飛機加油車加油系統(tǒng)水力計算

范雪峰

中航工業(yè)鐵嶺陸平專用汽車有限責任公司 遼寧鐵嶺 112001

1 前言

為保證飛機航空燃料安全、快速加注，飛機加油車加油系統(tǒng)設(shè)計時，要依據(jù)不同飛機規(guī)定的加油工作壓力與流速要求，合理設(shè)計管線通徑及動力單元輸出參數(shù)，以避免對飛機內(nèi)部燃油系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞，同時盡可能地降低靜電荷的產(chǎn)生、積累和液流沖蝕等潛在風險。為此，在飛機加油車設(shè)計過程中對加油系統(tǒng)需要進行水力計算，以保證在具體目標值下飛機加油車加油系統(tǒng)管徑及動力單元輸出參數(shù)滿足各項安全性能指標要求。本文將以一組雙63飛機加油車加油管路原理為例，對飛機加油車管路系統(tǒng)原理及水力計算流程予以介紹。

2 雙63加油管路原理介紹

雙63加油管路系統(tǒng)主要是為大中型飛機壓力加油而設(shè)計的，可以實施對飛機壓力加油作業(yè)，同時還具備真空抽回油、底部裝油等功能。加油時通過兩個63 mm口徑的壓力加油卷盤對飛機進行加注，根據(jù)不同的作業(yè)要求，可以使用單卷盤作業(yè)，也可以同時使用雙卷盤作業(yè)。

雙63加油管路原理如圖1所示。

壓力加油作業(yè)（藍色所標箭頭路徑）：飛機加油車對飛機加油時氣控底閥開啟，燃油經(jīng)軟連接件、泵前過濾器至油泵，再流經(jīng)管內(nèi)壓力控制閥進入過濾器，經(jīng)過濾后的燃油通過流量計、控制閥、文氏管至加油卷盤；最后通過加油卷盤上的壓力加油接頭和飛機油箱連接，燃油進入飛機油箱。

真空抽回油作業(yè)（紅色所標箭頭路徑）：燃油由加油卷盤流經(jīng)控制閥、軟連接件、泵前過濾器進入油泵，再經(jīng)管內(nèi)壓力控制閥進入過濾器，過濾后的航油通過流量計、回油控制閥至高液位系統(tǒng)底閥進入加油車油罐。燃油也可以經(jīng)另一只加油卷盤抽入到其他回收油罐內(nèi)。

底部裝油作業(yè)（黑色所標箭頭路徑）：燃油通過壓力加油接頭、控制閥至高液位系統(tǒng)底閥進入加油車油罐。

3 水力計算

由于不同飛行器對燃油加注壓力及流速要求各有不同，本文僅以GJB 4433―2002《飛機加油車通用規(guī)范》中針對這兩項數(shù)據(jù)的要求，對管路系統(tǒng)中加油管路管徑及加油泵主要參數(shù)進行計算，以確定主要設(shè)計參數(shù)。

依據(jù)《飛機加油車通用規(guī)范》中對飛機加油系統(tǒng)加油作業(yè)要求的規(guī)定[1]，飛機加油過程中，供油系統(tǒng)管端出口壓力為（0.345±0.034 5）MPa，飛機加油車加油系統(tǒng)膠管內(nèi)徑63 mm時單管壓力加油額定加油流量為72 m3/h（1 200 L/min）。

3.1 主管路管徑確定

目標值確認后，首先對加油系統(tǒng)管徑進行及時確認。管徑主要取決于流量和流速，不同性質(zhì)的介質(zhì)在不同的操作工況下選用的安全流速不同，原則是粘度大的介質(zhì)，流速應(yīng)低；反之流速應(yīng)高。同時為防止管路產(chǎn)生沖蝕、磨損、震動、噪聲流速也需優(yōu)選略低的流速。飛機用3號噴氣燃料屬于易燃液體類危險品，同時還需要考慮靜電荷的產(chǎn)生和積累，參考通用安全要求中流速最大不能高于7 m/s的規(guī)定，本文選取5 m/s的流速進行計算。

系統(tǒng)單管額定加油流量Q=72 m3/h，系統(tǒng)壓力為0.38 MPa。按5 m/s的流速計算主管路管徑D[2]：

由公式(1)計算可得主管路管線通徑的理論值為D=71 mm，此數(shù)值介于63.5 mm（2.5″）與76.2 mm（3″）范圍，基于安全方面的考量，管線設(shè)計通徑選擇76.2 mm。故選擇規(guī)格為90×5 mm的鋁合金管[3]，閥件、軟連接件、流量計等按等通徑原則均選擇公稱尺寸DN80或等同此規(guī)格的元器件。

3.2 離心泵確定

管徑確認后，根據(jù)系統(tǒng)流量、壓力等要求，初步確認加油系統(tǒng)離心泵基本參數(shù)范圍：流量參數(shù)應(yīng)不小于72 m3/h，揚程參數(shù)不小于40 m。

3.2.1 流量確定

根據(jù)離心泵的選型原則，油泵的額定流量應(yīng)取正常額定加油量的1.05～1.15倍，考慮到系統(tǒng)運行的可靠性、穩(wěn)定性、降低噪聲等方面因素，油泵額定流量確定為80 m3/h。

3.2.2 揚程計算

揚程計算主要考核加油管路沿程損失，通過計算沿程損失和系統(tǒng)壓力確認泵出口壓力，進而確定泵揚程。根據(jù)流體力學及其他相關(guān)資料計算管路損失，計算流程及結(jié)果如表1所示。

表1 1 200 L/min加油時加油管路阻力損失計算表

注：1. 過濾器壓差0.11 MPa為最大壓差狀態(tài)；2. 流量計壓降根據(jù)不同規(guī)格的流量計略有不同；3. 加油軟管的阻力系數(shù)為實驗數(shù)據(jù)。

由表1的計算結(jié)果可知，在額定加油流量狀態(tài)下，系統(tǒng)供油壓力為0.38 MPa時，泵出油口壓力p為：

由公式(2)、(3)計算可得，p=0.7 07 M Pa，H=92.49 m。

由于雙63管路系統(tǒng)加油時無自吸加注工況，離心泵自吸氣蝕余量和吸油管路損失無須進行校核計算，故依上述計算結(jié)果可以確認雙63管路系統(tǒng)管徑及離心泵的基本設(shè)計參數(shù)。在保證規(guī)定的壓力、流量的前提下，在安全流速范圍內(nèi)，油罐至63加油卷盤間硬質(zhì)金屬管線及閥件通徑設(shè)計值應(yīng)為76.2 mm，離心泵流量可選擇80 m3/h，揚程可選擇100 m。

4 結(jié)論

通過對管路系統(tǒng)水力計算可以有效地得出飛機加油管線主要部件的關(guān)鍵參數(shù)，為管線設(shè)計、選型提供有力地理論支持及驗證，從而可降低飛機加油車對飛機進行燃油加注時的潛在風險；同時還可以對其他同類產(chǎn)品的設(shè)計、選型提供有益的借鑒與支持。

[1] GJB 4433―2002 飛機加油車通用規(guī)范[S]

[2] Frank M.White流體力學[M] 北京:清華大學出版社,2004.

[3] 成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2009.