飛機燃油系統的構成及其對飛機重心的影響分析1.1燃油系統的構成部分飛機燃油系統是飛機十分重要的組成部分，燃油系統為發(fā)動機在任何條件下提供了持續(xù)不間的供油，還可以在規(guī)定的條件下把燃油送輸送給APU,并且可以通過燃油重量調節(jié)飛機重心，保持飛機的平衡，還可以作為冷卻源冷卻其他部件。燃油系統主要由油箱、供油系統、通氣系統、加放油系統和指示系統組成。為了增大航程提高經濟性，現代旅客機多采用結構油箱來解決載油和空間的矛盾，將飛機機翼和中間翼的內部空間進行防腐和密封的處理，進而用于燃油的裝載。機身中央油箱位于中央翼盒內，油箱內的隔板可以防止飛機在機動飛行時燃油發(fā)生晃動，飛行中，為了減少機翼彎矩，應該首先使用中央油箱的油液。主油箱的翼肋可防止油液發(fā)生晃動，翼肋底部由單向活門，使油液由翼尖流向翼根。現代民用飛機的供油方式主要有一下兩種，重力供油和壓力供油。重力供油一般用于上單翼飛機，或者用于發(fā)動機比油箱位置低的小型飛機，油箱頂部的加油通風口將空氣引入油箱，以確保供油通暢。動力供油系統采用電動離心泵作為供油動力，將燃油增壓后供給發(fā)動機和輔助動力裝置。動力供油系統可按照功能分為主供油系統、輔助供油系統和交輸供油系統。主供油系統可以控制各個油箱的供油順序，并且在燃油泵故障時由旁通單向活門提供供油能力，增加了可靠性。中央油箱增壓泵出口單向活門首先打開，此時由中央油箱首先向發(fā)動機供油，當中央油箱內的燃油快用完時，中央油箱增壓泵出口壓力降低，則左右翼油箱油泵出口壓力頂開其出口的單向活門，向發(fā)動機供油。輔助供油系統又被稱之為燃油除水系統，用來避免水份在主油箱底部積累，減弱水對燃油系統的影響，當主燃油系統工作時輔助燃油系統同時工作。交輸供油系統也被大量應用于現代飛機，實現了任意油箱向任意發(fā)動機提供燃油，并且為了保證供油安全，每個燃油箱需要兩個或兩個以上增壓泵，當燃油箱的增壓泵全部故障時，仍可以用發(fā)動機驅動燃油泵來提供燃油。燃油系統還包括油泵快速裝卸裝置，不用吧油箱內燃油放空也可以拆卸和安裝燃油泵，大大提升了維護性能減少了維修成本。為了讓飛行員能夠更加直觀的而且方便的控制燃油系統，在飛機上配備了形象化的可控面板，可以用來把系統的相互關聯及油路的走向精確地反映給控制人員。一般位于油箱較低處部分的燃油不能通過燃油泵輸送到發(fā)動機，所以在油箱里增加了引射泵，通過借助燃油增壓泵提供的動力流將底部燃油引射到增壓泵進口?，F代飛機還采用了壓力加油，即所謂單點加油，就是加油過程中可以使用飛機上的加油臺為飛機的任何一個燃油油箱進行加油，加油效率得以大大提升。壓力加油是指在泵壓的作用下通過配置在飛機下部的一個或者幾個加油頭和預先配置好的加油管分別對一個或者多個油箱進行集中加油。右側機翼的加油站可以實現一點加油，抗污染能力強，是現在大型飛機主要采用的加油方式。抽油是在地面時，為了維護燃油系統或者油箱內附件，將燃油箱內剩余的燃油排放到地面油車中，或者為了保持飛機的橫向平衡，將一個油箱中的燃油傳輸到另一個油箱中。抽油時可以采用燃油系統本身的增壓泵作為動力，即壓力放油，也可以采用油罐車進行抽吸。隨著飛行高度的變化，油箱內外壓力差也隨之變化，為了平衡飛機燃油油箱內外壓力差，防止油箱因內外壓力差過大而損壞，所以采用了通氣油箱，這樣就可以保證油箱在各種飛行姿態(tài)和飛行高度上的通氣。通氣油箱位于主油箱外側、靠近翼尖的區(qū)域內。通氣油箱內部不裝燃油，僅僅用于油箱通氣。通氣油箱還可以防止家有事油箱內產生過大的正壓，在飛行中給油面提供沖壓空氣壓力，防止因耗油產生負壓，保證順利向發(fā)動機供油。還能排除油箱內的燃油蒸汽，防止形成爆燃條件。有時當飛機出現緊急情況需要盡快著陸，飛行員需要釋放多余燃油，使飛機重量達到允許著陸的重量范圍之內，需要用到飛機的放油應急系統，保障飛機可以安全著陸。為了減輕起落架結構或者其他元件結構的受力，在起飛后一個短時間需要因為特殊情況而緊急降落的情況下，要減輕當時飛機的重量就得在空中將大部分燃油放掉，這種情況叫緊急放油，在起落架、發(fā)動機或者操作系統等帶故障著陸時，從防火安全角度考慮，也不允許有過多的燃油儲存，也應當空中放油。在飛機起飛重量大于著陸重量很多的飛機上。國際民航組織規(guī)定，最大起飛重量與最大著陸重量的比值大于105%的飛機必須設置空中放油裝置，以保障飛機的著陸安全。飛機燃油的指示系統和油量測量系統是對飛機燃油系統的工作的監(jiān)控。它包括燃油量，燃油流量，燃油溫度和燃油壓力等等。為飛行人員提供實際燃油總量，在加油放油面板上裝有每個油箱的只是油量。油量指示傳感器分為浮子式和電子式，浮子式油量指示工作特點是感受油面的高低，指示為容積油量，但是由于磨損、卡滯、溫度波動可能造成只是不準確。電子式油量指示沒有活動部件，可設有多個傳感器直接測量油量，不受溫度變化影響，指示精度高。1.2燃油系統的應用及對飛機重心的影響飛機燃油系統是飛機不可或缺的重要組成部分，飛機燃油系統也稱之為外燃油系統，飛機燃油系統會直接影響到飛機的飛行性能，在儲存燃油的基礎上，能夠按照發(fā)動機所需的燃油流量向發(fā)動機提供連續(xù)不斷的供油。還可以用來冷卻飛機其他系統，燃油系統對飛機重心也有影響，可以幫助平衡飛機，確保飛機重心在范圍之內。隨著對飛機性能越來越高的要求，飛機的燃油系統人簡單到復雜并且整個系統的功能也在逐漸的完善。人類最初發(fā)明的飛機燃油系統是非常簡單的，只有一個油箱，僅有一臺供油泵向發(fā)動機進行供油。隨著航航天工業(yè)的高速發(fā)展，飛機的載油量也在不斷的增。顯然，一個油箱是滿足不了要求的，因此油箱就從個發(fā)展成了多個；為了保證整個飛行過程的安全，應具有優(yōu)異的操縱安定性，這就要求各個燃油箱的燃由要按照規(guī)定的比例和前后順序進行輸油，因此就有了前油控制系統的出現。對于運輸機而言，則直接影響其經濟性，比如燃油測量精更提高0.5%,就可以多承載幾名乘客。并且飛機燃油統對飛機的安全性有直接的影響，其系統元部件繁多復雜，在使用中如果出現故障，那么障礙的排除存在交大困難。飛機維修人員應該熟知飛機燃油系統的且成以及主要元部件的工作原理才能夠快速的排除飛機故障。如何提高燃油系統的精度、增加其可靠性以及改,維護性是設計研究人員要解決的問題，要解這些問，設計研究人員應首先對飛機燃油系統的組成以及各、組成部分的功用有清晰的認知。燃油成本一直是航空公司在運營中一筆大的支出，大概占總成本的40%，所有公司都意識到節(jié)約航油的重要性，所以燃油經濟性對燃油系統也是一個巨大考驗。隨著民航事業(yè)的日益發(fā)展,綜合化程度發(fā)展越來越高,燃油系統的可靠性、經濟性,環(huán)保性,可維修性及可測試性成了人們日益關注的目標,其性能的優(yōu)劣成了飛機正常飛行功能與否的決定性因素。航空史上已經發(fā)生過很多起由于燃油系統問損壞航空器的事故,對燃油系統的工作原理和燃油系統的安全促使,對民航的安全飛行具有決定性作用。為了避免飛機在使用燃油過程中發(fā)生爆炸等危險性的可能性,飛機也安裝了氮氣發(fā)生系統。在燃油系統的應用實際中，防靜電和防生物污染一直是人們十分關注的地方，關系到燃油系統可靠性以及飛機飛行安全。燃油的來回流動摩擦會產生靜電，當靜電電位差達到20KV時，可發(fā)生放電現象，并且產生火花，嚴重危害飛行安全。影響飛機帶電主要由于以下幾個因素，燃油導電率、燃油內雜質與含水量、過濾器以及加油時的流速與管道直徑。所以通常用以下幾個方法來消除靜電，添加抗靜電劑，控制燃油中的水分和雜質，在加油時接地，避免湍流和濺射，控制加油壓力。所以要求地面人員在加油前把加油壓力調節(jié)正確，要做到三接地，油車接地，飛機接地，加油管接地，飛機與管路扣連。加油過程中對于撒在外面的燃油要及時清理。飛機整體油箱的微生物腐蝕嚴重影響著飛機結構和燃油系統的安全。由微生物產生的分泌物對飛機結構造成的腐蝕稱為微生物腐蝕。對于飛機結構來說，微生物腐蝕主要發(fā)生在結構油箱內。影響結構油箱微生物繁殖的主要因素是霉菌孢子、燃油、水和溫度。航空燃油是霉菌的主要培養(yǎng)物。霉菌孢子、真菌等有機物存在于我們生活的環(huán)境中，容易在燃油運輸過程中進入燃油，并在適宜的生長環(huán)境下大量繁殖。針對飛機整體油箱微生物腐蝕形成的原因，目前主要有以下幾種預防控制措施。1.排除水分，水是微生物生長的必要條件，因此要嚴格按照維修手冊，做好燃油中水分的排放工作。加油前保證加油車中油、水分離；隨時檢查、清洗微生物污染沉積物，確保排水通暢。1.清潔油箱，可以根除油箱內的微生物污染，防止死去的真菌殘余物堵塞油濾，避免死去的真菌成為營養(yǎng)源。如果油箱中受污染區(qū)域不大，可采用人工清潔油箱的方式。如果受污染區(qū)域較大，或受污染區(qū)域無法接近，則可以使用壓力清潔的方式對油箱進行清潔。3.油箱殺菌，控制整體油箱微生物腐蝕的方法當中，最有效的方法便是使用生物殺菌劑。飛機重量的主要部分以及業(yè)載位于飛機機身。飛行中，飛機重力與由機翼產生的升力相平衡。機翼的升力對翼根產生扭轉力矩，這對飛機結構有重要影響，由此定義了最大零油重量（MZFW），用來限制機翼翼根的壓力。一方面，由于機翼油箱加油后的重力平衡了升力，因此減小了扭轉力矩。另一方面，由于機身油箱加油后的重力作用，機翼需要額外的升力來平衡重力。因此，機翼油箱內的油量需要保留越久越好。飛機的平衡有三種，即俯仰平衡、橫側平衡和方向平衡。俯仰平衡是指作用于飛機上的上仰力矩和下俯力矩彼此相等，使飛機既不上仰，也不下俯。影響飛機的俯仰平衡的因素主要有旅客的座位安排方式、貨物的裝載位置及滾動情況、機上人員的走動、燃料的消耗、不穩(wěn)定氣流、起落架或副翼的伸展和收縮等。橫側平衡。是指作用于飛機機身兩側的滾動力矩彼此相等，使飛機既不向左滾轉，也不向右滾轉。影響飛機的橫側平衡的因素主要有燃油的加裝和利用方式、貨物裝載情況和滾動情況、空氣流的作用等。因此加油和耗油時都要保持左右機翼等量，尤其對于寬體飛機。飛機的各個部位都具有重力，所有重力的合力為整個飛機的重力，飛機重力的著力點為飛機的重心。飛機的重心是一個假設的點，假定飛機的全部重量都集中在這個點上并支撐起飛機，飛機就可以保持平衡。飛機作任何轉動都是圍繞飛機的重心進行的。飛機重心的位置取決于載量在飛機上的分布，除了在重心位置以外，飛機上任何部位的載重量發(fā)生變化，都會使飛機的重心位置發(fā)生移動，并且重心總是向載重增大的方向移動。飛機的起飛油量是飛機執(zhí)行航班任務時攜帶的全部燃油量。起飛油量包括航段耗油量和備用油量兩部分，但不包括地面開車和滑跑所用油量。航段耗油量（TFW），是飛機由起飛站到目的站航段需要消耗的燃油量。航段耗油量是根據航段距離和飛機的平均地速以及飛機的平均小時耗油量而確定的，計算公式如下：航段耗油量＝航段距離/飛機平均地速×平均小時耗油量。備用油量（RFW），指飛機由目的站飛到其備降機場并在備降機場上空還可以飛行45分鐘所需耗用的油量。飛機的最大無油全重（MZFW）是指除去燃油之外所允許的最大飛行重量。規(guī)定飛機的最大無油全重，主要是考慮機翼的結構強度。飛機在空中運行過程中沒有任何的著力點，所以平衡重心是影響飛行安全的重要因素，每種機型的飛機對重心的前后移動都有一個限制范圍，以確保飛行安全以及便利操縱、節(jié)省燃油，這個限制范圍稱為重心許可范圍，飛機的重心不得超過其前后限制。飛機重心略微偏前，飛機的穩(wěn)定性好，遇到氣流不易顛簸；飛機重心略微偏后，飛機的操縱性好，且省油。飛機重心過于靠前和靠后，甚至飛機重心超出安全允許范圍則會造成嚴重的后果。如下圖所示，一架飛機在零燃油情況下在重心參考圖上位于A點，而加完燃油在圖表中對應為B點。因而對于這架飛機隨著燃油的消耗飛機重心位置前移。圖1.1小型飛機重心參考圖參考文獻[1]羅伊?蘭頓等著，顏萬億譯.飛機燃油系統.上海：上海交通大學出版社[2]陳閔葉，么嬈編.飛機系統.北京：國防工業(yè)出版社[3]祁元福等編著.世界航空安全與事故分析（第1～5集）.北京