飞机燃油系统闪电防护研究

摘要：飞机燃油系统的闪电防护设计及验证，历来受到航空工业界及适航当局的普遍关注。飞机燃油系统闪电防护设计的主要途径：一是消除点火源； 二是将油箱内部燃油蒸气与空气的混合比例控制在不可燃范围内。

关键词：燃油系统；闪电防护；点火源

雷电现象对飞机的燃油系统有潜在的危害，仅仅传导1A电流的电弧或火花就足以引燃燃油蒸汽，而闪电可能向一架飞机注入数千安培的电流。

由于燃油系统的元器件遍布整个飞机的大部分区域并占据飞机较大部分的体积，包括燃油箱及相关的通气和输油管路、电气控制和仪表指示等部件，飞的闪点感应电压也会导致火花的产生， 因此，油箱内部的电缆需考虑闪电的间接效应影响。

此外，其它的用电设备如电动燃油泵、燃油测量计算机、电动驱动阀也需考虑间接效应对产品及系统功能的影响。

二、燃油系统闪电防护的要求

在CCAR-25中飞机燃油系统闪电防护的要求最初体现在第25.954条款， 分别针对燃油箱结构和系统部件。第25.954条款内容要求飞机燃油系统的设计和布局，必须防止由于闪电而点燃燃油系统内的燃油蒸汽，第25.863条涉及油箱外和闪电相关的可燃液体防火，第25.1316条涉及带电设备因闪电环境引元器件布置的位置和飞机的闪电分区图制定相应的闪电防护措施与试验要求。

间接效应：由于闪电流流经油箱结构并且会在连接油量传感器的电缆上感应出高电压，油量传感器可能承受很高的电压，压差过大可能导致传感器与结构件之间的空气被击穿产生电火花。飞机上的闪电电流可能在电缆、导线上产生感应电压，如果该电缆进入油箱内， 那么感应电压很可能引起火花。油箱内的电动燃油泵、电驱动阀等电子设备应根据油箱内部的闪电环境参数设计设备， 确保产品工作正常。

点火源特性：雷击可能导致的油箱点火源可分为电着火源（电弧和火花）、热着火源（包括热表面、油箱壁熔融＼击机被雷击对燃油系统无论是直接影响还是间接的影响，对飞机来说都可能是灾难性的。

通常在飞机的油箱内一直存在可燃的燃油蒸气，如果燃油蒸汽与空气的混合比例处于可燃比例范围内，而且闪电效应的影响在油箱内部产生了点火源， 就会点燃油箱内部的燃油蒸气导致飞机发生灾难性事故。本文针对飞机燃油系统闪电防护的要求、设计所需考虑的问题。

一、闪电对燃油系统的影响

闪电对飞机燃油系统的影响可分为直接效应和间接效应两种。

直接效应：可能会导致诸如飞机蒙皮被击穿或结构发生扭曲、变形等严重损害飞机结构的问题，也可能会在某一飞机结构连接处产生火花或电弧，若火花或电弧发生在油箱内部，最直接的危害就是点燃燃油蒸汽，进而引起油箱爆炸。

间接效应：由于油量测量系统的传感器均安装在油箱内部，其电缆上出现起的功能失效方面的防护要求。

理解上述标准，其要求本质及符合性方法见表 1。

三、燃油系统闪电防护设计考虑

（一）燃油系统闪电防护设计面对的问题

燃油系统闪电防护设计应紧扣油箱内点火源能量限制的要求，同时应考虑安装位置、间接效应、闪电分区、点火源特性、电流电压、材料特性、失效模式和电搭接等方面的问题。

安装位置：应尽量避免将燃油系统布置在1A区和1B区，并根据燃油系统穿、通气口＼排油口被引燃传入油箱等）。

电流电压：与闪电特性相关的要求。

材料特性：不同的油箱结构材料在被闪电击中时呈现的特点会有较大的差异，对于传统的金属结构油箱，通常要求蒙皮厚度大于2mm，如果选用符合材料的油箱则需根据所选材料进行专门试验，设计油箱壁的厚度。

电搭接：为了降低雷电对发动机等飞机重要部件的破坏，这些部件必须接地，以防止火花从一个金属结构跳转到另一个结构。这对油箱内区域意义重大， 因为当电流在电阻结合部件释放大量的热量时，燃料在这些区域有可能被点燃。失效模式：主要按25.981（a）（3）的要求进行考虑，单个失效与潜在的非极小可能失效（小于每飞行小时10-7次的组合），不应导致点火源；未表明是极不可能（小于每飞行小时10-9次）的任何失效组合不得导致点火源。

（二）燃油系统闪电防护设计的主要措施

燃油系统闪电防护中最重要的防护特征均与燃油箱相关，而在大多采用铝制金属结构整体油箱的飞机上，油箱结构具有良好的导电性，大部分闪电流在蒙皮的外层流动，然而由于电磁的趋肤效应，大至几千安培的电流在油箱内部结构和管道上流动。

按燃油系统闪电防护特征的要素、等级整理出消除点火源的主要设计措施见表2。

四、结束语

飞机燃油系统的闪电防护设计是保证飞机可靠性和安全性的重要组成部分。在设计的前期应仔细做好规划，根据飞机的闪电分区特点以及燃油系统的构型分布、材料的选择等情况，提出闪电防护要求。

通过参考相关规范标准和咨询通告， 对飞机燃油系统闪电防护的要求进行了归纳和总结，为后续的系统研制提供有益的参考。

参考文献

[1]王卉.飞机燃油系统的闪电防护设计[J].国际航空 2012（2）：51-53.

[2]张斌，宋自强等.飞机燃油.系统闪电效应研究[J].中国民航大學学报2015，33（1）：5-8.

[3]（美）E.John Finnemore/ Joseph B.Franzini编著《Fluid Mechanics with engineering Applications》， 麦格劳—希尔教育出版集团，2005.

（作者单位：陕西飞机工业（集团）有限公司；作者简介：吴川，生于1980 年，本科，高级工程师，研究方向：飞机燃油系统。）