某型飛機(jī)供油系統(tǒng)與搜油系統(tǒng)結(jié)合可行性研究

滕 葉 李校光

1.中航通飛研究院有限公司，廣東 珠海 519040

2.中航通飛華南飛機(jī)工業(yè)有限公司，廣東 珠海 519040

1 概述

某大型飛機(jī)左右機(jī)翼上共有4個(gè)油箱，每個(gè)油箱中有兩個(gè)供油泵，兩個(gè)供油泵互為備份，飛行時(shí)8個(gè)直流供油泵同時(shí)工作。飛機(jī)使用了4臺(tái)WJ-6渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)本身的限制，機(jī)上電源主要為直流電源。直流供油泵通常體積較大，也存在著直流轉(zhuǎn)交流損失較高的問題。

2 供油系統(tǒng)與搜油系統(tǒng)原方案介紹

為了簡化控制邏輯，保證系統(tǒng)可靠性并減輕機(jī)組負(fù)擔(dān)，每個(gè)油箱中的兩臺(tái)供油泵并沒有采取主泵故障，備份泵自動(dòng)接通的工作模式。每臺(tái)供油泵可為兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃油，而8臺(tái)供油泵同時(shí)工作性能上存在比較大的浪費(fèi)。

4個(gè)油箱分別給4個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)供油，2臺(tái)搜油引射泵主動(dòng)流來自供油管路。正常飛行時(shí)每個(gè)油箱中的供油及引射系統(tǒng)是獨(dú)立的，?、筇?hào)油箱布局進(jìn)行示意，見圖1。

3 供油系統(tǒng)與搜油系統(tǒng)結(jié)合方案

發(fā)動(dòng)機(jī)高壓驅(qū)動(dòng)泵是按照發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)來確定其規(guī)格的，通常存在很大的過剩能力，可將其用于支持燃油系統(tǒng)供油引射泵。如果不加使用，這部分過量燃油，將溢流反饋給高壓泵進(jìn)口，將導(dǎo)致產(chǎn)生局部熱量。

系統(tǒng)使用每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上的高壓驅(qū)動(dòng)泵，向各自的供油和搜油引射泵提供主動(dòng)流。采用此布局，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，供油系統(tǒng)完全自持工作，無須電源。

圖1 Ⅲ號(hào)油箱布局圖

ERJ—170系列飛機(jī)就采用了此布局，并于2004年投入商業(yè)航線使用，表明了該布局是經(jīng)過驗(yàn)證的，具有較高成熟度。

某型飛機(jī)供油系統(tǒng)與搜油系統(tǒng)結(jié)合方案見圖2。

圖2 系統(tǒng)結(jié)合方案

一級(jí)引射泵（供油引射泵）用于為發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)提供規(guī)定范圍內(nèi)流量和壓力的燃油。

二級(jí)引射泵（搜油引射泵）用于快速加滿并維持集油箱滿油，并且還用于將來自燃油箱沉淀槽的游離水與當(dāng)?shù)氐娜加突旌?，并以小水滴的形式將水直接引射到供油引射泵吸口?/p>

每個(gè)供油引射泵有一臺(tái)直流泵作為備份，當(dāng)壓力傳感器檢測到供油壓力低于預(yù)先設(shè)定的最低值，便觸發(fā)自動(dòng)切換，由備份的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵供油。且在APU啟動(dòng)時(shí)，可借助Ⅲ號(hào)油箱電動(dòng)驅(qū)動(dòng)泵向APU供油。

與ERJ—170的布局不同的是，某型飛機(jī)二級(jí)引射泵主動(dòng)流壓力值要求不高，該方案中二級(jí)引射泵的主動(dòng)流由一級(jí)引射泵的出口流來提供，由此也降低了對發(fā)動(dòng)機(jī)高壓驅(qū)動(dòng)泵出口高壓流量的需求。

WJ-6渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)上的高壓驅(qū)動(dòng)泵為CB-55或RCB-82，是由發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的齒輪式高壓燃油泵，用來向燃油調(diào)節(jié)器供油，其出口壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)不同而改變。當(dāng)轉(zhuǎn)速為4840r/min，進(jìn)口壓力127.4KPa～382.2KPa（絕對壓力），出口壓力為8.82MPa時(shí)的供油量≥46L/min（遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大耗量）。發(fā)動(dòng)機(jī)最大耗油量Q=1030kg/h，折合1320L/h，可知一級(jí)引射泵主動(dòng)流入口流量不大于46 L/min×60 min -1320L/h =1440L/h。

依據(jù)第25部適航規(guī)章，一級(jí)引射泵供油流量需保證發(fā)動(dòng)機(jī)耗量兩倍的需求。

由發(fā)動(dòng)機(jī)耗量、一級(jí)引射泵主動(dòng)流耗量及二級(jí)引射泵主動(dòng)流耗量之和可知一級(jí)引射泵出口流量不大于5680L。

一級(jí)引射泵性能計(jì)算：

式中：

N ——壓力比；

Pd——引射泵出口壓力；

Pm— —誘導(dǎo)口壓力，為油箱內(nèi)液位差壓力；

Pm——主動(dòng)流壓力

引射泵效率計(jì)算公式：

其中：

η——引射泵效率；

Ws——被引射（吸入）流量，輸入條件為5680L/h-1440L/h=4240L/h；

Wm——主動(dòng)流流量，輸入條件為1440L/h。

典型的引射泵效率的設(shè)計(jì)范圍從20%～35%，取30%作為模擬數(shù)值。求得N≈0.1，得一級(jí)引射泵出口壓力值≈90KPa，與原方案中的直流供油泵出口壓力值相當(dāng)，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)入口壓力值要求。且一級(jí)引射泵出口壓力值即二級(jí)引射泵主動(dòng)流壓力值，以RPB-15作為二級(jí)引射泵計(jì)算。

當(dāng)工作流入口流量Q1=600L/h～800L/h，工作流入口壓力P1=0. 09MPa時(shí)，泵出口流量Q2≥1600L/h（試驗(yàn)數(shù)據(jù)值），泵出口壓力P2≥0. 005MPa。

計(jì)算得被引射（吸入）流量約為600L/h×2=1600L/h（兩臺(tái)二級(jí)引射泵），該值大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大耗量，且有一定余量，滿足飛行性能要求。

4 技術(shù)難點(diǎn)

4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)接口控制

由發(fā)動(dòng)機(jī)高壓驅(qū)動(dòng)泵引出高壓流與燃油系統(tǒng)交聯(lián)，需要發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的密切協(xié)調(diào)。

4.2 交輸供油系統(tǒng)控制

原方案中當(dāng)油量出現(xiàn)不平衡時(shí)，可關(guān)掉油量少的油箱中的供油泵，并交輸供油以平衡油量。在新方案中，由于引射泵是機(jī)械泵，不能將其停止工作，所以要使用備份直流泵以糾正燃油不平衡。打開左右對稱的油箱對應(yīng)的交輸連通閥，接通油量大的油箱中的直流泵，直流泵的出口壓力必須大于供油引射泵出口壓力，可使高油量的油箱實(shí)現(xiàn)向兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)供油，糾正油量不平衡。

4.3 地面模擬試驗(yàn)

對于燃油系統(tǒng)的地面模擬試驗(yàn)來說，試驗(yàn)臺(tái)不可能包含發(fā)動(dòng)機(jī)，所以無法獲得來自發(fā)動(dòng)機(jī)高壓驅(qū)動(dòng)泵的高壓油路。因此，為完成燃油系統(tǒng)的地面模擬試驗(yàn)，必須研制燃油增壓引射動(dòng)流源系統(tǒng)，以高壓驅(qū)動(dòng)泵在各狀態(tài)下的流量及壓力值作為輸入條件，模擬飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在各種飛行狀態(tài)下的耗油以及向供油引射泵提供高壓主動(dòng)流。

5 結(jié)語

文章為某型飛機(jī)供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一種新的思路，解決了系統(tǒng)性能過剩且嚴(yán)重浪費(fèi)的問題，同時(shí)保證了高可靠性和經(jīng)濟(jì)性。該思路也可為其他飛機(jī)供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

[1]羅伊·蘭頓等著；顏萬億譯. 飛機(jī)燃油系統(tǒng)[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社，2010

[2]閆煒，馬柯. 飛機(jī)燃油引射供輸油系統(tǒng)動(dòng)流源研制[J]. 液壓與氣動(dòng)，2010