某型飛機(jī)壓力加油系統(tǒng)計(jì)算及驗(yàn)證

陳正舉

某型飛機(jī)壓力加油系統(tǒng)計(jì)算及驗(yàn)證

陳正舉

陳正舉1譚雪花2

1.中航通飛研究院有限公司第五研究室；2.中航通飛研究院有限公司 適航研究室

根據(jù)某型民用飛機(jī)燃油系統(tǒng)布局特點(diǎn)，結(jié)合壓力加油管路流速要求，計(jì)算壓力加油導(dǎo)管管徑，并采用流量模數(shù)法驗(yàn)證加油時(shí)間及管路流速，證明壓力加油導(dǎo)管管徑計(jì)算值的合理性。

引言

飛機(jī)壓力加油的基本需求是提供安全、快速的再次飛行準(zhǔn)備時(shí)間。飛機(jī)壓力加油需要考量的因素包括：快速的加油時(shí)間及精確加進(jìn)所需的油量，同時(shí)確定燃油在飛機(jī)上的位置，保證符合飛機(jī)的重心限制，并防止燃油從機(jī)上溢出機(jī)外。

某型飛機(jī)壓力加油接頭安裝在順航向右側(cè)機(jī)翼前緣，左右機(jī)翼四組油箱對(duì)稱分布，本文以壓力加油系統(tǒng)作為研究對(duì)象，結(jié)合管路流速限制，對(duì)壓力加油管路進(jìn)行計(jì)算，并用流量模數(shù)法驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的正確性。

燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

系統(tǒng)模型

某型飛機(jī)全機(jī)共四組燃油箱，對(duì)稱分布在飛機(jī)機(jī)翼兩側(cè)，油箱的載油情況為：左I組4750kg，左II組5750kg，右I組4750kg，右II組5750kg，油箱局部布置見圖1所示。

圖1 油箱局部布置圖

設(shè)計(jì)要求

飛機(jī)壓力加油系統(tǒng)的加油時(shí)間不超過20min，加油管徑保證加油系統(tǒng)導(dǎo)管內(nèi)的燃油流速不大于9m/s，進(jìn)入油箱的燃油流速不大于3m/s。壓力加油接頭處的最大加油壓力為0.35MPa。

壓力加油算法

計(jì)算模型

某型飛機(jī)壓力加油系統(tǒng)的布置以D點(diǎn)為對(duì)稱點(diǎn)，兩邊對(duì)稱。節(jié)點(diǎn)定義、管段符號(hào)及參數(shù)圖見圖2所示。定義管路BD、DE和DJ管徑為60mm，管路EH、JK管徑為d1，管路JL、EG管徑為d2。

圖2 加油管路節(jié)點(diǎn)、管路符號(hào)圖

其中：λ——流體沿程阻力系數(shù)

ζ——流體局部阻力系數(shù)

∑ζ——流體總阻力系數(shù)

K——流量模數(shù)

Q——壓力加油流量

?P——壓力差

t——時(shí)間

W——加油總?cè)莘e。

計(jì)算方法推導(dǎo)

壓力加油系統(tǒng)管徑計(jì)算的原則是：各油箱組同時(shí)到達(dá)滿油狀態(tài)，各油箱組加油時(shí)間的預(yù)估值相同。

假設(shè)油箱的加滿油的時(shí)間為t：

式中

W——加油總?cè)莘e，m3；

Q——加油管中的加油流量，m3/s。

每個(gè)油箱的容積加油量與加油時(shí)間內(nèi)供給油箱的燃油容積成比例，即：

……………

由于壓力加油系統(tǒng)左右機(jī)翼完全對(duì)稱，節(jié)點(diǎn)D、J、K、L間管路參數(shù)符號(hào)見圖2所示。在節(jié)點(diǎn)J上，管路JK和管路JL成并聯(lián)連接，其壓差為：

由于某型飛機(jī)通氣系統(tǒng)采用開式通氣，壓力加油時(shí)各油箱與大氣相通，可認(rèn)為系統(tǒng)內(nèi)保持著相同的壓力，由此有：

推導(dǎo)可得

壓力加油管徑計(jì)算

在壓力加油過程中，每個(gè)油箱的加油總?cè)莘e為確定值，為了使加油過程中油箱內(nèi)的燃油流場(chǎng)穩(wěn)定，減少燃油霧化、起泡、沸騰和油面擾動(dòng)，限制油箱入口的燃油流速不大于3m/s。

由于加油總?cè)莘e和管路直徑及燃油流速滿足下列關(guān)系：

由此可得：

當(dāng)流速v 越大，管徑d 越??；流速v 越小，管徑d 越大，為減小系統(tǒng)重量，燃油流速應(yīng)盡量取大，本文取v=2.5-3m/s，壓力加油總?cè)莘e為26.923 m3，可求得d2=0.054m。

分析管段JL和JK，假設(shè)JK長(zhǎng)度為2m，管段JL長(zhǎng)度為6m，管段DJ長(zhǎng)度為5m管段BD長(zhǎng)度為5m。

對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行工程計(jì)算時(shí)，管路上所有的沿程摩擦阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)簡(jiǎn)化為不隨流量變化，且管路中各管段和附件的內(nèi)徑都相同，如果有管段和燃油附件具有不同的內(nèi)徑，則需轉(zhuǎn)換到計(jì)算用的定性直徑。

計(jì)算可得d1=0.051m。

流量模數(shù)法校驗(yàn)

阻力系數(shù)計(jì)算

基本加油量計(jì)算模態(tài)中，加油系統(tǒng)復(fù)合直路共有兩個(gè)并聯(lián)節(jié)點(diǎn)E和J，且都為分流狀態(tài)，都是垂直分流模式，分流角α=900。

旁路分流阻力系數(shù)為：

直路分流阻力系數(shù)為：

計(jì)算可得各段管路阻力系數(shù)見表1。

表1 管段局部阻力系數(shù)總和

串聯(lián)和并聯(lián)流量模數(shù)

流量模數(shù)法計(jì)算流體阻力公式：

流量模數(shù)可以由下式表示：

式中：l*——換算總長(zhǎng)度

lζ——將局部阻力系數(shù)總和換算成當(dāng)量長(zhǎng)度；

l0——沿程長(zhǎng)度，m；

d——管段定性管徑，m；

代入可得各段管路的流量及流量模數(shù)見表2。

表2 管段流量計(jì)流量模數(shù)

加油時(shí)間計(jì)算

各油箱中加滿油所用的時(shí)間見表3所示。

表3 各油箱加滿油時(shí)間

結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)驗(yàn)算，燃油在BD段主管道中的燃油流速為8.96m/ s，小于9m/s，油箱出口燃油流速分別為3.03m/s、2.8 m/s，最大值略大于3m/s，加油時(shí)間為17.7min，小于20 min，從上述結(jié)果可知，加油流量和燃油流動(dòng)速度及加油時(shí)間均達(dá)到壓力加油設(shè)計(jì)要求。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.006