不可用燃油量试飞

冷中明

前段时间，笔者在网上看到一则热搜新闻，说某航空公司一航班在机场排队快两个小时，眼看快起飞时却发现飞机没油了，不得不回去加油。按当班机长的说法，飞机是因为“排队时间过长导致消耗燃油过多”。

一般而言，为了确保飞行安全，飞行前机务都会按照航线要求加注所需任务用油，并留有一定备用燃油，以便飞机遇到突发状况时还能继续飞行一段时间，支撑到安全地点着陆。

但是，这架飞机当时已经滑出停机坪，在滑行道上排队。飞机发动机都已开机运转，以便随时可以加大马力迅速起飞。喷气式发动机可不是汽车发动机，即便怠速运转，也要消耗可观的燃油，因此排队两小时后需加油也属于正常了。

我们从民用飞机燃油系统典型油箱结构布置图可知，集油箱作为直接给发动机供油油箱之一，布置有燃油泵，分别通过供油管路独立给左/右发动机供油，还可通过设置引射泵等手段把其他油箱内的燃油转输到集油箱内，确保集油箱在几乎所有飞行时间内都保持满油状态，持续给发动机供油。在低于一定油量时，相关设备会通过低油量告警提醒飞行员，但这时油箱剩余燃油仍可确保飞机能够安全备降和着陆，极端情况下才会发生燃油耗尽、机毁人亡的事故。

为充分验证民用飞机燃油系统的可靠性和安全性，为获得和验证极端条件下燃油系统数据，民用飞机在试飞中就不得不进行一项试验——人为耗尽飞机油箱燃油，甚至飞到发动机停车。这就是民用飞机燃油系统一项重要的飞行试验：不可用燃油量试飞。

不可用燃油量的概念

由于民用飞机油箱尺寸较大，受制于油箱结构设计特点和燃油泵布置，油箱中一定量的燃油是不可能被泵送给发动机的，这部分燃油称为不可用燃油。不可用燃油量是飞机使用寿命期内机队必须承担的重量，代表飞机的直接重量损失。该数据的大小，作为民机燃油系统设计重要技术指标之一，需要通过试验的方法获得。

不可用燃油量由两部分组成：一部分是燃油箱中的“死油”，也叫不可排放燃油，是留在油箱中无法被排放出的燃油，一般在飞机总装后通过机上地面试验测量得到;另一部分是飞行时无法泵送给发动机的剩余燃油中可被排放出的燃油，其数据一般通过飞行试验测试得到。

根据CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》第25.959条——不可用燃油量规定，为了获得“在最不利供油条件下”的不可用燃油量，应当对燃油系统结构形状进行分析，以确定试验油箱的临界试验条件，使得试验程序不会导致非保守不可用燃油量。在飞行试验前可以借助试验飞机燃油箱模型，依靠建模软件对各种飞行姿态下的不可用燃油量进行计算分析，确定临界供油飞行姿态，并由此选择试验条件。

根据适航条款要求和CAAC建议，申请人开展不可用燃油量试飞时，一般选取侧滑和动态机动等不利供油条件，以及平飞、爬升、下降等预定运行动作，让飞机耗油直至发动机出现不正常工作状态，甚至停车。

不可用燃油量的试飞方法

进行不可用燃油量试飞的过程中，在确定好试验飞机油箱最不利供油条件和临界飞行姿态后让飞机保持飞行，当油面低于燃油泵吸油口时，油箱中剩余燃油將无法被泵送至发动机。但这时供油管路中尚有部分燃油，仍能保证发动机运转。随着燃油消耗，燃油流量减小，发动机转速会出现不稳定，这时可以认为“发动机工作开始出现不正常”，此时试验油箱剩余燃油就是对应飞行姿态下的不可用燃油。

为了获得较为保守的不可用燃油量，在发动机转速出现不稳定时，飞机可以采用以下2种方法返场着陆：

一是单发着陆。将发动机燃油控制开关拨到“OFF”位，关闭供油管路燃油切断阀门，试验发动机停车，试验油箱燃油将无法再被发动机消耗，飞机单发返场着陆。

二是双发着陆。打开交输供油阀，关闭试验油箱内的燃油泵，利用非试验油箱给双发供油，在试验侧发动机转速上升并稳定后，双发返场着陆。

进行不可用燃油量试飞时，为了减少试验时间，需要将试验油箱油量调整至接近不可用燃油量，非试验油箱加注满足任务所需燃油，并且要求左/右油量差值不能超过飞机允许的最大不平衡燃油量。因此，试验动作结束后，飞机将以较大的不平衡燃油量返场着陆。

两种试飞方法的对比

从飞机的操稳特性和试飞风险来看，上述两种试飞方法各有利弊。方法1关闭试验发动机，飞机单发返场着陆，为了维持航迹和姿态，既要使用副翼平衡不平衡燃油量产生的滚转力矩，又要利用方向舵修正较大不对称推力产生的偏航力矩。在不对称推力作用下，飞机还会存在一定的侧滑，试验状态如图a所示。

方法2与方法1相比，在左/右机翼不平衡油量相同的条件下，双发同时工作，可以消除不对称推力产生的较大偏航力矩对飞机操纵带来的不利影响。使用副翼平衡不平衡燃油量引起的滚转力矩，并利用方向舵纠正使用副翼带来的偏航力矩，试验状态如图b所示。

基于以上分析，在同样不平衡燃油量条件下，方法1和方法2舵面偏角都有较大的操纵余量，但是方法2可以获得更好的飞机操稳特性;在自动驾驶功能不具备时，方法2可以一定程度上减轻机组人员的操作负担。

从试飞风险来看，方法1关闭试验发动机，飞机单发返场着陆，存在非试验发动机失效的可能性，双发停车概率增大。双发停车后，飞机将无动力着陆，有可能造成灾难性后果。

方法2双发返场着陆，则会降低双发停车的概率，减小机组人员的工作负担。另外，双发下降返场，燃油消耗加大，非试验油箱油量减少更快，会在一定程度上减轻不平衡油量对飞机操纵的影响。但是，燃油消耗过快，试验机若无法及时返场着陆，对飞行安全也会产生极大影响。

综上所述，无论方法1还是方法2，不可用燃油量飞行试验都存在较大的安全风险，为保障飞行试验安全，在试验前会组织各专业开展仔细的安全评估工作，制定详细的风险降低措施和应急处置措施，比如：在本场开展;在试验动作结束后，尽快组织飞机返场着陆;并在不超过允许的最大不平衡油量前提下，尽量多装燃油，以保证剩余燃油可以满足返场燃油要求等，确保飞行安全。