃油輸送到供油箱，并且同時(shí)保證具有最小的重心變化。對輸油系統(tǒng)一般的技術(shù)要求有：1）輸油及輸油管理系統(tǒng)自動(dòng)化程度，在設(shè)計(jì)中要預(yù)先規(guī)定自動(dòng)化的等級；2）輸油及輸油管理系統(tǒng)附件要少，并且保證在飛機(jī)輸油故障的狀態(tài)下，不能對飛機(jī)結(jié)構(gòu)和飛機(jī)重心造成影響；3）輸油及輸油管理類系統(tǒng)應(yīng)該具有在故障輸油狀態(tài)下重力輸油的能力。

2結(jié)語

本文對燃油箱系統(tǒng)做了一個(gè)簡要的介紹，對飛機(jī)燃油系統(tǒng)的組成以及主要元部件的工作原理進(jìn)行了簡要的技術(shù)分析，可以為維修人員進(jìn)一步了解飛機(jī)燃油系統(tǒng)提供一些理論支持，也可以為飛機(jī)燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供一些理論依據(jù)。

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作者：曾媛 單位：江西應(yīng)用科技學(xué)院