飞机燃油系统

飞机燃油系统AircraftFuelSystems飞机系统第二章燃油系统一、概述二、燃油的种类、特性及其对系统的影响三、燃油箱（FuelTanks）四、通气系统（VentSystems）五、输油系统（分配系统）六、加油系统七、放油系统八、燃油指示系统九、燃油系统附件（Fuel-SystemComponents）十、安全预防与排故飞机系统第二章燃油系统一、概述飞机燃油系统又称外部燃油系统或低压的燃油系统。与其对应的是发动机燃油系统，又称为内部燃油系统或高压燃油系统。1、功用：贮存机上所需的燃油，并保证飞机在一切可能的飞行姿态和工作条件下，按照要求的压力和流量连续可靠地向发动机和APU燃油系统供油。此外，燃油还可用来冷却机上其他设备，平衡飞机（调整重心）。飞机系统第二章燃油系统飞行姿态：爬升，下滑，转弯，水平飞行；对军用飞机还应有短时的负过载（倒飞），零过载（失重）等飞行姿态。工作条件指飞机高、低速，加、减速飞行时所对应的发动机低转速和高转速，即慢车到最大状态。冷却机上其它设备指冷却滑油，空调气源等。平衡飞机系统指某些飞机在亚音速到超音速飞行时，气动力焦点位置发生较大变化，从而影响飞机的纵向操纵性，为使操纵特性变化不致过大，通过传输燃油的方法来改变飞机的重心，从而满足飞机操纵特性的要求。飞机系统第二章燃油系统2、系统组成：早期的飞机及现在的一些超轻型飞机上，燃油系统只包含油箱及若干导管等简单装置。但在现代飞机，尤其是超音速飞机上，燃油系统已发展成一个复杂的大系统。燃油系统一般由油箱系统、输油系统、加油系统、放油系统、通气系统、增压系统及油量的测量指示系统等组成。简单燃油系统：15-38，P490复杂燃油系统：15-42，P493飞机系统第二章燃油系统飞机系统第二章燃油系统飞机系统第二章燃油系统飞机系统第二章燃油系统二、燃油的种类、特性及其对系统的影响1、燃油的种类1）飞机可用多种能源为燃料，如石油、化学能、核能等；（见注）2）目前广泛采用的仍限于化学燃料，其中主要为石油燃料，或称烃类燃料。3）因活塞式发动机和喷气式发动机工原理不同，因此其燃料也不同，前者使用航空汽油，后者使用航空煤油。航空煤油的颜色一般是无色→琥珀色，随产地和存放时间而定，目前各国航空煤油的馏分范围基本趋于统一，可以相互通用。飞机系统第二章燃油系统航空煤油品种牌号虽多，但归纳起来有三种类型：（主要按蒸馏温度划分）①宽馏分燃料(60~288℃)，由汽油和煤油馏分混合而成，称汽油型JetB。产率高，但不宜作高空高速飞机燃料。②煤油馏分(140~250℃)，也有把终馏点延至280℃。煤油型适用于作喷气发动机的燃料，比重为0.775~0.83g/cm³。JetA，冰点-40℃。可用于马赫数M小于2.5，高度为20公里左右的机种。③重馏分煤油(190~320℃)。JetA-1，适合低温条件下工作，冰点-50℃。飞机系统第二章燃油系统2、燃油特性及对系统的影响1）燃油的蒸发性蒸发性是燃油，尤其是喷气燃油的重要性能之一，一般用饱和蒸汽压和蒸发热来衡量燃油蒸发性的强弱。饱和蒸汽压Ps越大，蒸发性就越强。饱和蒸汽压：液体的气态和液态达到平衡时，蒸汽的压力为Ps，对应的温度即饱和温度Ts。飞机系统第二章燃油系统燃油的蒸发性首先是由其化学成分，即馏分决定的，其次与许多物理因素有关。ⅰ、温度与高度(压力)ⅱ、汽/液相的容积比（该值大，Ps↓）ⅲ、油箱形状与振动搅拌ⅳ、空气含量飞机系统第二章燃油系统燃油的蒸发性对系统影响主要有二个方面:一是造成蒸发损失；二是产生气穴现象（气塞）。当飞机以超音速飞行时（M=2～3），飞机表面出现强烈的气动加热，油箱内的燃油温度可达80~120℃，若不采取措施，蒸发损失很严重。飞机系统第二章燃油系统2）燃油的低温性能ⅰ、燃油的低温环境对超音速飞机而言，冬季起飞和爬高时，燃油的温度可能低于零度。对亚音速飞机，燃油还会在飞行中受到剧烈的冷却。一般经长时间巡航后（7-8个飞行小时），橡胶油箱内的燃油可能冷却到-30℃，金属油箱内的燃油可能冷却到-45℃。飞机系统第二章燃油系统ⅱ、低温的影响①结晶（苯、石蜡）宽馏分喷气燃料中的苯，冰点为＋5.4℃；煤油型燃料中所含的石蜡，冰点为-30℃。燃油中形成的苯和石蜡晶粒可以直接破坏发动机供油，此外，还为水汽的凝结提供了结晶核。②结冰一切航空燃油均含有水分。使用中，外界条件不断地发生变化，燃油内始终存在着饱和水或脱水的过程，脱出的水在低温下就结为冰晶。飞机系统第二章燃油系统燃油的吸水性除与本身的化学成分有关外，还与下列物理因素有关：a）温度、大气压力及湿度。上述参数数值增大则溶解度增大；b）燃油接触空气的表面与燃油体积成正比，同体积的燃油接触空气的表面积越大，溶解度越大。c）燃油在油箱内的搅动混合强度。飞机系统第二章燃油系统从燃油内分离出来的水一部份蒸发，而另一部分以乳浊液或沉积物的形式存留于燃油系统中，其中乳浊状的水对燃油系统危害最大。③粘度燃油的粘度随温度的降低而增加。随着粘度的增加，燃油的流动阻力增加，造成发动机实际进口压力降低，而油泵所需的功率就要增大。但这些变化幅度并不太大，尤其是在-40℃以上，一般不超过系统的余量。飞机系统第二章燃油系统3）燃油的热稳定性：温度除了影响燃油的饱和蒸汽压力及含水量等候物理性能外，还会影响燃油的化学稳定性。达到一定温度时，燃油内会发生化学反应（主要是氧化反应），生成非溶性沉积物（主要是胶体物质）。影响热稳定性的主要因素有：燃油的化学组份和馏分；燃油受热的温度和延续时间；与燃油相接触的气体内氧的含量；杂质和水分。飞机系统第二章燃油系统4）燃油内的微粒杂质污染燃油会受到小颗粒机械杂质的污染。污染来源于下列几个原因:空气中的尘埃对油箱直接产生污染。如开盖加油，含有尘埃的增压空气，起飞、着陆时由通气装置进入的尘埃。燃油系统零部件经燃油冲刷生成微粒。如橡胶油箱中的橡胶颗粒，运动部件磨损产生的颗粒。由原来极小的颗粒凝聚而成。机械加工后未清洗干净的杂质。尤以机翼油箱常见。飞机系统第二章燃油系统微粒杂质对燃油系统的影响：①燃油调节机件的精密配合件被堵塞或卡滞；（发动机）②机械磨损增大；③影响活门的密封性；④堵塞油滤。燃油的清洁度要求一般低于液压系统。飞机系统第二章燃油系统5）燃油内的微生物污染除了上述无机物和有机物微粒杂质对燃油造成污染外，有生命的微生物同样会造成危害。现今，在喷气飞机油箱和机场油库的油罐内已发现一百多种微生物。其中最普遍的是霉菌。大量的微生物是在油箱内沉淀的水和燃油界面上繁殖的，且繁殖速度很快。它们以燃油的烃和各种含氮、磷和其它元素的矿物质为养料。氧化铁和水能加速燃油内微生物的繁殖，但水并不是微生物繁殖的必需品。飞机系统第二章燃油系统微生物的危害主要是腐蚀燃油系统零部件，污染燃油。微生物的生命活动所分离出的有机酸和其它代谢产物会引起生物化学腐蚀。这种化学腐蚀的产物完全能把油滤和喷嘴堵塞。另外，有些微生物会影响燃油的物理、化学性能和使用性能。为避免微生物的危害，可用杀菌剂，也可以用电磁辐照、细菌滤等方法。在结构措施上，可在油箱壁面上涂一层微生物防护层。飞机系统第二章燃油系统6）燃油的燃爆性燃油在一定的条件下会燃烧或爆炸。航空燃油的燃爆主要有两种情况：油/空气混合气由明火（火花或火焰）引燃；（在一定的燃油蒸汽和空气的混合比的情况下）在一定压力、温度下自燃。飞机系统第二章燃油系统由明火引燃时，燃油蒸汽在空气中的浓度也需在一定范围之内，过稀或过浓都不会被引燃。如发动机的贫油熄火和富油熄火。燃油蒸汽的浓度首先取决于燃油的饱和蒸汽压。在飞机油箱中，也就主要取决于油箱内的压力和温度。闪点：在一定条件下，物质发出足够的蒸汽，在遇到火焰即发出闪光的最低温度点。AVTUR＋38℃AVGAS－40℃飞机系统第二章燃油系统在没有明火情况下，对燃油蒸汽与空气的混合气进行加热，达到一定的温度时，混合气即发出淡色的辉光（冷焰）。当温度增高时，化学反应速度加快，冷焰急剧地转化为完全燃烧（爆炸）。冷焰转化为完全燃烧的温度就是燃料的自燃温度。自燃温度随压力的增高而降低。对于T-1燃油，当压力为0.6公斤/厘米²时，自燃温度为246℃；而当压力为1.5kg/cm²时，自燃温度为233℃。飞机系统第二章燃油系统避免燃油燃爆的途径有：防止过强的静电放电；在油箱中冲入惰性气体，以减少含氧量；避免油箱受高热；控制飞机下滑速度。因为当飞机以M≥3飞行时，油箱壁面温度可达220℃以上，如这时快速下滑，压力立即升高，容易引发自燃。飞机系统第二章燃油系统烃类燃料系轻石油馏分，为各种烃类的复杂混合物，烃含量达96~99%，其余组分为非烃和杂质。烃类燃料的组成因原油产地和加工方法不同而异。这类燃料来源广泛，加工方便，价格便宜，并具有航空燃料要求的各种优良性能，因此在目前和今后相当长的一段时间内，仍是飞机使用的主要燃料。飞机系统第二章燃油系统像所有的液体一样，燃油的温度越高，它的饱和蒸汽压就越大,达到一定温度时就要沸腾。T↑→Ps↑饱和蒸汽压一定时,外界大气压越低，燃油的蒸发性越强，沸点越低。当飞机载有连通大气的油箱升入高空时，油箱内的燃油就会在一定高度上开始沸腾。T、Ps一定，P↓蒸发性越强。飞机系统第二章燃油系统燃油是由具有不同饱和蒸汽压的碳氢化合物组成的。当燃油蒸发时，具有高饱和蒸汽压的易挥发馏分汽化快，剩余燃油的饱和蒸汽压就要降低。（越往后蒸发越慢）飞机系统第二章燃油系统燃油中的轻馏分粒子（分子小,易蒸发），首先从表面开始蒸发，然后从内部又有新的粒子升到表面上来。因此当油箱是细高形时，轻馏分由内部升到表面速度十分缓慢，燃油的蒸发便减弱；同理，油箱扁平或搅拌燃油时，蒸发也就要加强。飞机系统第二章燃油系统所有航空燃油均能溶解大量的空气。溶解于燃油中的空气量与油箱的绝对压力成正比，而与燃油密度、表面张力和粘度成反比。此外，当在燃油中有水分时，空气在燃油中的溶解度增加。空气量增加，燃油的饱和蒸汽压下降。各种气体在燃油中的溶解度是不一样的。在空气中溶解的氧比氮多。飞机系统第二章燃油系统为了防止冰晶的危害，广泛采用下列三种方法：a）在燃油中加入添加剂。它们具有高度不可逆的吸水性，与它们结合后，水分子很难游离出来；b）在最重要的油滤上喷酒精防冰。这只有结了冰时才使用，而在其它情况下是无效的。（酒精的冰点低，与冰进行热交换后，使冰溶化，自身仍可保持液态。）c）在燃油进入油滤之前对其加热。应用发动机系统的滑油来加热燃油的加热器，在飞机的动力装置上得到广泛应用。飞机系统第二章燃油系统乳浊状的水——微小水滴在温度低于零度时就会冻结，形成冰晶。飞机油箱壁上的冰也会在加油或外界变暖时掉入油箱。直径在10-40微米的水滴在零度以下还有强烈的过冷趋势，在达到-20℃时仍可能以乳浊态存在。但它们又是不稳定的，一旦遇到油滤等外物便很快变成冰，所有这些冰晶都会降低油滤的通过能力，妨碍燃油系统附件的正常工作。飞机系统第二章燃油系统非溶性沉积物的数量越小，燃油的热稳定性越好。温度越高，非溶性沉积物的数量越多。相接触气体中氧的浓度越高，沉淀物数量越多。燃油中杂质和水份增加时，一般其热稳定性变差。温度不仅影响生产沉淀物的数量，而且对颗粒大小也有影响。燃油系统中所用的材料也会被燃油腐蚀，形成非溶性沉淀物。燃油对铜的腐蚀尤为严重，所以燃油系统中的零件一般不用铜制造。非溶性沉淀物对系统的危害主要是堵塞精滤器，恶化燃油射流分布的均匀性。飞机系统第二章燃油系统三、燃油箱（FuelTanks）1、燃油箱的功用和一般要求:油箱的功用是贮存燃油。1）材料2）承压性3）贮油槽膨胀空间（expansionspace）：提供燃油受热膨胀的空间，一般应不少于油箱载油容积的2％。在设计油箱加油时，应有防止膨胀空间被挤占的措施。飞机系统第二章燃油系统3、燃油箱在飞机上的布置燃油重量约占飞机起飞重量的30%-60%。飞机上的燃油大多存放于机翼、机身内的油箱中，根据需要，飞机上还可以悬挂副油箱。飞机的油箱布置首先要考虑飞机的可用容积，此外，还要考虑随着燃油的消耗，飞机的重心和对称性产生的变化，