燃油系统

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2008/10/29 20:40

在老式的飞机上, 为了储存燃油又不漏油, 所以是用塞在机体里的橡皮囊当作油箱. 虽然橡皮囊会增加不少额外的重量, 不过以前的飞机飞不远, 油也载不多, 油箱也小, 所以这种方式还能接受. 但现在的长程客机载油量惊人, 而且制造的技术也进步了, 所以都直接利用机体的结构来当油箱, 称为结构油箱. 这样就可以省下橡皮囊的重量, 不过在设计及制造过程中, 就要特别注意这些油箱的防漏工作. 747-400 上的油箱分布及容量如下图所示 :

多数的客机多以机翼作为储油空间, 尤其翼根部份比较厚, 更是主要的储油区. 机身则多分配给载客与载货的空间. 在 747 系列中, Tail tank 是在 747-400 之后才有的设计. 不过其设计纯粹为储油空间, 不像 MD-11 还利用 tail tank 内的油量来调整飞机的重心.

其中 #1, #2, #3, #4 main tank 及 Center wing tank 是主要的供油油箱, 内有燃油加压帮浦, 可以供应引擎的用油. #2, #3 reserve tank 则会在飞行中分别注入 #2, #3 main tank. Tail tank 的油则是注入 Center wing tank 中.

在加油的过程中, 若操作人员疏失, 导至油加太满时, 满出来的油会流到 Surge tank, 一但侦测到 surge tank 内有油, 系统会中断所有的加油动作, 以防溢出的油造成意外.

不论是对飞行员或机上的系统来讲, 飞机上的油量, 都是非常重要的参数. 除了用来计算飞机能不能在油用完之前到达目的地之外, 机上油箱油量的分布, 也会影响飞机的平衡, 此外燃油是飞行中{wy}会影飞机重量的参数 (总不会没事丢个乘客或货盘下飞机吧 !), 因此也是决定飞机是否超重的重要因素.

为了xx的得知油箱内的油量, 机上有一套专门的系统来计算油量. 首先介绍的是 tank unit. 它与汽车上用的油量计大致相同, 都是利用电容的原理, 来感测油面的高度. 不过 747-400 上共有七八十个这种 tank unit, 可以在飞机不同姿态下量到更xx的油面高度. 此外为了减小温度变化对电容的影响, 另外还有所谓的补偿器 (compensator) 可以把温度效应减到最小.

有了 tank unit 及 compensator , 就可以得到每个油箱正确的燃油体积, 但是还需要有个密度计, 把体积换算成重量, 才符合我们的需求. 飞机上的密度计是利用一个浸在油里的震动片来获得. 当油密度改变时, 其黏滞系数 (液体的黏稠度) 也会跟着改变, 一并影响到震动的频率 (密度越大, 黏滞系数越大, 震动频率也越慢). 由此得知燃油密度之后, 就可以算出每个油箱内的燃油重量了.

油箱的油要进入引擎燃烧, 必须有一加压系统, 也就是这里要介绍的供油系统. 不过这只是一个初步的加压系统, 在每个引擎上另外有个别的帮浦, 会再把这些油加压, 注入燃烧室燃烧.

基本上 #1, #2, #3, #4 main tank 分别供应 #1, #2, #3, #4 号引擎的用油, 因此在每个 main tank 里都有两个加压帮浦 (称为 boost pump) 及个别的供油管路. 但是从前面的介绍里, 我们知道 #2, #3 main tank 比 #1, #4 main tank 容量大多了, 因此有时候需要将 #2, #3 main tank 的油供到 #1, #4 号引擎燃烧. 为此在 #2, #3 main tank 里, 加装了两个更有力的 override/jettison pump.

所谓 "override", 顾名思意就是 "骑上去", 因为此帮浦所产生压力, 比 boost pump 大得多, 既使两种帮浦同时运转, 送到引擎的油也是多由 override/jettison pump 所提供. 至于 "jettison" 则是此帮浦的另一个功能, 留待泄油系统中在说明.

Center wing tank 也是依同样的道理, 装了两个 override/jettison pump. 为了让引擎能从不同的油箱来供油, 因此机上又设计了 cross-feed valve, 让每个引擎的供油管路与其它油箱可以相通. 另外在 tail tank 里也有两个帮浦, 不过这并不直接用在引擎供油, 只是用来把 tail tank 的油传到 center wing tank.

以上所介绍的帮浦及供油管路总结如下图所示 :

至于驾驶舱内的控制, 也相当一目了然, 只要熟悉上图所示的管路分布, 控制面板上各个按键的功能也不言可喻.

细心一点的读者可能会注意到, 在标示飞机{zd0}重量时, 常会分成 "{zd0}起飞重量" 与 "{zd0}降落重量", 而且两者常常是不同的. 以 747-400 为例, {zd0}起飞重量 : 396,830 kg, {zd0}降落重量只有 : 285,710 kg . 这是因为降落时会承受比较大的冲击, 自然重量的限制会比较大. 一般情况下, 飞机油量都经过仔细计算, 当飞机到达目的地时, 剩油并不会使飞机总重超过{zd0}降落重量.

但是当飞机满载起飞后, 万一碰到机件故障, 需立即返回机场降落时, 可能就会发生飞机重量超过{zd0}降落重量的问题, 这时只有把燃油泄出, 降低飞机总重. (总不能把客人货物空投罢 !), 因此飞机上设计了泄油系统, 来应付这种特殊状况 (否则就只有兜圈子, 让引擎来烧掉过多的剩油了).

驾驶舱内对泄油的控制如下 :

747-400 上共有两套控制泄油的控制电路 (A, B), 一旦飞行员决定执行泄油, 就会将 . Fuel jettison control selector 由 "OFF" 选到 "A" 或 "B" 的位置, 再由  Fuel to remain selector, 设定飞机上要留下多少油, 此时所有的 override/jettison pump 已自动开始运转, 只要{zh1}再按下 Fuel jettison nozzle valve switch, 油箱里的油就会经由 override/jettison pump 加压, 由位在翼尖的放油管排出机外. 一旦机上的剩油到达设定值, 泄油动作自动停止.