某型飞机供油系统与搜油系统结合可行性研究

滕 叶 李校光

1.中航通飞研究院有限公司，广东 珠海 519040

2.中航通飞华南飞机工业有限公司，广东 珠海 519040

1 概述

某大型飞机左右机翼上共有4个油箱，每个油箱中有两个供油泵，两个供油泵互为备份，飞行时8个直流供油泵同时工作。飞机使用了4台WJ-6涡桨发动机，由于发动机本身的限制，机上电源主要为直流电源。直流供油泵通常体积较大，也存在着直流转交流损失较高的问题。

2 供油系统与搜油系统原方案介绍

为了简化控制逻辑，保证系统可靠性并减轻机组负担，每个油箱中的两台供油泵并没有采取主泵故障，备份泵自动接通的工作模式。每台供油泵可为两台发动机提供燃油，而8台供油泵同时工作性能上存在比较大的浪费。

4个油箱分别给4个发动机供油，2台搜油引射泵主动流来自供油管路。正常飞行时每个油箱中的供油及引射系统是独立的，取Ⅲ号油箱布局进行示意，见图1。

3 供油系统与搜油系统结合方案

发动机高压驱动泵是按照发动机启动状态来确定其规格的，通常存在很大的过剩能力，可将其用于支持燃油系统供油引射泵。如果不加使用，这部分过量燃油，将溢流反馈给高压泵进口，将导致产生局部热量。

系统使用每台发动机上的高压驱动泵，向各自的供油和搜油引射泵提供主动流。采用此布局，一旦发动机在运转，供油系统完全自持工作，无须电源。

图1 Ⅲ号油箱布局图

ERJ—170系列飞机就采用了此布局，并于2004年投入商业航线使用，表明了该布局是经过验证的，具有较高成熟度。

某型飞机供油系统与搜油系统结合方案见图2。

图2 系统结合方案

一级引射泵（供油引射泵）用于为发动机连续提供规定范围内流量和压力的燃油。

二级引射泵（搜油引射泵）用于快速加满并维持集油箱满油，并且还用于将来自燃油箱沉淀槽的游离水与当地的燃油混合，并以小水滴的形式将水直接引射到供油引射泵吸口。

每个供油引射泵有一台直流泵作为备份，当压力传感器检测到供油压力低于预先设定的最低值，便触发自动切换，由备份的电动机驱动泵供油。且在APU启动时，可借助Ⅲ号油箱电动驱动泵向APU供油。

与ERJ—170的布局不同的是，某型飞机二级引射泵主动流压力值要求不高，该方案中二级引射泵的主动流由一级引射泵的出口流来提供，由此也降低了对发动机高压驱动泵出口高压流量的需求。

WJ-6涡桨发动机上的高压驱动泵为CB-55或RCB-82，是由发动机传动的齿轮式高压燃油泵，用来向燃油调节器供油，其出口压力随发动机工作状态不同而改变。当转速为4840r/min，进口压力127.4KPa～382.2KPa（绝对压力），出口压力为8.82MPa时的供油量≥46L/min（远大于发动机最大耗量）。发动机最大耗油量Q=1030kg/h，折合1320L/h，可知一级引射泵主动流入口流量不大于46 L/min×60 min -1320L/h =1440L/h。

依据第25部适航规章，一级引射泵供油流量需保证发动机耗量两倍的需求。

由发动机耗量、一级引射泵主动流耗量及二级引射泵主动流耗量之和可知一级引射泵出口流量不大于5680L。

一级引射泵性能计算：

式中：

N ——压力比；

Pd——引射泵出口压力；

Pm— —诱导口压力，为油箱内液位差压力；

Pm——主动流压力

引射泵效率计算公式：

其中：

η——引射泵效率；

Ws——被引射（吸入）流量，输入条件为5680L/h-1440L/h=4240L/h；

Wm——主动流流量，输入条件为1440L/h。

典型的引射泵效率的设计范围从20%～35%，取30%作为模拟数值。求得N≈0.1，得一级引射泵出口压力值≈90KPa，与原方案中的直流供油泵出口压力值相当，满足发动机入口压力值要求。且一级引射泵出口压力值即二级引射泵主动流压力值，以RPB-15作为二级引射泵计算。

当工作流入口流量Q1=600L/h～800L/h，工作流入口压力P1=0. 09MPa时，泵出口流量Q2≥1600L/h（试验数据值），泵出口压力P2≥0. 005MPa。

计算得被引射（吸入）流量约为600L/h×2=1600L/h（两台二级引射泵），该值大于发动机最大耗量，且有一定余量，满足飞行性能要求。

4 技术难点

4.1 发动机接口控制

由发动机高压驱动泵引出高压流与燃油系统交联，需要发动机系统和燃油系统设计团队的密切协调。

4.2 交输供油系统控制

原方案中当油量出现不平衡时，可关掉油量少的油箱中的供油泵，并交输供油以平衡油量。在新方案中，由于引射泵是机械泵，不能将其停止工作，所以要使用备份直流泵以纠正燃油不平衡。打开左右对称的油箱对应的交输连通阀，接通油量大的油箱中的直流泵，直流泵的出口压力必须大于供油引射泵出口压力，可使高油量的油箱实现向两台发动机供油，纠正油量不平衡。

4.3 地面模拟试验

对于燃油系统的地面模拟试验来说，试验台不可能包含发动机，所以无法获得来自发动机高压驱动泵的高压油路。因此，为完成燃油系统的地面模拟试验，必须研制燃油增压引射动流源系统，以高压驱动泵在各状态下的流量及压力值作为输入条件，模拟飞机发动机在各种飞行状态下的耗油以及向供油引射泵提供高压主动流。

5 结语

文章为某型飞机供油系统设计提供了一种新的思路，解决了系统性能过剩且严重浪费的问题，同时保证了高可靠性和经济性。该思路也可为其他飞机供油系统设计提供参考。

[1]罗伊·兰顿等著；颜万亿译. 飞机燃油系统[M]. 上海：上海交通大学出版社，2010

[2]闫炜，马柯. 飞机燃油引射供输油系统动流源研制[J]. 液压与气动，2010