5第五章飞机燃油系统讲课教案.docx
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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。
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。
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
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
冲压作用。
5.3加油系统及其附件
飞机上的燃油必需不断得到补充，补充的方式有多种，取决于飞机的使用特性、经济特性和其它特性。
加油系统是飞机燃油系统和地面维护设备间的一个中间联系环节，是互相关联着的一个环节，它们的协同动作在时间和劳动量方面应该是最合理的。
有加油必有放油，在地面维护时，特别是对油箱的维修，就需要将箱内的油全部放掉，还要放干净。
因而，飞机上就要考虑快速放油。
5.3.1加油系统及其主要附件
现在使用的加油方式有两种：
一是重力加油，也叫敞开式加油，就是通过油箱上方打开的加油口分别对一个或多个油箱加油；二是压力加油，在泵压作用下通过配置在飞机下部的一个或几个加油接头和预先配置好的加油管分别对一个或多个油箱进行集中加油。
还有一种不常用的加油方式，叫空中加油，由加油机将燃油带上天空，在指定地点向受油机供油，边飞行边加油。
从原理上来讲它还是属于压力加油方式，但为了实施空中加油得有相应的机构与附件。
一般运输机都不需要空中加油，所以本节中也不作更多的介绍。
图5-4重力加油系统原理图
1—被加油油箱；2—串连的油箱；
3—加油口；4—控制活门；5—通气系统
一、重力加油系统在任何一架飞机上都设置有重力加油装置，作为一种辅助加油系统，当机场上没有专用加油车时，就用它作为加油的一种机动方法。
它通常不是一个一个油箱地加油，而是从一、二个加油口加油、靠油箱之间的连通，靠重力促使燃油往其余油箱流动，从而充满所有油箱。
重力加油系统的原理见图5-4。
一般是先用大流量加油，然后再转为小流量加油，因为在小流量下
会减小串联的两油箱间的油面高度差，而且在加油中油会起泡沫，注油越快泡沫越多，泡沫多了会从加油口溢出。
加油口的结构要和加油枪相连接的部位一致。
加油口周围要有密封腔，制成可随时收集和放出溢出的燃油的漏斗式。
为了防止异物掉进油箱，加油口应有滤网保护。
口盖盖好后因有密封，阻止了燃油从加油口外溢。
不同飞机的加油口结构都不相同，但作用都是一样。
二、压力加油系统
压力加油系统也叫集中加油系统。
从地面加油车引来软管，往机上预先设置的加油接头上连接，然后在压力的驱动下通过预先铺设的管道往各油箱加油。
压力加油系统的原理见图5-5所示，它包括了地面加油车在内，形成了一个完整的压力加油系统。
图中从10号元件以后为机上加油系统，10号元件以前为加油车系统。
飞机上装有燃油接受器10、阀门11（此阀通常是
关闭的，只有在加油时才打开）、开关12、带通气活门14的主管路13和油
面限制活门17。
通气活门在加油结束后当管路13排出燃油时便打开。
油箱16中的远距加油控制活门15连接于主管路上，在活门15后面也可装设自动阀17来限制规定的油面，此阀门由油面传感器18来控制。
加油时箱内空气沿通气管排出。
通气系统必须保证在加油时箱内气体顺畅流出，否则油箱可能因内压力作用而涨裂。
图5-5中的（a）图为并联加油系统，同时分别向三个油箱加油；（b）图为串联加油系统，向油箱16加油并流向其他油箱；
（c）图为组合式加油系统，。
加油接头与加油控制板，一般装在机翼前梁的位置或起落架舱内，只要打开舱盖即可进行工作。
图5-5压力加油系统原理图
a—油箱成并联连接；b—串联；B—组合连接；1—加油车的油箱；2—燃油泵；3—旁通活门；
4—油滤；5—流量表；6—开关；7—压力表；8—软管；9—加油器（加油枪）；10—接油器（加油
口）；
11—阀门；12—远距控制开关，辅助活门；13—主管路；14—通气活门；15—远距控制开关；
16—被加油油箱；17—加油时限制油面的活门；18—油面传感器；19—通气系统导管
5.3.2放油系统及其附件
在飞机起飞重量大于着陆重量很多的飞机上。
为了减轻起落架的结构和其它元件结构的重量，在起飞后一个短的时间内因特殊原因就要紧急着陆的情况下，要减轻当时飞机的重量就得在空中将大部分燃油放掉，这种放油叫紧急放油。
在起落架、发动机或操纵系统等带故障着陆时，从防火安全的角度考虑，也不允许有多余的燃油储存，也应空中紧急放油。
在地面维护工作中，维护油箱和燃油系统附件，往往需要将油箱内的油大部分或全部放掉，因而要有快速的放油系统。
为了将油箱内的少量余油尽可能吸尽，还专门设置了排油排水装置。
在油箱中经常都有水分沉积，燃油中一些杂质也会沉淀下来，在每个油箱的最低点都装有排水阀或放沉淀开关，以便经常打开将水分和杂质排掉。
空中紧急放油装置并不是任何一架飞机都要有，如波音737、A300等飞
机上都没有紧急放油装置。
在某型飞机上，在内衿翼前面机翼的后缘处装有放油套管，可用电马达放下，再打开放油阀，燃油就可靠重力从放油套管放出。
当油量达到事先确定的油量时，关闭放油阀，并收起放油套管。
波音747飞机上也装有类似的紧急放油装置。
通常飞机的快速放油系统都和供油系统结合起来，利用机上已有的输油泵快速地将油打出油箱。
放油系统的基本参数是放油量和放油时间。
5.3.3油箱的排水和排污
油箱中的燃油常常含有水分和杂质，特别是经过较长时间的停留后，原来悬浮的杂质与水珠大部分沉淀下来，故应及时将之排掉。
因此，在早晨起飞前都有一项工作，就是给每个油箱排水排污。
在每一个油箱的最低处，或在集油盒处，或在油泵盒上都装有一个以上的排水阀。
在波音737飞机上，在主油箱下壁的最低处装有一个排水阀，在中央油箱的中部装了一个排水阀，在通气油箱上也装了一个，共计装了五个。
A300飞机上装的就更多了，有的油箱装两个，有的装了三个。
排水阀或排污阀型式众多，构造各异，从原理上大的方面可归纳成两类：
一种是靠螺纹自锁的阀，它就像日常生活中常见的水龙头；另一种是靠弹簧弹力自闭的阀。
靠螺纹自锁的阀，或用手柄转动螺纹杆，进而推动碟形阀门贴紧或离开阀门座，或用扳手转动螺杆，使螺杆端端头的锥形阀门紧贴或离开阀门座。
靠弹簧自闭的阀，大多采用菌状阀芯，靠弹簧自内向外压紧在阀门座上而密封，油箱内的静压更加强了阀门的压紧作用。
5.4燃油系统的主要部件
燃油系统的部件很多，主要部件也不少，有些附件已分散在前面几节中介绍了，在这一节主要介绍油箱、油泵和电动阀门等。
5.4.1燃油箱
飞机燃油系统的重量特性、工作寿命、可靠性、耐久性和修理可用性等，在许多方面取决于燃油箱的结构。
根据飞机的用途、结构的受热情况、机翼在飞行中的变形情况，以及燃油箱在飞机上的配置情况，可以采用软油箱，硬油箱和整体油箱等三种构造型式。
对一架飞机来说，也可能这三种形式的油箱都同时存在。
一、软油箱
软油箱是用耐油橡皮、胶层和专用布
等胶合而成，军用飞机的软油箱除了上述材料之外还有天然橡胶层和海绵橡胶层，如图5-6所示。
当油箱损坏时，生橡胶或
生海绵橡胶不会产生碎裂不齐的边缘，而且在接触燃油后会产生膨胀，使弹孔缩紧，使燃油不致大量漏出，起到了防弹的作用。
民用飞机的软油箱壁厚大约
①耐油橡皮；②生橡皮；③硫化橡
皮；
④涂胶皮（帘子布）
图5-6防弹软油箱的各层装请示图
1.2~1.5mm，单位面积的重量约1.2~1.4kg，如包上保护层厚度为4mm单位面积则有4~4.5kg重。
软油箱是用专门的扣环，或用专门的销钉，或用专门的按钮锁扣，或用绳索牢固地固定在飞机的结构上。
软油箱的容器的四壁就是翼梁腹板和加强肋腹板，或是固定在垂直型材上的铝板，容器的上下壁就是机翼上下蒙皮。
由于蒙皮上有桁条，软油箱直接靠上会有摩损，或会被尖物所损伤，故在桁条上胶接一层泡沫塑料垫，塑料垫外再胶一层蒙布。
油箱舱整个内壁都胶上蒙布。
为了将油箱固定，容器的上下壁上有特制的锁扣，或者挂钩、或者为其它固定件。
在上壁上还有用螺丝固定的口盖，以便对燃油系统进行连接。
下壁有窗口以便装拆油箱。
油箱舱还装有通气管、漏水管，使油箱舱始终与大气相通。
由于软油箱内通正值的大气压力，就保证了油箱始终与油箱舱壁相贴而不易损坏。
二、整体油箱
用机身或机翼的结构元件直接构成的油舱作为燃油箱就叫整体油箱。
整体油箱使原来很难利用的空间得到了充分地利用。
例如机翼的厚度不大，隔成很多舱室装上软油箱，构造就复杂，若做成整体油箱反而简单起来。
整体油箱的结构，根据飞机结构所采用的材料不同，联接的方式不同，既可以胶接，也可以铆接，在波音737飞机和A300飞机上都采用铆接结构。
对于整体油箱各个元件与蜂窝状壁板、复合材料的联接，在某些情况下可采用胶接。
5.4.2燃油泵
飞机上的燃油泵（也叫输油泵或增压泵），应在进口压力不大情况下，保证输送所需的燃油。
它不但要重量轻、尺寸小，而且要工作可靠、寿命长。
要满足这些要求只有叶片泵和喷射泵，尽管叶片泵效率低，但其优点是在满足低压大流量要求下重量最轻。
叶片泵有离心泵与轴流泵，轴流泵效率
低但外廓尺寸小。
喷射泵效率更低，重量更轻，工作更可靠，但有效流量小，要有至少一台驱动它的增压泵。
电动离心泵的构造随型号而不同，外形差异很大，但基本原理构造相近，主要包括有泵体组件、壳体、马达定子组件和马达转子组件等。
壳体上有燃油进出口、排油口、排气口和安装凸缘等。
以B737飞机上的油泵为
例，其构造详图见图5-7。
在马达转子轴上套有两个叶轮，在前的叶轮和在后的重新启动叶轮，和一个引导器。
这一组件支承在两个燃油润滑的石墨轴承上。
主动叶轮后部有一推力垫片，与前石墨轴承的法兰轴颈衬套在预调范围内控制转子零件的轴向自由度。
在重新启动叶轮与轴承组件之间夹一个消焰器，它是由一个封严圈和一个迷宫板构成。
燃油经引导器进入主叶轮，然后通过螺旋内腔进到燃油总管。
马达转动带动叶轮转动，重新启动叶轮产生吸力，使燃油注入主叶轮，同时大约每分钟有2加仑油供给轴承的润滑和马达的冷却，然后从通气管回到油箱。
马达起动后，入口进不到油，起动叶轮可以在11分钟内保持重新起动的能力，以使泵恢复泵油。
为了防止被激励的马达空转，泵从主叶轮针孔吸入累积的燃油蒸汽和空气，通过排气返回燃油箱，在壳体下部有一排油塞，在拆卸泵时可拧下塞子将泵内燃油排尽。
图5-7电动燃油泵构造图
543油滤
油滤是一种燃油杂质过滤器，有粗油滤与细油滤。
粗油滤仅能防止那些较大的微粒进入燃料系统，在燃油进入汽化器或喷咀之前多作细油滤。
油滤的主要元件是滤芯，滤芯是由一金属骨架支撑的多层滤网构成。
滤网有金属滤网与纸质滤网，网眼的大小决定了滤芯的过滤度，即通过的最大微粒大小。
燃油的通路多是从滤芯外面进入滤芯内部，然后流出。
这样油的压力正好使滤芯紧紧贴在滤芯的骨架上，使滤芯不易受损。
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