發展
人類最早的飛機燃油系統只有一個油箱,由一台供油泵將燃油供給發動機即可,這是最簡單的燃油系統。隨著飛機的不斷發展,飛機燃油系統也在不斷發展。為了增加飛機的載油量,提高飛機的載油係數,就必須利用一切可以載油的空間,油箱由一個變成多個,這樣就增加了輸油系統,即把除耗油油箱以外的燃油都輸送到消耗油箱,再由消耗油箱供給發動機。為了使在整個飛行過程中,飛機的重心始終保持在一定的範圍內,使飛機獲得較好的操縱安定性,各油箱的燃油要按一定的順序和比例輸送到消耗油箱,這就有了輸油控制系統。隨著飛機飛行高度的不斷增加,為了提高泵的高空性,使之在高空不產生氣蝕,以及減少燃油的過量蒸發和為輸油提供能源,就產生了通氣增壓系統。隨著飛機噸位的不斷增大,飛機的儲油量也不斷增加,為了縮短飛機的再次出動準備時間,飛機上增加了壓力加油系統,由地面壓力加油車給飛機加注燃油。為了增加飛機的留空時間,加大飛機的作戰半徑,又出現了空中加油系統。
燃油是飛機上一個較大的冷資源,它可以為其它系統如液壓、空調、雷達、發電機等系統散熱,因而,又增加了散熱系統。此外,飛機燃油系統還包括吸油系統、空中應急放油系統、油量測量系統等。
隨著現代航空技術的不斷發展,飛機設計水平的不斷提高,作為飛機重要的功能系統,燃油系統的組成也是由簡單到複雜,系統的功能也趨於完善,到第二代飛機為止,燃油系統己經成為一個比較複雜的網路系統。
功能
飛機燃油系統又稱外燃油系統,因為發動機上還有一套系統將燃油輸送到燃燒室內去,後者稱為內燃油系統。飛機的心臟——發動機依靠燃油燃燒產生熱量作功,推動飛機飛行。燃油是飛機的能源,燃油系統是飛機能源的供應系統。
燃油系統主要有如下功能:
(1)儲存燃油;
(2)在規定的飛行條件下安全可靠地把燃油輸送到發動機和APU;
(3)調整重心位置,保持飛機平衡和機翼結構受力。
組成部分
燃油箱具有足夠的容量,保證發動機正常工作時的消耗。隨著油箱內的油麵下降,油量表感測器連續發出信號,駕駛員通過座艙內的油量表,就可以知道油箱內剩多少油。同時,通氣管將外界大氣或者增壓空氣引入油箱,填補油麵下降空出的空間。增壓油泵向發動機供油,保證發動機的燃油泵進口具有足夠的油壓。單向活門只允許燃油向一個方向流動,這樣可以防止各油箱內的燃油串流。燃油在輸油管內流動時,耗量表發出信號,駕駛員通過座艙內的儀表就可以知道每台發動機的耗油量。然後,燃油流過油氣分離器,將供油時帶進去的氣體或從燃油內揮發出的氣體分離出來,避免氣體進入發動機的油泵內。飛機燃油系統內有時也裝油濾,以清除髒物、雜質,保證燃油清潔。
放油開關
放油開關的作用:
(1)更換油箱或者油泵時,通過放油開關可以放出油泵沒抽盡的剩餘燃油。
(2)燃油流入發動機的燃油泵之前,還要經過防火開關,萬一發動機發生故障著火時,駕駛員立即關閉防火開關,就可以停止向發動機供油,以防火焰漫延。
油箱種類
盛裝燃油的油箱,有軟油箱、硬油箱和整體油箱三種。
軟油箱
現代飛機上採用的軟油箱,主要特點是能從不大的艙口放進飛機的油箱艙內,充分利用飛機內部各種形狀的可用空間,增加貯油量,並且不受振動的影響,不易產生裂縫或損壞。普通軟油箱壁,由內襯耐油橡膠和外層塗膠布組成。有的油箱厚度甚至不到一毫米,重量較輕,而且中彈後彈孔較小,因此,軟油箱得到廣泛套用。
軟油箱沒有受力骨架,所以,燃油和增壓氣體的壓力都是靠油箱艙壁來支承。因此,油箱的外廓尺寸都稍大於油箱艙,以便在內壓作用下油箱緊貼在艙壁上。
硬油箱
機體內的高溫區,以及油箱艙不能承受內壓的情況下,一般可以安裝金屬硬油箱。硬油箱多由防鏽的鋁合金製成。
整體油箱
利用機翼或者機身本體的一部分結構構成的油箱,稱為整體油箱。採用整體油箱可以顯著降低燃油系統的重量,最充分地利用機體內部空間貯油。因此,在現代飛機上套用很廣。整體油箱除了應滿足結構的各項要求外,還應保證可靠密封。為此,常採用整體壁板以減少結構的連線縫,同時還要有可靠的密封措施。
在一架飛機上,可以兼用兩種以上的油箱,因為它們各有優缺點,有各自適用的範圍。
輸油管路
為了充分利用飛機容積,緊湊安排空間,現代飛機的供油系統都有幾個油箱,大型飛機更多。油箱之間用輸油管路連線。管路縱橫交錯,連線形式看起來也比較多,但通常都可以概括為串聯和並聯兩種形式。
在機動性高的飛機上,通常都分別將各個油箱與一個主油箱串聯起來,主油箱又稱消耗油箱。所有的燃油都通過消耗油箱的增壓油泵輸送到發動機的燃油泵去,消耗油箱裝在發動機附近,使泵後的壓力損失很小。為了倒飛特技的需要,可以在消耗油箱中裝倒飛供油裝置,不必每個油箱都裝。
對於雙發動機飛機來說,左發動機由左邊的油箱組供油,右發動機由右邊的油箱組供油。左右發動機的輸油管路之間有導管連通,平時由交(叉)輸(油)開關將管路隔斷。如果一個增壓油泵發生故障,飛行人員打開交輸開關,即可使另一個增壓油泵同時向兩邊的發動機供油。這種交輸供油裝置,促進了飛行安全。飛行中,飛行人員根據
倒飛裝置
殲擊機作特技飛行時,燃油可能完全離開油箱底部,必須在油箱內裝設倒飛活門,保證正常供油。
油箱布局
飛機在天空飛行,要不斷地消耗燃油,這就會影響飛機的重心。為了保證飛機的平衡,讓飛機既飛得穩定,又聽從飛行員的操縱,飛機的重心必須變化很小。因此,要慎重對待油箱布局和用油順序,以保證飛機重心在允許的範圍內變化。
一般來說,最好將油箱布置在飛機重心附近,或者對稱於重心放置。軍用飛機的油箱,還要布置在不易受彈的地方,要考慮飛機的生存力。
為了減少駕駛員或隨機機械員的疲勞,現代飛機的用油順序都隨燃油消耗過程而自動控制。圖五表示一架典型的殲擊機燃油系統。前油箱為消耗油箱,與後油箱分別裝在前、後機身中。此外,在左、右機翼下懸掛一對副油箱,其重心的前後位置與機體的重心極近。因此,副油箱的燃油消耗對飛機的重心變化影響很小。
用油順序:先用副油箱的油,再用後油箱的油,最後用前油箱的油。
燃油系統
飛機的耗油量很大。據統計,目前殲擊機的載油量占起飛重量的百分之二、三十,大型旅客機是百分之四、五十,而在重型轟炸機上,竟達百分之四十到六十。也就是說,重一百噸的轟炸機,其中僅燃油就占了四十到六十噸,這是多么驚人的數字!這么多的燃油裝在哪裡呢?一般地說,是把燃油分裝在機翼或者機身內。燃油裝於機身內,會使機身的彈艙或貨艙容積縮小,這就是矛盾。於是在殲擊機上,常常攜帶副油箱,懸掛在翼尖、機翼或者機身下方。飛行時首先使用副油箱內的燃油,用完後扔掉。如果沒有作戰,也可以帶著空油箱返航。
該燃油系統工作時,副油箱和後油箱的油,分別在增壓空氣與輸油泵作用下,輸往前油箱。然後,再由前油箱的增壓油泵送往發動機的燃油泵。
由於副油箱要在空戰前扔掉,而後油箱離發動機高溫區很近,所以,用油順序是先用副油箱的油,再用後油箱的油,最後用前油箱的油。但是,為了使前油箱的油不致過滿,左、右副油箱是在前油箱用掉少許之後才開始同時輸油。再者,如果後油箱的油用完時,前油箱存油過多,飛機重心會過於靠前。因此,在副油箱的油用完後,並不立即使用後油箱的油,而是再從前油箱用掉一小部分後,才使用後油箱的燃油。用油順序要根據飛機的具體情況來確定。
高空氣塞現象
航空煤油是碳氫化合物,其特點是容易揮發、飽和蒸汽壓高並且吸濕性強。飛機在高空飛行,給燃油系統的正常工作也帶來一些問題。因為高空空氣稀薄,大氣壓力急劇下降,油箱裡的燃油表面壓力降低到飽和蒸汽壓以下,燃油就會沸騰起來,造成劇烈的蒸發。例如,在十一、十二公里高空,大氣壓力為零點二一到零點二三大氣壓;航空煤油就會發生沸騰現象。特別是彎管接頭處,燃油的局部流速較大,局部壓力降低,不僅燃油本身會蒸發,而且溶解於燃油中的空氣也會分離出來。結果,燃油蒸汽會穿過通氣系統逸入大氣中去,造成損失,縮短飛機航程。更嚴重的是,劇烈的蒸發和大量的空氣泡會造成供油管路堵塞,稱之為氣塞現象。它將破壞發動機的正常供油。輕則造成發動機推力下降,重則導致發動機停車。
為了防止氣塞現象,必須保持油麵壓力在任何高度上都大於燃油的飽和蒸汽壓。目前,一般飛機上都採用增壓油泵來加大發動機燃油泵的入口壓力。此外,還可以把惰性氣體充填到油箱中,這不僅能使燃油增壓,而且還可以減小發生火災的危險。
高空寒冷,溶解在燃油中的水會分析出來,析出的水在攝氏零度以下就會結冰,造成管路中的油濾和燃油導管堵塞,破壞正常供油。所以,在燃油系統中還必須注意防冰和除冰,因而幾乎在所有的燃油系統中都裝設了燃油加溫器。
地面加油
燃油系統的每個油箱或者每組油箱都有一個加油口,人拿著加油管按一定順序對油箱加油,稱之為灌充加油法。灌充加油法速度太慢,近代飛機上廣泛採用壓力加油法,即通過一個總加油口,利用壓力向飛機上各個油箱加油,加油時間大為縮短。加油口一般都設在容易接近的地方,人站在地面上即可加油。這樣,就不必爬到高大的飛機上去了。