某型飞机压力加油系统计算及验证

陈正举

某型飞机压力加油系统计算及验证

陈正举

陈正举1谭雪花2

1.中航通飞研究院有限公司第五研究室；2.中航通飞研究院有限公司 适航研究室

根据某型民用飞机燃油系统布局特点，结合压力加油管路流速要求，计算压力加油导管管径，并采用流量模数法验证加油时间及管路流速，证明压力加油导管管径计算值的合理性。

引言

飞机压力加油的基本需求是提供安全、快速的再次飞行准备时间。飞机压力加油需要考量的因素包括：快速的加油时间及精确加进所需的油量，同时确定燃油在飞机上的位置，保证符合飞机的重心限制，并防止燃油从机上溢出机外。

某型飞机压力加油接头安装在顺航向右侧机翼前缘，左右机翼四组油箱对称分布，本文以压力加油系统作为研究对象，结合管路流速限制，对压力加油管路进行计算，并用流量模数法验证计算结果的正确性。

燃油系统设计要求

系统模型

某型飞机全机共四组燃油箱，对称分布在飞机机翼两侧，油箱的载油情况为：左I组4750kg，左II组5750kg，右I组4750kg，右II组5750kg，油箱局部布置见图1所示。

图1 油箱局部布置图

设计要求

飞机压力加油系统的加油时间不超过20min，加油管径保证加油系统导管内的燃油流速不大于9m/s，进入油箱的燃油流速不大于3m/s。压力加油接头处的最大加油压力为0.35MPa。

压力加油算法

计算模型

某型飞机压力加油系统的布置以D点为对称点，两边对称。节点定义、管段符号及参数图见图2所示。定义管路BD、DE和DJ管径为60mm，管路EH、JK管径为d1，管路JL、EG管径为d2。

图2 加油管路节点、管路符号图

其中：λ——流体沿程阻力系数

ζ——流体局部阻力系数

∑ζ——流体总阻力系数

K——流量模数

Q——压力加油流量

∆P——压力差

t——时间

W——加油总容积。

计算方法推导

压力加油系统管径计算的原则是：各油箱组同时到达满油状态，各油箱组加油时间的预估值相同。

假设油箱的加满油的时间为t：

式中

W——加油总容积，m3；

Q——加油管中的加油流量，m3/s。

每个油箱的容积加油量与加油时间内供给油箱的燃油容积成比例，即：

……………

由于压力加油系统左右机翼完全对称，节点D、J、K、L间管路参数符号见图2所示。在节点J上，管路JK和管路JL成并联连接，其压差为：

由于某型飞机通气系统采用开式通气，压力加油时各油箱与大气相通，可认为系统内保持着相同的压力，由此有：

推导可得

压力加油管径计算

在压力加油过程中，每个油箱的加油总容积为确定值，为了使加油过程中油箱内的燃油流场稳定，减少燃油雾化、起泡、沸腾和油面扰动，限制油箱入口的燃油流速不大于3m/s。

由于加油总容积和管路直径及燃油流速满足下列关系：

由此可得：

当流速v 越大，管径d 越小；流速v 越小，管径d 越大，为减小系统重量，燃油流速应尽量取大，本文取v=2.5-3m/s，压力加油总容积为26.923 m3，可求得d2=0.054m。

分析管段JL和JK，假设JK长度为2m，管段JL长度为6m，管段DJ长度为5m管段BD长度为5m。

对燃油系统进行工程计算时，管路上所有的沿程摩擦阻力系数和局部阻力系数简化为不随流量变化，且管路中各管段和附件的内径都相同，如果有管段和燃油附件具有不同的内径，则需转换到计算用的定性直径。

计算可得d1=0.051m。

流量模数法校验

阻力系数计算

基本加油量计算模态中，加油系统复合直路共有两个并联节点E和J，且都为分流状态，都是垂直分流模式，分流角α=900。

旁路分流阻力系数为：

直路分流阻力系数为：

计算可得各段管路阻力系数见表1。

表1 管段局部阻力系数总和

串联和并联流量模数

流量模数法计算流体阻力公式：

流量模数可以由下式表示：

式中：l*——换算总长度

lζ——将局部阻力系数总和换算成当量长度；

l0——沿程长度，m；

d——管段定性管径，m；

代入可得各段管路的流量及流量模数见表2。

表2 管段流量计流量模数

加油时间计算

各油箱中加满油所用的时间见表3所示。

表3 各油箱加满油时间

结束语

经验算，燃油在BD段主管道中的燃油流速为8.96m/ s，小于9m/s，油箱出口燃油流速分别为3.03m/s、2.8 m/s，最大值略大于3m/s，加油时间为17.7min，小于20 min，从上述结果可知，加油流量和燃油流动速度及加油时间均达到压力加油设计要求。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.006