某民用飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)飛行試驗(yàn)研究

陳戰(zhàn)斌，魏錦洲，呂美茜

(中國飛行試驗(yàn)研究院發(fā)動(dòng)機(jī)所，陜西西安710089)

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某民用飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)飛行試驗(yàn)研究

陳戰(zhàn)斌，魏錦洲，呂美茜

(中國飛行試驗(yàn)研究院發(fā)動(dòng)機(jī)所，陜西西安710089)

摘要：對(duì)某民用飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)飛行試驗(yàn)條款、方法進(jìn)行了研究，并對(duì)試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，證明了該飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，為民用飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)合格審定試飛積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞:燃油箱通氣系統(tǒng)適航條款飛行試驗(yàn)

0引言

當(dāng)燃油箱中的輸油泵抽油時(shí),燃油箱中的油面必然下降，若油箱密閉，油箱內(nèi)就會(huì)形成負(fù)壓，這種負(fù)壓不僅使輸油泵吸不了油，還會(huì)使油箱因外部氣壓大于箱內(nèi)氣壓而受到擠壓，最終會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。為了解決上述問題，飛機(jī)油箱一般都設(shè)置了通氣系統(tǒng)。飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)就是使油箱與大氣相通，加油時(shí)排出油箱中的空氣，飛行中防止油箱中出現(xiàn)不允許的正壓和負(fù)壓的系統(tǒng)[1]。

飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)一般可分為敞開式通氣系統(tǒng)、開式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)。敞開式通氣系統(tǒng)的通氣管上不設(shè)調(diào)節(jié)和控制功能的附件，是油箱直接與大氣相通的通氣系統(tǒng)；開式系統(tǒng)是采用開環(huán)控制原理調(diào)節(jié)，保持油箱壓力的系統(tǒng)；閉式系統(tǒng)是采用閉式控制原理調(diào)節(jié)，保持油箱壓力的系統(tǒng)。與大多數(shù)軍用飛機(jī)采用的閉式系統(tǒng)不同，商用飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)一般使用開式系統(tǒng)[2-3]。

[4]曾光奇，胡均安，王東，等. 模糊控制理論與工程應(yīng)用[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.

[5]楊旭東，肖路，盧劍鋒.低壓環(huán)境動(dòng)物艙自動(dòng)控制系統(tǒng)研究[J]. 現(xiàn)代機(jī)械，2012(03)73-75.

[6]廖常初. S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[7]王忠明，許永華，黃澤陽，姜文亭，曹金軍，楊自更，張東輝，耿西亮，許琴. 基于大型復(fù)合低壓艙的模擬環(huán)境系統(tǒng)研制[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2011，32(12)：13-14.

中國民用航空規(guī)章《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》(CCAR-25-R3)中§25.975(a)條款規(guī)定：每個(gè)燃油箱必須從膨脹空間的頂部通氣，以便在任何正常飛行情況下都能有效地通氣。§25.975(a)(2)條款規(guī)定每個(gè)通氣口的位置必須能防止正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的燃油虹吸；§25.975(a)(3)條款規(guī)定在飛機(jī)正常飛行、最大升降速率時(shí)通氣量和通氣壓力必須使燃油箱內(nèi)外壓差保持在可接受的范圍內(nèi)[4]。

為了驗(yàn)證上述條款的符合性，在某民用飛機(jī)燃油系統(tǒng)合格審定試飛中，進(jìn)行了燃油箱通氣系統(tǒng)飛行試驗(yàn)。

1某民用飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)介紹

某民用飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。燃油箱通氣系統(tǒng)由通氣防溢油箱(通氣油箱)、潛伏式?jīng)_壓通氣口、通氣浮子閥、回油單項(xiàng)閥、火焰抑制器、旁通活門以及通氣管路組成。通氣油箱設(shè)在每個(gè)機(jī)翼油箱的外側(cè)，容積約為130 L，通過潛伏式通氣口與外界大氣相連通。為了防止燃油箱著火爆燃，在通氣管路上安裝有火焰抑制器，同時(shí)，每個(gè)火焰抑制器還配有旁通活門，旁通活門在火焰抑制器堵塞的情況下打開，保證油箱不會(huì)超壓。通氣油箱設(shè)有回油單向閥，以使由于飛機(jī)飛行姿態(tài)變化而進(jìn)入通氣油箱內(nèi)的燃油返回機(jī)翼油箱。

圖1　某民用飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

每個(gè)機(jī)翼油箱都有兩個(gè)通氣入口與通氣油箱相連通。一個(gè)通氣入口在機(jī)翼油箱內(nèi)側(cè)，另一個(gè)通氣入口在機(jī)翼油箱外側(cè)。通氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)可使機(jī)翼油箱壓力保持在-13.8 kPa～24.1 kPa之間。

2燃油箱通氣系統(tǒng)試驗(yàn)方法

根據(jù)中國民用航空規(guī)章《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》(CCAR-25-R3)§25.975條款對(duì)燃油箱通氣系統(tǒng)的要求，燃油箱通氣系統(tǒng)試驗(yàn)方法分為地面滑行和飛行試驗(yàn)。為了驗(yàn)證試驗(yàn)過程中，燃油是否從通氣口處泄漏，試驗(yàn)前，在通氣口涂上燃油顯色劑；在飛機(jī)左右油箱中，共加裝了4個(gè)氣壓傳感器，該傳感器均為相對(duì)壓力傳感器[5]。

2.1地面滑行試驗(yàn)方法

a)左、右油箱滿油，進(jìn)行 “S”形滑跑，檢查燃油通氣口有無燃油泄漏；

b)地面滑跑加速至中斷速度時(shí)減速停車，檢查通氣口有無燃油泄漏。

2.2飛行試驗(yàn)方法

a)飛機(jī)起飛后爬升，左轉(zhuǎn)彎以最大爬升率爬升到升限；起飛后爬升，保持右轉(zhuǎn)彎以最大爬升率爬升到升限；

b)飛機(jī)油箱剩余一半燃油，從升限高度，以最大下降率急劇下降到最低安全高度；

c)飛機(jī)在低、中、高不同高度上，以不同的飛行速度(1.3VSR、巡航速度、最大平飛速度)穩(wěn)定平飛；

d)飛機(jī)在一定的高度上以45°傾斜角進(jìn)行兩次8字形機(jī)動(dòng)飛行。

3試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1地面滑跑試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖2、3為S形滑跑前后燃油通氣口的拍攝照片，可以看出：地面S形滑跑油箱通氣口無燃油泄漏。圖4、5為地面滑行急剎車前后燃油通氣口的拍攝照片，可以看出：滑行急剎車時(shí)油箱通氣口無燃油泄漏。

圖2　“S”形滑跑前燃油　　圖3　“S”形滑跑后燃油　　　通氣口照片　　　　　　　通氣口照片

圖4　地面滑行前燃油　　　圖5　地面滑行急剎車　　通氣口照片　　　　　　　后燃油通氣口照片

3.2飛行試驗(yàn)結(jié)果及分析

飛機(jī)以最大爬升率爬升至升限時(shí)，四組油箱氣壓數(shù)據(jù)如圖6所示。通過圖6可以看出：飛機(jī)在以最大爬升率爬升時(shí)，燃油箱相對(duì)大氣壓力最大值為7.1 kPa，最小值為-0.9 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖6　飛機(jī)爬升限時(shí)，圖7　飛機(jī)應(yīng)急下降時(shí)，燃油箱氣壓曲線圖燃油箱氣壓曲線圖

飛機(jī)從升限高度以最大下降率急劇下降時(shí)，四組油箱氣壓數(shù)據(jù)如圖7。通過圖7看出：飛機(jī)在以最大下降率急劇下降時(shí)，燃油箱相對(duì)大氣壓力最大值為3.0 kPa，最小值為-2.8 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

飛機(jī)在5 000 ft、25 000 ft、35 000 ft以不同速度平飛時(shí)，四組油箱的氣壓數(shù)據(jù)如表1所示。通過表1可以看出，飛機(jī)在不同高度平飛時(shí)，燃油箱氣壓均在設(shè)計(jì)指標(biāo)之內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。飛機(jī)在15 000 ft以不同速度盤旋(滾轉(zhuǎn)角45°)時(shí)，四組油箱的氣壓數(shù)據(jù)如表2所示。通過表2可以看出，飛機(jī)以不同速度盤旋時(shí)，燃油箱氣壓均在設(shè)計(jì)指標(biāo)之內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。

此外，在飛機(jī)以最大爬升率爬升、以最大下降率下降、不同高度平飛、盤旋過程中，均未見燃油從通氣口處泄漏。

表1　飛機(jī)平飛時(shí)，燃油箱氣壓數(shù)據(jù)

表2　飛機(jī)盤旋時(shí)，燃油箱氣壓數(shù)據(jù)

4結(jié)論

綜上所述，該民用飛機(jī)燃油箱通氣系統(tǒng)能夠保證飛機(jī)在不同飛行狀態(tài)下燃油箱的通氣要求；試驗(yàn)過程中，未發(fā)現(xiàn)燃油泄漏，通氣口能夠防止飛機(jī)正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的燃油虹吸，試驗(yàn)證明該燃油箱通氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足要求。

參考文獻(xiàn)

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[3]羅伊·蘭噸，等.飛機(jī)燃油系統(tǒng)[M].顏萬億，譯.上海：上海交通大學(xué)出版社，2010:54-55.

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[5]運(yùn)輸類飛機(jī)飛行試驗(yàn)指南：AC25-7A[D].美國航空聯(lián)邦管理局，1998：234-236.

Research on flight test of fuel tank ventilation system of a civil aircraft

CHEN Zhanbin，WEI Jinzhou，LV Meiqian

Abstract:This paper makes a research on the flight test regulations and method of the fuel tank ventilation system of a civil aircraft in flight test and analyzes the flight test data. It proves that the aircraft fuel tank ventilation system meets the design requirements. The study provides significant reference for the airworthiness certification of civil aircraft's fuel tank ventilation system.

Keywords:fuel tank；ventilation system；airworthiness regulations；flight test

收稿日期：2015-08-10 2015-06-08

作者簡介：楊肖委(1989-)，男，籍貫：河南安陽，貴州大學(xué)機(jī)械電子工程碩士研究生。 陳戰(zhàn)斌(1985-),男,試飛工程師,從事飛機(jī)燃油系統(tǒng)/防火系統(tǒng)試飛研究。

中圖分類號(hào)：V233.735

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1002-6886(2016)01-0072-03