不可用燃油量試飛

冷中明

前段時間，筆者在網(wǎng)上看到一則熱搜新聞，說某航空公司一航班在機(jī)場排隊(duì)快兩個小時，眼看快起飛時卻發(fā)現(xiàn)飛機(jī)沒油了，不得不回去加油。按當(dāng)班機(jī)長的說法，飛機(jī)是因?yàn)椤芭抨?duì)時間過長導(dǎo)致消耗燃油過多”。

一般而言，為了確保飛行安全，飛行前機(jī)務(wù)都會按照航線要求加注所需任務(wù)用油，并留有一定備用燃油，以便飛機(jī)遇到突發(fā)狀況時還能繼續(xù)飛行一段時間，支撐到安全地點(diǎn)著陸。

但是，這架飛機(jī)當(dāng)時已經(jīng)滑出停機(jī)坪，在滑行道上排隊(duì)。飛機(jī)發(fā)動機(jī)都已開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以便隨時可以加大馬力迅速起飛。噴氣式發(fā)動機(jī)可不是汽車發(fā)動機(jī)，即便怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，也要消耗可觀的燃油，因此排隊(duì)兩小時后需加油也屬于正常了。

我們從民用飛機(jī)燃油系統(tǒng)典型油箱結(jié)構(gòu)布置圖可知，集油箱作為直接給發(fā)動機(jī)供油油箱之一，布置有燃油泵，分別通過供油管路獨(dú)立給左/右發(fā)動機(jī)供油，還可通過設(shè)置引射泵等手段把其他油箱內(nèi)的燃油轉(zhuǎn)輸?shù)郊拖鋬?nèi)，確保集油箱在幾乎所有飛行時間內(nèi)都保持滿油狀態(tài)，持續(xù)給發(fā)動機(jī)供油。在低于一定油量時，相關(guān)設(shè)備會通過低油量告警提醒飛行員，但這時油箱剩余燃油仍可確保飛機(jī)能夠安全備降和著陸，極端情況下才會發(fā)生燃油耗盡、機(jī)毀人亡的事故。

為充分驗(yàn)證民用飛機(jī)燃油系統(tǒng)的可靠性和安全性，為獲得和驗(yàn)證極端條件下燃油系統(tǒng)數(shù)據(jù)，民用飛機(jī)在試飛中就不得不進(jìn)行一項(xiàng)試驗(yàn)——人為耗盡飛機(jī)油箱燃油，甚至飛到發(fā)動機(jī)停車。這就是民用飛機(jī)燃油系統(tǒng)一項(xiàng)重要的飛行試驗(yàn)：不可用燃油量試飛。

不可用燃油量的概念

由于民用飛機(jī)油箱尺寸較大，受制于油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)和燃油泵布置，油箱中一定量的燃油是不可能被泵送給發(fā)動機(jī)的，這部分燃油稱為不可用燃油。不可用燃油量是飛機(jī)使用壽命期內(nèi)機(jī)隊(duì)必須承擔(dān)的重量，代表飛機(jī)的直接重量損失。該數(shù)據(jù)的大小，作為民機(jī)燃油系統(tǒng)設(shè)計重要技術(shù)指標(biāo)之一，需要通過試驗(yàn)的方法獲得。

不可用燃油量由兩部分組成：一部分是燃油箱中的“死油”，也叫不可排放燃油，是留在油箱中無法被排放出的燃油，一般在飛機(jī)總裝后通過機(jī)上地面試驗(yàn)測量得到;另一部分是飛行時無法泵送給發(fā)動機(jī)的剩余燃油中可被排放出的燃油，其數(shù)據(jù)一般通過飛行試驗(yàn)測試得到。

根據(jù)CCAR-25-R4《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》第25.959條——不可用燃油量規(guī)定，為了獲得“在最不利供油條件下”的不可用燃油量，應(yīng)當(dāng)對燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行分析，以確定試驗(yàn)油箱的臨界試驗(yàn)條件，使得試驗(yàn)程序不會導(dǎo)致非保守不可用燃油量。在飛行試驗(yàn)前可以借助試驗(yàn)飛機(jī)燃油箱模型，依靠建模軟件對各種飛行姿態(tài)下的不可用燃油量進(jìn)行計算分析，確定臨界供油飛行姿態(tài)，并由此選擇試驗(yàn)條件。

根據(jù)適航條款要求和CAAC建議，申請人開展不可用燃油量試飛時，一般選取側(cè)滑和動態(tài)機(jī)動等不利供油條件，以及平飛、爬升、下降等預(yù)定運(yùn)行動作，讓飛機(jī)耗油直至發(fā)動機(jī)出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)，甚至停車。

不可用燃油量的試飛方法

進(jìn)行不可用燃油量試飛的過程中，在確定好試驗(yàn)飛機(jī)油箱最不利供油條件和臨界飛行姿態(tài)后讓飛機(jī)保持飛行，當(dāng)油面低于燃油泵吸油口時，油箱中剩余燃油將無法被泵送至發(fā)動機(jī)。但這時供油管路中尚有部分燃油，仍能保證發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著燃油消耗，燃油流量減小，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會出現(xiàn)不穩(wěn)定，這時可以認(rèn)為“發(fā)動機(jī)工作開始出現(xiàn)不正常”，此時試驗(yàn)油箱剩余燃油就是對應(yīng)飛行姿態(tài)下的不可用燃油。

為了獲得較為保守的不可用燃油量，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)不穩(wěn)定時，飛機(jī)可以采用以下2種方法返場著陸：

一是單發(fā)著陸。將發(fā)動機(jī)燃油控制開關(guān)撥到“OFF”位，關(guān)閉供油管路燃油切斷閥門，試驗(yàn)發(fā)動機(jī)停車，試驗(yàn)油箱燃油將無法再被發(fā)動機(jī)消耗，飛機(jī)單發(fā)返場著陸。

二是雙發(fā)著陸。打開交輸供油閥，關(guān)閉試驗(yàn)油箱內(nèi)的燃油泵，利用非試驗(yàn)油箱給雙發(fā)供油，在試驗(yàn)側(cè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升并穩(wěn)定后，雙發(fā)返場著陸。

進(jìn)行不可用燃油量試飛時，為了減少試驗(yàn)時間，需要將試驗(yàn)油箱油量調(diào)整至接近不可用燃油量，非試驗(yàn)油箱加注滿足任務(wù)所需燃油，并且要求左/右油量差值不能超過飛機(jī)允許的最大不平衡燃油量。因此，試驗(yàn)動作結(jié)束后，飛機(jī)將以較大的不平衡燃油量返場著陸。

兩種試飛方法的對比

從飛機(jī)的操穩(wěn)特性和試飛風(fēng)險來看，上述兩種試飛方法各有利弊。方法1關(guān)閉試驗(yàn)發(fā)動機(jī)，飛機(jī)單發(fā)返場著陸，為了維持航跡和姿態(tài)，既要使用副翼平衡不平衡燃油量產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)力矩，又要利用方向舵修正較大不對稱推力產(chǎn)生的偏航力矩。在不對稱推力作用下，飛機(jī)還會存在一定的側(cè)滑，試驗(yàn)狀態(tài)如圖a所示。

方法2與方法1相比，在左/右機(jī)翼不平衡油量相同的條件下，雙發(fā)同時工作，可以消除不對稱推力產(chǎn)生的較大偏航力矩對飛機(jī)操縱帶來的不利影響。使用副翼平衡不平衡燃油量引起的滾轉(zhuǎn)力矩，并利用方向舵糾正使用副翼帶來的偏航力矩，試驗(yàn)狀態(tài)如圖b所示。

基于以上分析，在同樣不平衡燃油量條件下，方法1和方法2舵面偏角都有較大的操縱余量，但是方法2可以獲得更好的飛機(jī)操穩(wěn)特性;在自動駕駛功能不具備時，方法2可以一定程度上減輕機(jī)組人員的操作負(fù)擔(dān)。

從試飛風(fēng)險來看，方法1關(guān)閉試驗(yàn)發(fā)動機(jī)，飛機(jī)單發(fā)返場著陸，存在非試驗(yàn)發(fā)動機(jī)失效的可能性，雙發(fā)停車概率增大。雙發(fā)停車后，飛機(jī)將無動力著陸，有可能造成災(zāi)難性后果。

方法2雙發(fā)返場著陸，則會降低雙發(fā)停車的概率，減小機(jī)組人員的工作負(fù)擔(dān)。另外，雙發(fā)下降返場，燃油消耗加大，非試驗(yàn)油箱油量減少更快，會在一定程度上減輕不平衡油量對飛機(jī)操縱的影響。但是，燃油消耗過快，試驗(yàn)機(jī)若無法及時返場著陸，對飛行安全也會產(chǎn)生極大影響。

綜上所述，無論方法1還是方法2，不可用燃油量飛行試驗(yàn)都存在較大的安全風(fēng)險，為保障飛行試驗(yàn)安全，在試驗(yàn)前會組織各專業(yè)開展仔細(xì)的安全評估工作，制定詳細(xì)的風(fēng)險降低措施和應(yīng)急處置措施，比如：在本場開展;在試驗(yàn)動作結(jié)束后，盡快組織飛機(jī)返場著陸;并在不超過允許的最大不平衡油量前提下，盡量多裝燃油，以保證剩余燃油可以滿足返場燃油要求等，確保飛行安全。