【《飞机燃油系统的构成及其对飞机重心的影响分析》5000字】

飞机燃油系统的构成及其对飞机重心的影响分析1.1燃油系统的构成部分飞机燃油系统是飞机十分重要的组成部分，燃油系统为发动机在任何条件下提供了持续不间的供油，还可以在规定的条件下把燃油送输送给APU,并且可以通过燃油重量调节飞机重心，保持飞机的平衡，还可以作为冷却源冷却其他部件。燃油系统主要由油箱、供油系统、通气系统、加放油系统和指示系统组成。为了增大航程提高经济性，现代旅客机多采用结构油箱来解决载油和空间的矛盾，将飞机机翼和中间翼的内部空间进行防腐和密封的处理，进而用于燃油的装载。机身中央油箱位于中央翼盒内，油箱内的隔板可以防止飞机在机动飞行时燃油发生晃动，飞行中，为了减少机翼弯矩，应该首先使用中央油箱的油液。主油箱的翼肋可防止油液发生晃动，翼肋底部由单向活门，使油液由翼尖流向翼根。现代民用飞机的供油方式主要有一下两种，重力供油和压力供油。重力供油一般用于上单翼飞机，或者用于发动机比油箱位置低的小型飞机，油箱顶部的加油通风口将空气引入油箱，以确保供油通畅。动力供油系统采用电动离心泵作为供油动力，将燃油增压后供给发动机和辅助动力装置。动力供油系统可按照功能分为主供油系统、辅助供油系统和交输供油系统。主供油系统可以控制各个油箱的供油顺序，并且在燃油泵故障时由旁通单向活门提供供油能力，增加了可靠性。中央油箱增压泵出口单向活门首先打开，此时由中央油箱首先向发动机供油，当中央油箱内的燃油快用完时，中央油箱增压泵出口压力降低，则左右翼油箱油泵出口压力顶开其出口的单向活门，向发动机供油。辅助供油系统又被称之为燃油除水系统，用来避免水份在主油箱底部积累，减弱水对燃油系统的影响，当主燃油系统工作时辅助燃油系统同时工作。交输供油系统也被大量应用于现代飞机，实现了任意油箱向任意发动机提供燃油，并且为了保证供油安全，每个燃油箱需要两个或两个以上增压泵，当燃油箱的增压泵全部故障时，仍可以用发动机驱动燃油泵来提供燃油。燃油系统还包括油泵快速装卸装置，不用吧油箱内燃油放空也可以拆卸和安装燃油泵，大大提升了维护性能减少了维修成本。为了让飞行员能够更加直观的而且方便的控制燃油系统，在飞机上配备了形象化的可控面板，可以用来把系统的相互关联及油路的走向精确地反映给控制人员。一般位于油箱较低处部分的燃油不能通过燃油泵输送到发动机，所以在油箱里增加了引射泵，通过借助燃油增压泵提供的动力流将底部燃油引射到增压泵进口。现代飞机还采用了压力加油，即所谓单点加油，就是加油过程中可以使用飞机上的加油台为飞机的任何一个燃油油箱进行加油，加油效率得以大大提升。压力加油是指在泵压的作用下通过配置在飞机下部的一个或者几个加油头和预先配置好的加油管分别对一个或者多个油箱进行集中加油。右侧机翼的加油站可以实现一点加油，抗污染能力强，是现在大型飞机主要采用的加油方式。抽油是在地面时，为了维护燃油系统或者油箱内附件，将燃油箱内剩余的燃油排放到地面油车中，或者为了保持飞机的横向平衡，将一个油箱中的燃油传输到另一个油箱中。抽油时可以采用燃油系统本身的增压泵作为动力，即压力放油，也可以采用油罐车进行抽吸。随着飞行高度的变化，油箱内外压力差也随之变化，为了平衡飞机燃油油箱内外压力差，防止油箱因内外压力差过大而损坏，所以采用了通气油箱，这样就可以保证油箱在各种飞行姿态和飞行高度上的通气。通气油箱位于主油箱外侧、靠近翼尖的区域内。通气油箱内部不装燃油，仅仅用于油箱通气。通气油箱还可以防止家有事油箱内产生过大的正压，在飞行中给油面提供冲压空气压力，防止因耗油产生负压，保证顺利向发动机供油。还能排除油箱内的燃油蒸汽，防止形成爆燃条件。有时当飞机出现紧急情况需要尽快着陆，飞行员需要释放多余燃油，使飞机重量达到允许着陆的重量范围之内，需要用到飞机的放油应急系统，保障飞机可以安全着陆。为了减轻起落架结构或者其他元件结构的受力，在起飞后一个短时间需要因为特殊情况而紧急降落的情况下，要减轻当时飞机的重量就得在空中将大部分燃油放掉，这种情况叫紧急放油，在起落架、发动机或者操作系统等带故障着陆时，从防火安全角度考虑，也不允许有过多的燃油储存，也应当空中放油。在飞机起飞重量大于着陆重量很多的飞机上。国际民航组织规定，最大起飞重量与最大着陆重量的比值大于105%的飞机必须设置空中放油装置，以保障飞机的着陆安全。飞机燃油的指示系统和油量测量系统是对飞机燃油系统的工作的监控。它包括燃油量，燃油流量，燃油温度和燃油压力等等。为飞行人员提供实际燃油总量，在加油放油面板上装有每个油箱的只是油量。油量指示传感器分为浮子式和电子式，浮子式油量指示工作特点是感受油面的高低，指示为容积油量，但是由于磨损、卡滞、温度波动可能造成只是不准确。电子式油量指示没有活动部件，可设有多个传感器直接测量油量，不受温度变化影响，指示精度高。1.2燃油系统的应用及对飞机重心的影响飞机燃油系统是飞机不可或缺的重要组成部分，飞机燃油系统也称之为外燃油系统，飞机燃油系统会直接影响到飞机的飞行性能，在储存燃油的基础上，能够按照发动机所需的燃油流量向发动机提供连续不断的供油。还可以用来冷却飞机其他系统，燃油系统对飞机重心也有影响，可以帮助平衡飞机，确保飞机重心在范围之内。随着对飞机性能越来越高的要求，飞机的燃油系统人简单到复杂并且整个系统的功能也在逐渐的完善。人类最初发明的飞机燃油系统是非常简单的，只有一个油箱，仅有一台供油泵向发动机进行供油。随着航航天工业的高速发展，飞机的载油量也在不断的增。显然，一个油箱是满足不了要求的，因此油箱就从个发展成了多个；为了保证整个飞行过程的安全，应具有优异的操纵安定性，这就要求各个燃油箱的燃由要按照规定的比例和前后顺序进行输油，因此就有了前油控制系统的出现。对于运输机而言，则直接影响其经济性，比如燃油测量精更提高0.5%,就可以多承载几名乘客。并且飞机燃油统对飞机的安全性有直接的影响，其系统元部件繁多复杂，在使用中如果出现故障，那么障碍的排除存在交大困难。飞机维修人员应该熟知飞机燃油系统的且成以及主要元部件的工作原理才能够快速的排除飞机故障。如何提高燃油系统的精度、增加其可靠性以及改,维护性是设计研究人员要解决的问题，要解这些问，设计研究人员应首先对飞机燃油系统的组成以及各、组成部分的功用有清晰的认知。燃油成本一直是航空公司在运营中一笔大的支出，大概占总成本的40%，所有公司都意识到节约航油的重要性，所以燃油经济性对燃油系统也是一个巨大考验。随着民航事业的日益发展,综合化程度发展越来越高,燃油系统的可靠性、经济性,环保性,可维修性及可测试性成了人们日益关注的目标,其性能的优劣成了飞机正常飞行功能与否的决定性因素。航空史上已经发生过很多起由于燃油系统问损坏航空器的事故,对燃油系统的工作原理和燃油系统的安全促使,对民航的安全飞行具有决定性作用。为了避免飞机在使用燃油过程中发生爆炸等危险性的可能性,飞机也安装了氮气发生系统。在燃油系统的应用实际中，防静电和防生物污染一直是人们十分关注的地方，关系到燃油系统可靠性以及飞机飞行安全。燃油的来回流动摩擦会产生静电，当静电电位差达到20KV时，可发生放电现象，并且产生火花，严重危害飞行安全。影响飞机带电主要由于以下几个因素，燃油导电率、燃油内杂质与含水量、过滤器以及加油时的流速与管道直径。所以通常用以下几个方法来消除静电，添加抗静电剂，控制燃油中的水分和杂质，在加油时接地，避免湍流和溅射，控制加油压力。所以要求地面人员在加油前把加油压力调节正确，要做到三接地，油车接地，飞机接地，加油管接地，飞机与管路扣连。加油过程中对于撒在外面的燃油要及时清理。飞机整体油箱的微生物腐蚀严重影响着飞机结构和燃油系统的安全。由微生物产生的分泌物对飞机结构造成的腐蚀称为微生物腐蚀。对于飞机结构来说，微生物腐蚀主要发生在结构油箱内。影响结构油箱微生物繁殖的主要因素是霉菌孢子、燃油、水和温度。航空燃油是霉菌的主要培养物。霉菌孢子、真菌等有机物存在于我们生活的环境中，容易在燃油运输过程中进入燃油，并在适宜的生长环境下大量繁殖。针对飞机整体油箱微生物腐蚀形成的原因，目前主要有以下几种预防控制措施。1.排除水分，水是微生物生长的必要条件，因此要严格按照维修手册，做好燃油中水分的排放工作。加油前保证加油车中油、水分离；随时检查、清洗微生物污染沉积物，确保排水通畅。1.清洁油箱，可以根除油箱内的微生物污染，防止死去的真菌残余物堵塞油滤，避免死去的真菌成为营养源。如果油箱中受污染区域不大，可采用人工清洁油箱的方式。如果受污染区域较大，或受污染区域无法接近，则可以使用压力清洁的方式对油箱进行清洁。3.油箱杀菌，控制整体油箱微生物腐蚀的方法当中，最有效的方法便是使用生物杀菌剂。飞机重量的主要部分以及业载位于飞机机身。飞行中，飞机重力与由机翼产生的升力相平衡。机翼的升力对翼根产生扭转力矩，这对飞机结构有重要影响，由此定义了最大零油重量（MZFW），用来限制机翼翼根的压力。一方面，由于机翼油箱加油后的重力平衡了升力，因此减小了扭转力矩。另一方面，由于机身油箱加油后的重力作用，机翼需要额外的升力来平衡重力。因此，机翼油箱内的油量需要保留越久越好。飞机的平衡有三种，即俯仰平衡、横侧平衡和方向平衡。俯仰平衡是指作用于飞机上的上仰力矩和下俯力矩彼此相等，使飞机既不上仰，也不下俯。影响飞机的俯仰平衡的因素主要有旅客的座位安排方式、货物的装载位置及滚动情况、机上人员的走动、燃料的消耗、不稳定气流、起落架或副翼的伸展和收缩等。横侧平衡。是指作用于飞机机身两侧的滚动力矩彼此相等，使飞机既不向左滚转，也不向右滚转。影响飞机的横侧平衡的因素主要有燃油的加装和利用方式、货物装载情况和滚动情况、空气流的作用等。因此加油和耗油时都要保持左右机翼等量，尤其对于宽体飞机。飞机的各个部位都具有重力，所有重力的合力为整个飞机的重力，飞机重力的着力点为飞机的重心。飞机的重心是一个假设的点，假定飞机的全部重量都集中在这个点上并支撑起飞机，飞机就可以保持平衡。飞机作任何转动都是围绕飞机的重心进行的。飞机重心的位置取决于载量在飞机上的分布，除了在重心位置以外，飞机上任何部位的载重量发生变化，都会使飞机的重心位置发生移动，并且重心总是向载重增大的方向移动。飞机的起飞油量是飞机执行航班任务时携带的全部燃油量。起飞油量包括航段耗油量和备用油量两部分，但不包括地面开车和滑跑所用油量。航段耗油量（TFW），是飞机由起飞站到目的站航段需要消耗的燃油量。航段耗油量是根据航段距离和飞机的平均地速以及飞机的平均小时耗油量而确定的，计算公式如下：航段耗油量＝航段距离/飞机平均地速×平均小时耗油量。备用油量（RFW），指飞机由目的站飞到其备降机场并在备降机场上空还可以飞行45分钟所需耗用的油量。飞机的最大无油全重（MZFW）是指除去燃油之外所允许的最大飞行重量。规定飞机的最大无油全重，主要是考虑机翼的结构强度。飞机在空中运行过程中没有任何的着力点，所以平衡重心是影响飞行安全的重要因素，每种机型的飞机对重心的前后移动都有一个限制范围，以确保飞行安全以及便利操纵、节省燃油，这个限制范围称为重心许可范围，飞机的重心不得超过其前后限制。飞机重心略微偏前，飞机的稳定性好，遇到气流不易颠簸；飞机重心略微偏后，飞机的操纵性好，且省油。飞机重心过于靠前和靠后，甚至飞机重心超出安全允许范围则会造成严重的后果。如下图所示，一架飞机在零燃油情况下在重心参考图上位于A点，而加完燃油在图表中对应为B点。因而对于这架飞机随着燃油的消耗飞机重心位置前移。图1.1小型飞机重心参考图参考文献[1]罗伊•兰顿等著，颜万亿译.飞机燃油系统.上海：上海交通大学出版社[2]陈闵叶，么娆编.飞机系统.北京：国防工业出版社[3]祁元福等编著.世界航空安全与事故分析（第1～5集）.北京