不可用燃油量試飛

冷中明

前段時間，筆者在網上看到一則熱搜新聞，說某航空公司一航班在機場排隊快兩個小時，眼看快起飛時卻發現飛機沒油了，不得不回去加油。按當班機長的說法，飛機是因為“排隊時間過長導致消耗燃油過多”。

一般而言，為了確保飛行安全，飛行前機務都會按照航線要求加注所需任務用油，并留有一定備用燃油，以便飛機遇到突發狀況時還能繼續飛行一段時間，支撐到安全地點著陸。

但是，這架飛機當時已經滑出停機坪，在滑行道上排隊。飛機發動機都已開機運轉，以便隨時可以加大馬力迅速起飛。噴氣式發動機可不是汽車發動機，即便怠速運轉，也要消耗可觀的燃油，因此排隊兩小時后需加油也屬于正常了。

我們從民用飛機燃油系統典型油箱結構布置圖可知，集油箱作為直接給發動機供油油箱之一，布置有燃油泵，分別通過供油管路獨立給左/右發動機供油，還可通過設置引射泵等手段把其他油箱內的燃油轉輸到集油箱內，確保集油箱在幾乎所有飛行時間內都保持滿油狀態，持續給發動機供油。在低于一定油量時，相關設備會通過低油量告警提醒飛行員，但這時油箱剩余燃油仍可確保飛機能夠安全備降和著陸，極端情況下才會發生燃油耗盡、機毀人亡的事故。

為充分驗證民用飛機燃油系統的可靠性和安全性，為獲得和驗證極端條件下燃油系統數據，民用飛機在試飛中就不得不進行一項試驗——人為耗盡飛機油箱燃油，甚至飛到發動機停車。這就是民用飛機燃油系統一項重要的飛行試驗：不可用燃油量試飛。

不可用燃油量的概念

由于民用飛機油箱尺寸較大，受制于油箱結構設計特點和燃油泵布置，油箱中一定量的燃油是不可能被泵送給發動機的，這部分燃油稱為不可用燃油。不可用燃油量是飛機使用壽命期內機隊必須承擔的重量，代表飛機的直接重量損失。該數據的大小，作為民機燃油系統設計重要技術指標之一，需要通過試驗的方法獲得。

不可用燃油量由兩部分組成：一部分是燃油箱中的“死油”，也叫不可排放燃油，是留在油箱中無法被排放出的燃油，一般在飛機總裝后通過機上地面試驗測量得到;另一部分是飛行時無法泵送給發動機的剩余燃油中可被排放出的燃油，其數據一般通過飛行試驗測試得到。

根據CCAR-25-R4《運輸類飛機適航標準》第25.959條——不可用燃油量規定，為了獲得“在最不利供油條件下”的不可用燃油量，應當對燃油系統結構形狀進行分析，以確定試驗油箱的臨界試驗條件，使得試驗程序不會導致非保守不可用燃油量。在飛行試驗前可以借助試驗飛機燃油箱模型，依靠建模軟件對各種飛行姿態下的不可用燃油量進行計算分析，確定臨界供油飛行姿態，并由此選擇試驗條件。

根據適航條款要求和CAAC建議，申請人開展不可用燃油量試飛時，一般選取側滑和動態機動等不利供油條件，以及平飛、爬升、下降等預定運行動作，讓飛機耗油直至發動機出現不正常工作狀態，甚至停車。

不可用燃油量的試飛方法

進行不可用燃油量試飛的過程中，在確定好試驗飛機油箱最不利供油條件和臨界飛行姿態后讓飛機保持飛行，當油面低于燃油泵吸油口時，油箱中剩余燃油將無法被泵送至發動機。但這時供油管路中尚有部分燃油，仍能保證發動機運轉。隨著燃油消耗，燃油流量減小，發動機轉速會出現不穩定，這時可以認為“發動機工作開始出現不正常”，此時試驗油箱剩余燃油就是對應飛行姿態下的不可用燃油。

為了獲得較為保守的不可用燃油量，在發動機轉速出現不穩定時，飛機可以采用以下2種方法返場著陸：

一是單發著陸。將發動機燃油控制開關撥到“OFF”位，關閉供油管路燃油切斷閥門，試驗發動機停車，試驗油箱燃油將無法再被發動機消耗，飛機單發返場著陸。

二是雙發著陸。打開交輸供油閥，關閉試驗油箱內的燃油泵，利用非試驗油箱給雙發供油，在試驗側發動機轉速上升并穩定后，雙發返場著陸。

進行不可用燃油量試飛時，為了減少試驗時間，需要將試驗油箱油量調整至接近不可用燃油量，非試驗油箱加注滿足任務所需燃油，并且要求左/右油量差值不能超過飛機允許的最大不平衡燃油量。因此，試驗動作結束后，飛機將以較大的不平衡燃油量返場著陸。

兩種試飛方法的對比

從飛機的操穩特性和試飛風險來看，上述兩種試飛方法各有利弊。方法1關閉試驗發動機，飛機單發返場著陸，為了維持航跡和姿態，既要使用副翼平衡不平衡燃油量產生的滾轉力矩，又要利用方向舵修正較大不對稱推力產生的偏航力矩。在不對稱推力作用下，飛機還會存在一定的側滑，試驗狀態如圖a所示。

方法2與方法1相比，在左/右機翼不平衡油量相同的條件下，雙發同時工作，可以消除不對稱推力產生的較大偏航力矩對飛機操縱帶來的不利影響。使用副翼平衡不平衡燃油量引起的滾轉力矩，并利用方向舵糾正使用副翼帶來的偏航力矩，試驗狀態如圖b所示。

基于以上分析，在同樣不平衡燃油量條件下，方法1和方法2舵面偏角都有較大的操縱余量，但是方法2可以獲得更好的飛機操穩特性;在自動駕駛功能不具備時，方法2可以一定程度上減輕機組人員的操作負擔。

從試飛風險來看，方法1關閉試驗發動機，飛機單發返場著陸，存在非試驗發動機失效的可能性，雙發停車概率增大。雙發停車后，飛機將無動力著陸，有可能造成災難性后果。

方法2雙發返場著陸，則會降低雙發停車的概率，減小機組人員的工作負擔。另外，雙發下降返場，燃油消耗加大，非試驗油箱油量減少更快，會在一定程度上減輕不平衡油量對飛機操縱的影響。但是，燃油消耗過快，試驗機若無法及時返場著陸，對飛行安全也會產生極大影響。

綜上所述，無論方法1還是方法2，不可用燃油量飛行試驗都存在較大的安全風險，為保障飛行試驗安全，在試驗前會組織各專業開展仔細的安全評估工作，制定詳細的風險降低措施和應急處置措施，比如：在本場開展;在試驗動作結束后，盡快組織飛機返場著陸;并在不超過允許的最大不平衡油量前提下，盡量多裝燃油，以保證剩余燃油可以滿足返場燃油要求等，確保飛行安全。