不可用燃油

不可用燃油是貯存在飛機油箱內且無法提供給發動機消耗的那部分燃油。

由於飛機在大尺寸燃油箱內貯存大量的燃油，幾分之一英寸的燃油平鋪在 一個大燃油箱的底部，如果向發動機供油的燃油泵不能泵送這些燃油，就可能存在大量的不可用燃油。不可用燃油代表飛機的直接重量損失，因為在計算執行任務 所需的燃油量時，不可能用到這一燃油量。

不可用燃油屬於營運空重的一部分，所以為降低營運燃油消耗成本，要儘可能地將不可用燃油量降至最低。 在飛機燃油箱與燃油系統設計時，就必須制定最大的不可用燃油量指標，並按該不可用燃油量指標要求指導油箱結構以及燃油系統管路、設備的布置。

基本介紹

• 中文名：不可用燃油
• 外文名：Unavailable fuel

適航條款規定

AC25-7A對不可用燃油量的解釋為：不可用燃油量為在飛機完成不可用油試驗後，使飛機處於水平地面上，可以從燃油箱排液口排出的燃油量。

運輸類飛機適航標準CCAR-25-R4第25.959條規定：每個燃油箱及其燃油系統附屬檔案的不可用燃油量必須制定為不小於下述油量：對於需由該油箱供油的所有預定運行和機動飛行，在最不利供油條件下，發動機工作開始出現不正常時該油箱內的油量。不必考慮燃油系統部件的失效。

同時，運輸類飛機適航標準CCAR-25-R4第25.1337(b)(1)條規定：每個燃油油量表必須經過校準，使得在平飛過程中當油箱內剩餘燃油量等於按第25.959條確定的不可用燃油量時，其讀數為“零”。由此可見，商用飛機必須按照適航條款要求來確定不可用燃油量，並根據確定的不可用燃油量校準燃油油量表，以確保飛機燃油量指示準確可靠。確定商用飛機不可用燃油量的適航驗證活動也是圍繞CCAR-25-R4第25.959條與第25.1337(b)(1)的要求來進行的。

計算不可用燃油量意義

隨著飛機航程以及尺寸的增加，飛機的載油量在不斷增大，少則十幾噸，多則上百噸。在飛機油箱中，即使幾分之一英寸的燃油平鋪在一個大燃油箱的底部，倘若向發動機供油的燃油泵不能泵送這些燃油，就可能存在大量的不可用燃油。這些不可用燃油代表飛機的直接重量損失，因為在計算執行任務所需的燃油量時，不可能用到這些燃油。一般在飛機交付前，都必須通過飛行試驗確定出飛機的不可用燃油量。通過不可用燃油對燃油流量表進行校準，以保證駕駛艙內油量表指示的準確性。

理論計算方法

燃油箱載油模型

商用運輸類飛機的燃油一般貯存在飛機機翼與機身內的整體油箱內。機翼與機身內油箱結構根據總體設計要求來確定，在結構專業設計出初步的燃油箱結構時，便可以根據油箱結構進行初步的載油量與不可用燃油量分析。

在進行載油量與不可用燃油量分析時，利用結構油箱數模，在商用建模軟體CATIA中提取出油箱內膜面，再利用內膜面生成燃油載油部分數模。由於油箱結構複雜，包含肋板、口蓋、長桁、壁板、油箱內管路及設備等眾多部位，提取的油箱內膜面數量往往數以千計且曲面不規則。即使全部提取出這些內膜面，仍然是無法直接生成燃油實體模型，需要對眾多局部細節進行修補方可生成。這部分內膜面的提取與修補的工作目前基本由人工手動完成，工作量極大，目前國內商用飛機設計單位尚未具備自動生成油箱載油部分數模的專用工具。

油麵角確定

適航條款25.959條中對不可用燃油量的界定中提到了“所有預定運行和機動飛行”、“最不利供油條件”等關鍵字，申請人在試驗與試飛時一般按平飛、爬升、下降、側滑等飛機姿態來確定不可用燃油量，並以這四種典型狀態下獲得的最大不可用燃油量數值校準油量表。

飛機在垂直剖面內飛行時，飛機的傾斜角為0，同時在飛機傾斜方向上不存在過載，故傾斜方向上的油麵角均為零。在垂直剖面內飛行時，飛機姿態主要有平飛、爬升及下降，相應的油麵示意圖分別如圖1、圖2和圖3所示，圖中所示的符號說明見表1。

（1）平飛狀態

如圖1所示，當飛機等速平飛時，加速度為0，油麵角為飛機飛行迎角，即Ω=α；當飛機加減速平飛時，加速度為α（加速時為正，減速時為負），油麵角Ω=α+Ω_n，其中Ω_n為過載引起的油麵變化角。

（2）爬升狀態

如圖2所示，當飛機等速爬升時，加速度為0，航跡俯仰角為θ（為正），油麵角Ω=α+θ；當飛機加減速爬升時，加速度為a（加速時為正，減速時為負），油麵角Ω=α+Ω_n，其中Ω_n為過載引起的油麵變化角。

（3）下降狀態

如圖3所示，當飛機等速下降時，加速度為0，航跡俯仰角為θ（為負），油麵角Ω=α+θ；當飛機加減速下降時，加速度為a（加速時為正，減速時為負），油麵角Ω=α+Ω_n，其中Ω_n為過載引起的油麵變化角。

（4）側滑狀態

側滑狀態下，可認為飛機在水平剖面內飛行，考慮按照傾斜帶側滑直線飛行時能夠保持的最大傾斜角來確定燃油箱內的油麵角。

在計算側滑狀態下的油麵角時，考慮飛機按照起飛階段、巡航階段、進近階段及著陸階段等來進行計算，並考慮不同的飛機重量與飛機重心情況，從而得出在側滑狀態下不同組合情況下的飛機油箱內的油麵角。

不可用燃油量計算

在根據上述燃油箱載油模型可獲得燃油箱載及根據油麵角確定所述油模型及燃油油麵角後，即可利用獲得的油麵角與油箱載油模型分析獲得理論的油箱不可用燃油量，一般的不可用燃油量計算分析步驟如下：

（a）按燃油箱載油模型所述，利用油箱內形面圍成一個實體，去除油箱結構等所占體積；

（b）按油麵角確定所述，通過飛機姿態和過載確定油麵角；

（c）根據發動機工作狀態，確定供油系統不能抽吸的油麵位置；

（d）使用不可用油麵切割油箱圍成的幾何實體，測量餘下的數模體積；

（e）相同原理根據放沉澱閥安裝位置切割出不可放油量（不可放油量：無法通過油箱上的放油槽放出的燃油）；

（f）用步驟（d）中切割出的燃油量減去不可放油量即為不可用燃油量。如下圖4所示，為油箱內不可用燃油量分析示意圖，該分析結果綜合考慮了燃油箱載油模型、油麵角、燃油泵及放油槽的安裝位置等因素。

不可用燃油量試飛

雖然可以通過理論分析計算得出飛機燃油箱的不可用燃油量，但最終的用來校準飛機油量表的不可用燃油量數據仍然需要通過試飛進行實際驗證，特別是對油箱預計使用範圍內確定的最大不可用燃油量及姿態進行試飛驗證。

風險及安全措施

在進行飛機不可用燃油量試飛時，當發動機轉速出現擺動時，必須關閉試驗發動機，飛機單發著陸。此外，飛機的不平衡油量遠遠大於限制值，可能對飛機操縱性帶來不利的影響。如果受天氣、空域等未知因素的影響，飛機不能及時著陸，飛機燃油耗盡，飛機將雙發停車。

根據上述的風險點，制定相應的安全措施如下：

（1）飛行員應進行過模擬單發飛行訓練，掌握單發飛行技術，遵守飛行手冊中關於單發操作的規定。

（2）飛行員進行不平衡油量試飛訓練，評估不平衡油量對飛機操縱性的影響，熟練掌握不平衡油量下飛機的著陸、復飛等操作。

影響因素

試飛中應考慮以下一些因素：

（1）預期在飛機正常進近和著陸中出現的穩態側滑；

（2）對於具有高速俯仰和橫滾操縱能力的飛機，應考慮突然的機動動作影響；

（3）以最大加速率和能達到最大俯仰姿態的最大上仰速率復飛；

（4）燃油晃動對不可用燃油量的影響。

減少不可用燃油方法

中央翼油箱可能帶來一個特別的難題，因為這些油箱通常具有大面積的平面箱底。另一方面，機翼油箱通常具有大的上反角，在正常飛行過程中，使燃油都聚集在內段。因此，通常的做法是將供油泵的位置安排在機翼油箱的內段，為的是將不可用燃油量減至最少。

但是，必須予以考慮由於飛機姿態和加速度力的變化而引起的燃油油麵姿態的變化。此時飛機的俯仰角是最關鍵的問題，因為在爬升和下降過程中，可能分別採用持續不變的正和負俯仰角。橫滾機動影響燃油油麵只是瞬時的，因為通常採用協調轉彎。

因此，在機翼油箱內，通過每個油箱使用兩個供油泵的方法，可將不可用燃油減至最少，一個泵設定在內前側位置，另一個泵設定在內後側位置，如圖3—10大致所示。這一設計技術已經成功地用於當今許多商用運輸機上。從安裝的觀點考慮，可遠距安裝燃油泵，使用一根進口吸油管，從油箱前角和后角處吸取燃油。例如，供油泵可採用梁式安裝，安裝在供油箱的後樑上，如圖3—10所示。其優點是，下蒙皮上無開孔，不需要為容納進人泵電動機的電線而加整流包皮，然而這種布局將會帶來吸油壓力性能損失，在高空飛行期間，此損失可能很大。

採用這種布局，後泵將支持爬升階段飛行，因為燃油向油箱後面流動，在下降過程中，前泵進油口將被燃油覆蓋。