5第五章飞机燃油系统讲课教案
5 第五章飞机燃油系统
第五章飞机燃油系统
燃油系统是为存储和输送动力装置所需燃料而设置的。对燃油系统的要求是：储存所需的全部燃油，并在飞机的所有飞行阶段（包括改变飞行高度、剧烈机动和突然加速或减速等）都能可靠地连续不断地向动力装置输送所需的洁净燃油。
一架飞机的完整的燃油系统包括两大部分，飞机燃油系统与发动机燃油系统。
一、对燃油系统的要求
为了保证在所有正常飞行状态下能够可靠地向发动机供给所需燃油，并且确保飞行中飞机和乘员、旅客的安全，许多国家都颁布有各类飞机的适航条例。例如：在美国有联邦航空条例FAR在欧洲有联合航空条例JAR中国有中国民用航空适航条例CCAR在条例中对燃油系统都有详细具体的要求，这些要求是必需满足的。
二、飞机加油时的静电
飞机加油时产生静电失火和爆炸事故，在世界各航空公司几乎每年都有发生，造成生命财产的重大损失。随着大型飞机加油量的增加和加油速度的提高以及加油操作的不当，使飞机在加油过程中产生的静电灾害的危险性有所增加。这个问题不仅涉及到油料部门，也涉及到各航空公司飞机加油时的操作。
飞机加油时产生静电灾害必须具备以下4个条件：（1）必须具有产生静电的条件（包括感应带电）；（2）必须具有静电电荷积累的并能产生火花放电；（3）放电时具备足够的放电能量；（4）放电必须在浓度适宜的爆炸混合气内发生。
所以在飞机加油时产生静电灾害有一定的机会或偶然性。正是由于这个原因，加油人员与飞行机组或有关人员往往思想麻痹，怀着侥幸心理。从国内外多起飞机加油静电灾害的分析来看，大多是人为造成的，即和管理、操作、维护有关，这点必须引起高度重视。
5.1燃油配置、传输与重心控制
一、燃油配置
从机翼的受载角度来说，机翼上装燃油是有利的。因为在飞行中机翼主要是受升力作用，方向向上，而燃油重量是重力，方向朝下，起了卸载的作用。故对减轻机翼结构重量是有利的。然而，在着陆时燃油重量恰好增加了机翼固定装置的载荷，又是
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不利的，但往往这时燃油已大部分消耗掉了，所剩无几了。因此，有的飞机装有紧急放油系统，是准备在紧急着陆时，放掉大部分机翼中的燃油。
机翼中的油箱，有的全是整体油箱，有的部分是整体油箱部分是软油箱，有的飞机还设有备用油箱。
二、飞机重心和耗油顺序
理论上讲燃油可以布置在机身和机翼的任一容积空间，但燃油消耗中对飞机重心的影响就不相同了。为此，对燃油消耗的顺序就要加以控制。
有的飞机仅靠严格控制燃油消耗顺序还达不到重心变化的要求，就要增设平衡油箱，靠输进输出平衡油箱的油来控制飞机的重心。
三、输油系统
飞机输油系统按功能包括三大部分：主输油系统（包括供油管路）供给发动机所需的燃油消耗量，辅助系统保证通气、增压、油箱中燃油的排出和用完油箱的剩余燃油，输油平衡系统保证建立飞机所必要的平衡力矩。一般飞机至少包括前两部分，而平衡输油系统只在靠控制燃油顺序仍无法控制重心的情况下才设立的，特别是超音速飞机。通常平衡输油系统是独立的。
飞机的主输油系统是由发动机数目和燃油箱配置来确定的。单发动机飞机，以及按单发动机原理构成的双发动机飞机上，通常采用一个消耗箱来供油，其余油箱的油按要求往消耗油箱输油，其余油箱称之顺序油箱加以区别。这样做易于保证在任何情况下总是储存有一定数量的燃油。当用一个消耗油箱往双发动机供油时，也易于保证流往发动机的流量相同。当发动机分散布置时，通常采用几个消耗油箱的供油系统，在这种情况下，每个消耗油箱只保证向一台发动机供油，或向一组发动机供油，在这种系统中，装有连通开关，若其中有一个消耗油箱（包括油泵）发生故障，就打开连通开关，就由一个消耗油箱给全部发动机供油，使任意一台发动机的供油均可得到保证。在某些飞机上，发动机是由所有油箱同时进行供油的，也就是说所有油箱都是消耗油箱。这种供油方式只见于旅客机和运输机。
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输油时，可以按既定顺序一个顺序油箱输完换另一个顺序油箱输油，也可以所有顺序油箱同时都往消耗油箱输油，不过各顺序油箱的输油流量不一定相同，而是按既定的比例进行。
消耗油箱的燃油通常是用增压泵来输送，在个别情况下也可采用以发动机的压气机产生的压缩气体或压缩空气为动力的压力输油系统来输油。增压泵广泛采用电动离心泵。为了可靠输油，每个油箱都装有两台油泵，一台主泵一台辅助泵，两泵并联供油。在泵动力源，油箱内没有电线通过，减少了系统火灾的危险。涡轮泵外廓尺寸小，对结构高度小的机翼油箱特别适合。
输油顺序的控制，一般采用油面信号器，在打开一个油箱的油泵的同时又关掉另一个油箱的油泵，但两者间有一事实上的时间延迟，以保证供油的连续不中断。在消耗油箱中用输油活门控制输油顺序是最简单的办法，当一个活门失效，由于油面下降就会自动打开下一个顺序油箱的管路。在集流式传输中，可用不同开启压差的单向活门来控制输油顺序。
输油活门有机械式和电动式，由油面控制直接作用的输油活门，其原理与水箱的浮子活门相同。间接式的浮子活门的原理见图5-1所示。浮子带动
针塞，当针塞打开，膜片下腔的液体流出，压力下降，膜片在压差作用下打开活门；当针塞塞紧，膜片下腔液体不流动，膜片上方的液体经进油管进入油箱，静压稍低，膜片在弹力作用下上移，盖住活门出口。电动活门则由油面信号器控制，油面信号可以从油位传感器提供，也可用感受油面高度的压力信号传感器，或用感受油泵出口压力的压力传感器。在这里必须特别提出的是：活门关闭与打开的速度要有一定的限制，因为输油的突然中断，会在管路中出现液压撞击，流量愈大撞击愈严重，流体压力的突跃升对结构不利。
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图5-1 输油活门
1- 进油管；2-活门座；3-膜片；4-放油管；5-控制腔；
6-限流孔；7-壳体；8-浮子；9-油针塞；10-支架
在每台发动机都有一个单独的消耗油箱的输油系统中，顺序油箱消耗的均匀性取决于每台发动机所消耗的油量，在这种系统中一般不设置专门的装置来均衡燃油流量。当几台发动机都由一个总消耗油箱供油，由两个或两个以上的顺序油箱输油的燃油系统中，被输送的油量差可能引起耗油的很大不均匀，从而可能影响飞机的动态性能和动力特性。为了严格控制按一定比例输油，可采用不同流量的泵，也可以用比例控制器控制输油活门的节流口面积来达到。
即使将油泵安装在油箱的最低点，由于结构原因总是还有一些剩油，为了将剩余油量排尽，飞机上多数都装有带有引射泵的输油系统作为辅助系统。弓I射泵由消耗油箱的油泵输出流量中分出一部分流量来带动。弓I射泵外廓尺寸小，重量轻，寿命长，无活动部件，在油箱中不需引入导线，吸入嘴可以放在油箱中任何地方，而且用于抽吸油箱中燃油可不用专门的装置来自动地往复地接通或断开油泵，可以不停地工作，即使没有燃油存在也可工作。考虑到剩余燃油可含有水分和机械杂质，在管路上装沉淀过滤器，可简化地面的维护工作，并提高飞机燃油的清洁度。有的飞机用引射泵不断吸取消耗油箱中的沉积水分，加以掺和并送往发动机，以减少油箱中沉积的水分。
5.2通气系统及其附件
5.2.1 通气系统
当输油泵抽油时，油箱油面必然下降，若油箱密闭，油箱内就会形成负压，这
种负压不仅使输油泵吸不了油，还会使油箱因外部气压大于箱内气压而受到挤压，
最终会导致结构损坏。所以油箱必需通大气，而且要保持一定的剩余正压力，以保
证输油泵充分吸油，保证在输油泵失效时能靠重力往输油总管输油。要保持一定的
剩余正压力，可以利用飞机的速度冲压作用，以
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提高油箱内气体的压力，也可以用从发动机压气机中引来压缩气体，以提高箱内气体压力。这样一来，可使通气与增压联系起来。
油箱的通气方式，可以是各个油箱各自通气，也可以是由一根通气管连接各油箱的通气口。近代运输机广泛采用通气防溢油箱集中通气，各油箱用通气管将通气油箱与自身连通。独立的（分散的）通气方式，各油箱的通气口有可能装在飞机的不同部位，由于气流流动状态的不同，可能形成各油箱内压力不同，这种压力差异会引起各油箱之间的无法控制的燃油流动并破坏了预定的耗油顺序。集中通气的原理示意图见图5-2所示。这种通气方式构
造复杂些，但可保证各油箱内压力相同。图中空间管路2的作用，在于排出倒流的燃油和偶然性的管道积水，并防止机动飞行中燃油通过通气管溢出或泄漏。
（a）（b）
图5-2 集中通气原理示意图
a-由大气接收空气的；b-由大气或由气瓶接收空气的；1-空气接收器；
2-带通气咀的空气道回路；3、5-燃油箱；6-发动机供油导管；
7-惰性气体气瓶；8-减压活门；4、9、11-单向活门；10-安全活门
不论采用何种通气方式，集中的还是独立的，通气管的布置都要保证在任何飞行状态下都能使油箱可靠通气并防止燃油从通气口反向溢出。波音737飞机油箱数少，且都在机翼上，因而采用了集中通气方式。总的通气管就是通气油箱，每个油箱的通气管都从通气油箱引入。通气管就是机翼上表面的长桁，通气管与机翼结构结合，而且又处于油箱的最上方，对通气最有利。
5.2.2 通气系统的附件
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通气系统附件很多，型号也不尽相同，构造上也互有差别，但从原理上看基本上就那么几种。在这里只着重介绍主要的几种附件。
一、保护附件
1、安全阀
安全阀有恒压差和恒压的两种。恒压安全阀工作原理见图5-3 (b)。它
靠真空膜盒和弹簧感受阀芯开启压力，阀门打开时的压力就等于油箱所允许的最大的绝对压力，
这种阀保持油箱增压恒定。恒压差安全阀的工作原理见图5-3( a)。弹簧
感受阀芯开启压差，保持压差恒定。很显然当外界压力升高或降低，油箱内的压力也会随之升降。保证最大压差不超过规定值。
安全阀应能通过通气系统的最大流量。
图5-3安全活门原理图
a—恒压差的；b —恒压的；1 —真空膜盒
2—弹簧
2、过压保护器
过压保护器是一种简单的油箱安全阀，有的还可以双向保护。当油箱内的压力超过一定值时，保护器上的碳片会向外爆裂，使燃油与大气相通。
二、通气附件
它是从外往里安装在机翼下表面的一种感受空气冲压的进气口组件。冲压口不突出机翼下表面。张开的主管的四壁构成通风腔。保证冲压空气作用到通气系统。主管的高度使得从通气管溢出的燃油保存在通气油箱内，在适当条件下又流回到油箱去在主管的上端有一滤网，防止大的昆虫、小鸟或异物进入通气油箱。在结冰的条件下仍然不影响
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