飛機加油車加油系統水力計算

范雪峰

中航工業鐵嶺陸平專用汽車有限責任公司 遼寧鐵嶺 112001

1 前言

為保證飛機航空燃料安全、快速加注，飛機加油車加油系統設計時，要依據不同飛機規定的加油工作壓力與流速要求，合理設計管線通徑及動力單元輸出參數，以避免對飛機內部燃油系統造成不可逆轉的破壞，同時盡可能地降低靜電荷的產生、積累和液流沖蝕等潛在風險。為此，在飛機加油車設計過程中對加油系統需要進行水力計算，以保證在具體目標值下飛機加油車加油系統管徑及動力單元輸出參數滿足各項安全性能指標要求。本文將以一組雙63飛機加油車加油管路原理為例，對飛機加油車管路系統原理及水力計算流程予以介紹。

2 雙63加油管路原理介紹

雙63加油管路系統主要是為大中型飛機壓力加油而設計的，可以實施對飛機壓力加油作業，同時還具備真空抽回油、底部裝油等功能。加油時通過兩個63 mm口徑的壓力加油卷盤對飛機進行加注，根據不同的作業要求，可以使用單卷盤作業，也可以同時使用雙卷盤作業。

雙63加油管路原理如圖1所示。

壓力加油作業（藍色所標箭頭路徑）：飛機加油車對飛機加油時氣控底閥開啟，燃油經軟連接件、泵前過濾器至油泵，再流經管內壓力控制閥進入過濾器，經過濾后的燃油通過流量計、控制閥、文氏管至加油卷盤；最后通過加油卷盤上的壓力加油接頭和飛機油箱連接，燃油進入飛機油箱。

真空抽回油作業（紅色所標箭頭路徑）：燃油由加油卷盤流經控制閥、軟連接件、泵前過濾器進入油泵，再經管內壓力控制閥進入過濾器，過濾后的航油通過流量計、回油控制閥至高液位系統底閥進入加油車油罐。燃油也可以經另一只加油卷盤抽入到其他回收油罐內。

底部裝油作業（黑色所標箭頭路徑）：燃油通過壓力加油接頭、控制閥至高液位系統底閥進入加油車油罐。

3 水力計算

由于不同飛行器對燃油加注壓力及流速要求各有不同，本文僅以GJB 4433―2002《飛機加油車通用規范》中針對這兩項數據的要求，對管路系統中加油管路管徑及加油泵主要參數進行計算，以確定主要設計參數。

依據《飛機加油車通用規范》中對飛機加油系統加油作業要求的規定[1]，飛機加油過程中，供油系統管端出口壓力為（0.345±0.034 5）MPa，飛機加油車加油系統膠管內徑63 mm時單管壓力加油額定加油流量為72 m3/h（1 200 L/min）。

3.1 主管路管徑確定

目標值確認后，首先對加油系統管徑進行及時確認。管徑主要取決于流量和流速，不同性質的介質在不同的操作工況下選用的安全流速不同，原則是粘度大的介質，流速應低；反之流速應高。同時為防止管路產生沖蝕、磨損、震動、噪聲流速也需優選略低的流速。飛機用3號噴氣燃料屬于易燃液體類危險品，同時還需要考慮靜電荷的產生和積累，參考通用安全要求中流速最大不能高于7 m/s的規定，本文選取5 m/s的流速進行計算。

系統單管額定加油流量Q=72 m3/h，系統壓力為0.38 MPa。按5 m/s的流速計算主管路管徑D[2]：

由公式(1)計算可得主管路管線通徑的理論值為D=71 mm，此數值介于63.5 mm（2.5″）與76.2 mm（3″）范圍，基于安全方面的考量，管線設計通徑選擇76.2 mm。故選擇規格為90×5 mm的鋁合金管[3]，閥件、軟連接件、流量計等按等通徑原則均選擇公稱尺寸DN80或等同此規格的元器件。

3.2 離心泵確定

管徑確認后，根據系統流量、壓力等要求，初步確認加油系統離心泵基本參數范圍：流量參數應不小于72 m3/h，揚程參數不小于40 m。

3.2.1 流量確定

根據離心泵的選型原則，油泵的額定流量應取正常額定加油量的1.05～1.15倍，考慮到系統運行的可靠性、穩定性、降低噪聲等方面因素，油泵額定流量確定為80 m3/h。

3.2.2 揚程計算

揚程計算主要考核加油管路沿程損失，通過計算沿程損失和系統壓力確認泵出口壓力，進而確定泵揚程。根據流體力學及其他相關資料計算管路損失，計算流程及結果如表1所示。

表1 1 200 L/min加油時加油管路阻力損失計算表

注：1. 過濾器壓差0.11 MPa為最大壓差狀態；2. 流量計壓降根據不同規格的流量計略有不同；3. 加油軟管的阻力系數為實驗數據。

由表1的計算結果可知，在額定加油流量狀態下，系統供油壓力為0.38 MPa時，泵出油口壓力p為：

由公式(2)、(3)計算可得，p=0.7 07 M Pa，H=92.49 m。

由于雙63管路系統加油時無自吸加注工況，離心泵自吸氣蝕余量和吸油管路損失無須進行校核計算，故依上述計算結果可以確認雙63管路系統管徑及離心泵的基本設計參數。在保證規定的壓力、流量的前提下，在安全流速范圍內，油罐至63加油卷盤間硬質金屬管線及閥件通徑設計值應為76.2 mm，離心泵流量可選擇80 m3/h，揚程可選擇100 m。

4 結論

通過對管路系統水力計算可以有效地得出飛機加油管線主要部件的關鍵參數，為管線設計、選型提供有力地理論支持及驗證，從而可降低飛機加油車對飛機進行燃油加注時的潛在風險；同時還可以對其他同類產品的設計、選型提供有益的借鑒與支持。

[1] GJB 4433―2002 飛機加油車通用規范[S]

[2] Frank M.White流體力學[M] 北京:清華大學出版社,2004.

[3] 成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2009.