飞机燃油系统的管路设计　

2001年 I2月 飞 机 工 程 第 4期 飞机燃油系统的管路设计 牛 量 (西安飞机设计研 究所 ，西安，710089) 摘 要 系统地论述了飞机燃油系统蕾路设计的基本和安装的基本原则，井简单升绍了CATIA、 EASY5两种软件在蕾路设计中的应用，为今后燃油系统蕾路设计提供了新的方法。 关t坷 飞机 燃油系统 管路设计 }J 言 飞机燃油系统的主要功用是储存机上所需要的燃油，并保证在飞机一切可能的飞行姿态 和工作条件下，按照要求的压力和流量连续、可靠地向发动机或辅助动力装置供翰燃油。因 此，任何一架飞机的燃油系统都必须要有一套系统的、完整的管路来完成上述油液的传输功 能。早期的飞机及现在的一些超轻型飞机的燃油系统只包含油箱及若干导管等简单装置。但 在现代飞机，尤其是超音速飞机上，燃油系统已发展成由若干个油箱、各种功能控制附件及 一 套复杂庞大的 “管网”组成的一个大系统。由此可见，燃油系统管路设计的好坏，将直接 影响到飞机飞行的性能和安全，应当给予高度重视。 随着航空事业的发展，飞机系统设计技术及与其有关的流体理论和计算机应用等学科也 得到了迅速发展。多功能、高效率的电子计算机和应用软件逐步加入到飞机系统的设计研制 过程中。本文在论述飞机燃油管路设计方法的基础上，简单介绍了两种已经应用的计算机辅 助设计软件，旨在为燃油系统管路设计提供一些新的研究方法。 2 燃油系统管路的通道设计 由于燃油系统管路贯穿于整个飞机机体，并且管路直径比较大，安装和维护时应有一定 的空间，所以燃油管路总体布置的合理性就显得尤为重要。传统的设计过程是在飞机打样设 计阶段就通过打样图、样机和多次的协调会等，与总体设计专业进行管路的通道和走向布置 协调。但是这样协调下来，往往既费时费力，又容易造成遗漏和反复更改。现在我们在研制 某重点型号飞机中运用了大型CATIA软件后，这种情况就得到了极大的改观。CATIA软件 通过三维建模，可将飞机机体结构分段详细地展示在显示器上，可以直观地在其上面进行燃 50 收稿 日期 ：2ool一08 27 维普资讯 http://www.cqvip.com 2001年 12月 飞 机 工 程 第4期 油系统管路的总体布置和通道选择 这样一来，可以节省大量的协调时间，并能做出最佳的 通道和减少发生干涉的可能性 所以，采用电子样机和金属样机相结合的协调设计将成 为管路通道布置的发展方向。 3 燃油系统管路的设计计算 管路的设计计算目的是通过燃油系统管路的流量、 的几何尺寸 。 3．1 管路直径的计算 燃油系统管路的直径一定要保证满足供输油流量、 (1)油路系统的管径 压力和压力损失计算，最终确定管路 加放油流量和进排气流量等要求。 由流体力学可知，提高流速会使压力损失增大，并易造成管路进口通道气穴现象；减小 流速又会增大管径和附件重量。因此不同的管路可按经验数据选取最大流速，或者根据管路 内压力P (kgf／em )，用下式计算出油液的流速口(m／s)： 口一0．03 丽 (1) 如果设计要求管路体积流量为Q (I ／min)，平均流速为 (m／s)，那么管路的内径 D (ram)为： D=4-64詈 (2) (2)气路系统的管径 若气体常数为R(m ／s ·K)，沿程阻力损失系数为 ，导管长度为L(m)，管内流量为 G (kg／s)，管内温度为 (K)，管内压力为P (Pa)，管段压降为 △P (Pa)，则管路直径D (m)可按下式计算： D=[ · r ㈣ L ，‘ J ～ 3．2 管路压力损 失的计算 (1)压力损失计算公式 对于油路系统，若第 i个管路内流量为 (m。／s)，密度为P(kg／m )，管路内径为 n (m)，局部损失系数为 ，沿程损失系数为^，管路长度为厶 (m)，重力加速度为g(m／sz)， 管路进出口高度差为Ah (m)，则油路总的压力损失 △P (Pa)可按下式计算： P=耋[端 c + + ] ㈤ 对于气路系统，若第 i个管路流量为 G (kg／s)，气体常数为 R (m ／s ·K)，管路内气 体绝对温度为 (K)，管路内径为D，(m)，局部损失系数为{．，沿程损失系数为^，管路长 度为 ．(m)，则气路总的压力损失的平方可按下式计算： = 宝 c 一- )] ㈤ L ·，J ，J． _J ⋯ 51 维普资讯 http://www.cqvip.com 2001年 12月 飞 机 工 程 第 4期 (2)管路压力损失计算软件 我们在研制某重点型号飞机时运用了新型模拟仿真软件——EAsY5(Engineering Ana一 )ysis System 5)。EAsY 软件是美国渡音公司开发研制的一种完全是图形用户界面软件。它 通过微分、差分和代数方程的方法，对动静态系统的各种特征进行建模、分析和设计，从而 进一步执行各种线性和非线性分析计算。该软件只需将管路模型建立起来，即可轻松计算出 管路各种参数值。此举，比运用上述 (4)、(5)公式，求解方程要方便得多。 4 燃油系统管路的安装 燃油系统导管及其安装应符合 HB6483的规定。各种型号的飞机应根据具体的技术要求 编制出各自特定的燃油系统管路制造、安装技术条件，并应包括下列： s．管路安装的基本要求； b．整个管路安装的检验准则； c．选不到最小设计间隙部位的特检程序及标志； d．给出管壁制造允许的最小厚度准则； e．燃袖系统管路的试验要求。 4．1 燃油管路 的支承 l 燃油管路支 承间距 每根燃油导管的安装和支承都必须能防 止过度的振动，并能承受燃油压力和各种加速 度飞行条件下所产生的载荷。由于飞机机身和 机翼的振动较大，所以燃油系统管路的支承一 定要牢靠，目前管路的支承固定间距一般按表 l规定 。 燃油管路的支承应保证在管路内部工作 压力的作用下或飞机机动飞行时，不应偏离其 安 装位置。管路 的支承固定应同 时满 足 GJB358规定的电搭接要求。当一根导管长度 为支承点最大间距，两端又是柔性连接时，导 管中间应有固定支承。 4．2 燃油管路的敷设 管路直径 (ram) 支承点最 大间雁 (ram) ≤10 500 25 61o 32～ {4 690 5o 790 64 840 76 88O 1O0 950 > I28 1020 (1)燃油管路应按照最简单、最近便的原则，以及最有效地防护作战损伤的方式进行敷 设 ； (2)燃油管路周围应具有足够的间隙，防止管路和飞机结构、其它管路、附件等发生摩 擦 ； (3)在可能有相对运动的飞机部件之间相连的各燃油导管必须使用柔性连接，可能承受 压力和轴向载荷的燃油导管的每一柔性连接，必须采用软管组件，且软管必须是经批准的或 必须表明是适合于该特定使用情况的； 52 维普资讯 http://www.cqvip.com 2001年 12月 飞 机 工 程 第 4期 (4)在火区内和易受发动机着火影响的区域内，燃油导管和组件均必须是耐火的} (5)对穿过载人舱、货舱或维护人员走动和正常飞机使用时可能受到损伤的燃油导管，必 须采取措施加以防护； (6)机身内燃油导臂的设计和安装，必须允许出现合理程度的变形和拉伸而无渗漏； (7)所有燃油系统导管均应按 HB5653~HB5655或其他有关规定进行标记。在油箱内的 燃油导管标记不应破碎、裂缝、脱皮、擦伤和褪色； (8)应设置必要的通路，保证燃抽系统管路连接点的维护检查可达性} (9)燃油导管设计应便于连接，应防止由于错误安装造成失效或破坏。在同一部位的软 管接头、导管接头等不允许交叉连接。 5 其它需要注意的问 (1)加油管路的设计应使所有的油箱在理论上同时达到满油状态，并满足空中加油系统 和地面放油的流量要求。 (2)通气管路的尺寸应根据通气管路的长度和所需控制的空气、蒸汽或燃油的流量来选 择，并且应防止在地面压力加油和空中加油过程中，因油面控制阀失效而}I起的油箱超压。通 气管路的布置，应防止各油箱 (或油箱组)之间互相串油。 (3)为了保证通气增压管路畅通，设计时，不应有任何能够积水或积聚其他外来杂物的 弯曲和回路。还要考虑各种元件上水分沉淀和结冰的危险性。 6 结束语 随着各种型号飞机的发展，对燃油系统的要求越来越高。燃油系统的设计已成为飞机设 计的一项重要内容。 燃油系统管路的设计应使其工作可靠、寿命长、重量轻、外廓尺寸小、维护方便、生产 工艺性好。虽然燃油系统管路设计的历史已经很长了，但至今一是尚未形成一套较为完善的 理论，往往采用近似的计算方法，误差较大；二是根据经验，或根据试验结果来确定其具体 结构参数。总的说来，目前的设计水平还远远不能满足设计新型号的需要，因此应重点对燃 油系统管路的设计理论进行研究。可以相信，随着科学技术的发展，有关燃油系统管路的设 计理论必将有新的突破。 参 考 文 献 1 林肖芬，顾宏斌．飞机系统设计原理．南京航空航天大学出版社，1 997．7 2 HB6483--90 飞机燃油 系统 管路 安装要求 ．1990 10 3 盛税超．液压流体力学．机 械工业 出版杜 ，1980年 5月第一版 53 维普资讯 http://www.cqvip.com