民用飞机油箱干舱设计对燃油消耗曲线的影响分析

王瑞+赵俊辉

【摘 要】民用飞机在飞行过程中随着燃油消耗飞机重心不断变化，而燃油重心的变化往往很复杂，油箱干舱的设计给燃油重心的计算增加了复杂度。本文主要探讨油箱干舱的设置对于燃油消耗曲线的影响，以进一步考察燃油消耗曲线的计算的油箱模型是否有必要对干舱部分进行处理。本文建立了带有干舱和无干舱设计两种油箱模型，对两种油箱模型的燃油消耗曲线进行计算分析。计算结果表明，干舱部分对应的燃油重心对整个油箱的燃油消耗曲线计算分析影响很小，在进行燃油消耗曲线计算时，在工程误差的许可范围内，为降低计算复杂度可不对干舱进行处理。

【关键词】燃油消耗曲线；重心；油箱；干舱

中图分类号： V22 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）23-0081-002

【Abstract】The center of gravity of the aircraft changes as the fuel consumes during flight.The computation of center of gravity of fuel is usually complex.The design of dry bay increases the complexity of fuel center of gravity computation.In order to investigate the necessity of considering fuel tank dry bay design when fuel consumption curve is computed，the influence of fuel tank dry bay design on fuel consumption curve is discussed.One fuel model with dry bay and other fuel model without dry bay are established.Their fuel consumption curves are computed and analyzed.The analysis results show that the influence of center of gravity of dry bay fuel on fuel consumption curve is very small，and that the dry bay can be ignored during the computation of fuel consumption curve within the allowable range of engineering errors.

【Key words】Fuel consumption curve；Center of gravity；Fuel tank；Dry bay

0 引言

飞机飞行过程中，重量重心的变化影响着飞机的飞行性能。而在飞机整个飞行过程中，燃油的消耗时刻改变着飞机的重量和重心。燃油消耗曲线描述了飞行过程中飞机燃油重量重心的变化，因而研究分析燃油消耗曲线是飞机重量工程一个重要的方向。

根据适航条款25.863条“可燃液体的防火”与25.1185条“可燃液体”，燃油箱安装、布置需要考虑到油箱可能的渗漏要避开发动机火区[1]，解决办法一般是在发动机火区上方可能会有燃油渗漏的区域设置不载燃油的防火干舱，使油箱布置避开该区域。干舱就是油箱中的一块隔舱，与周围完全隔离，里面没有燃油。干舱可以防止碎片击穿油箱后燃油滴落到发动机火区之上造成火灾。对于翼吊形式的发动机而言，发动机在转子失效时产生的大碎片极有可能会击穿油箱，给飞行造成安全隐患，所以油箱中一般会设置干舱[2]。但对于燃油消耗曲线计算来说干舱设计增加了计算的复杂度。考虑到干舱部分对应的燃油重量不是很大，如果这部分燃油对燃油消耗曲线影响甚微的话，燃油消耗曲线计算则可以忽略干舱部分的影响，建立更为简单的油箱模型，如此则能够提高燃油消耗曲线的计算效率。

因此，研究干舱设计对燃油消耗曲线的影响具有现实意义。本文主要探讨燃油箱干舱的设置对于燃油消耗曲线的影响，以进一步考察燃油消耗曲线的计算的油箱模型是否有必要对干舱部分进行处理。

1 建立油箱模型

建立无干舱和带干舱的两种油箱模型，見图1、图2。坐标系X轴为航向方向，坐标系Z轴为横向方向，Y轴为垂直于XZ平面，向上为正，XY平面为飞机的对称面。由于飞机油箱是对称设计，油箱油量整体上Z轴坐标为0。由于影响飞机安全主要是纵向重心，所以本文只关注纵向重心即X方向的影响。

油箱模型中靠近飞机对称面的部分为中央油箱，远离飞机对称面得部分为外翼油箱。各部分的油量情况见表1。

由表1可知，干舱部分对应的燃油重量为463kg。

2 燃油消耗曲线计算说明

2.1 燃油消耗顺序定义

在飞机飞行过程中，燃油在不断地消耗，飞机重心随着燃油消耗不断地变化。消耗顺序的不同影响着飞机的重心。同时，燃油装载在机翼油箱中，燃油的惯性载荷与机翼在飞行过程中受到的升力方向相反，对机翼起到卸载的作用[3]，改善了机翼的受载情况。因此，从这个角度来说，应尽可能长时间地将燃油储存在外翼中，也即先消耗中央油箱中燃油，最后消耗外翼油箱燃油。

2.2 左侧燃油计算

由于飞机油箱是对称设置，本文只计算左侧燃油的消耗情况。由于左右对称性，左侧油箱的燃油消耗的纵向重心变化能够代表整个油箱的重心变化情况。本文暂不可虑飞机出现不平衡油量的情况。

2.3 燃油消耗曲线分析关键点

通过考察民用飞机的重心云图[4]（见图3，图中C部分为燃油消耗曲线）可发现，燃油整个消耗过程中，飞机重心最靠后时的燃油状态就是中央油箱燃油刚好消耗完、外翼油箱燃油尚未消耗时的燃油。外翼油箱燃油开始消耗时燃油重心将前移。所以这一转折点的燃油重心分析对飞机重心影响最为关键，设为分析关键点。endprint

3 燃油消耗曲线计算分析

根据建立的油箱模型及定义的消耗顺序，对两种油箱模型的消耗曲线进行计算，计算结果见图4。

从图4可知，无干舱油箱模型的中央油箱燃油消耗过程中，该部分燃油消耗曲线与带干舱油箱模型剩余油量相同时之前的曲线基本重合。也即在大于14960kg的燃油重量时，两者油箱模型的燃油重心基本相同。

两种油箱模型中央油箱燃油消耗完全时，即分析关键点，无干舱与带干舱油箱模型燃油重心分别为33.221m，33.294m，两者差值0.072m。无干舱与带干舱油箱模型燃油重心变化的最大值分别为2.398m和2.46m，中央油箱燃油消耗完成时两种油箱燃油重心差值占整个消耗过程燃油重心变化量的比例分别为3%和2.9%。由此可见，干舱部分对应的燃油重心对整个油箱的燃油消耗曲线计算分析影响很小。从燃油重量角度考虑，由表1可知，干舱部分对应的燃油重量占油箱燃油总重比例约为1.1%。重量占比也很小。

4 结论

本文主要研究油箱干舱的设置对于燃油消耗曲线的影响。通过计算分析来考察燃油消耗曲线计算时油箱模型是否有必要对干舱部分进行处理。

通过建立带有干舱和无干舱两种不同的油箱模型，计算并对比了两种油箱的燃油消耗曲线，从而分析出干舱设置对燃油消耗曲線的影响。计算结果表明，建立的无干舱与带干舱油箱模型燃油重心变化的最大值分别为2.398m和2.46m，中央油箱燃油消耗完成时两种油箱燃油重心差值占整个消耗过程燃油重心变化量的比例约为3%。干舱部分对应的燃油重心对整个油箱的燃油消耗曲线计算分析影响很小。干舱部分对应燃油重量占油箱燃油总重比例约为1.1%。重量占比很小。在工程误差的许可范围内，在进行燃油消耗曲线计算时，为降低计算复杂度，可不对干舱进行处理。

【参考文献】

[1]中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准[S].中国民用航空局，2010.

[2]赵海涛.大型客机机翼系统布置设计研究[J].科技信息， 2011，24：752-754.

[3]赵俊辉.民用飞机采用不同油箱分离面对重量重心的影响[J].民用飞机设计与研究，2013（3）：41-44.

[4]飞机设计手册第8册，重量平衡与控制.北京：航空工业出版社，1999.endprint