飛機燃油系統閃電防護研究

摘要：飛機燃油系統的閃電防護設計及驗證，歷來受到航空工業界及適航當局的普遍關注。飛機燃油系統閃電防護設計的主要途徑：一是消除點火源； 二是將油箱內部燃油蒸氣與空氣的混合比例控制在不可燃范圍內。

關鍵詞：燃油系統；閃電防護；點火源

雷電現象對飛機的燃油系統有潛在的危害，僅僅傳導1A電流的電弧或火花就足以引燃燃油蒸汽，而閃電可能向一架飛機注入數千安培的電流。

由于燃油系統的元器件遍布整個飛機的大部分區域并占據飛機較大部分的體積，包括燃油箱及相關的通氣和輸油管路、電氣控制和儀表指示等部件，飛的閃點感應電壓也會導致火花的產生， 因此，油箱內部的電纜需考慮閃電的間接效應影響。

此外，其它的用電設備如電動燃油泵、燃油測量計算機、電動驅動閥也需考慮間接效應對產品及系統功能的影響。

二、燃油系統閃電防護的要求

在CCAR-25中飛機燃油系統閃電防護的要求最初體現在第25.954條款， 分別針對燃油箱結構和系統部件。第25.954條款內容要求飛機燃油系統的設計和布局，必須防止由于閃電而點燃燃油系統內的燃油蒸汽，第25.863條涉及油箱外和閃電相關的可燃液體防火，第25.1316條涉及帶電設備因閃電環境引元器件布置的位置和飛機的閃電分區圖制定相應的閃電防護措施與試驗要求。

間接效應：由于閃電流流經油箱結構并且會在連接油量傳感器的電纜上感應出高電壓，油量傳感器可能承受很高的電壓，壓差過大可能導致傳感器與結構件之間的空氣被擊穿產生電火花。飛機上的閃電電流可能在電纜、導線上產生感應電壓，如果該電纜進入油箱內， 那么感應電壓很可能引起火花。油箱內的電動燃油泵、電驅動閥等電子設備應根據油箱內部的閃電環境參數設計設備， 確保產品工作正常。

點火源特性：雷擊可能導致的油箱點火源可分為電著火源（電弧和火花）、熱著火源（包括熱表面、油箱壁熔融＼擊機被雷擊對燃油系統無論是直接影響還是間接的影響，對飛機來說都可能是災難性的。

通常在飛機的油箱內一直存在可燃的燃油蒸氣，如果燃油蒸汽與空氣的混合比例處于可燃比例范圍內，而且閃電效應的影響在油箱內部產生了點火源， 就會點燃油箱內部的燃油蒸氣導致飛機發生災難性事故。本文針對飛機燃油系統閃電防護的要求、設計所需考慮的問題。

一、閃電對燃油系統的影響

閃電對飛機燃油系統的影響可分為直接效應和間接效應兩種。

直接效應：可能會導致諸如飛機蒙皮被擊穿或結構發生扭曲、變形等嚴重損害飛機結構的問題，也可能會在某一飛機結構連接處產生火花或電弧，若火花或電弧發生在油箱內部，最直接的危害就是點燃燃油蒸汽，進而引起油箱爆炸。

間接效應：由于油量測量系統的傳感器均安裝在油箱內部，其電纜上出現起的功能失效方面的防護要求。

理解上述標準，其要求本質及符合性方法見表 1。

三、燃油系統閃電防護設計考慮

（一）燃油系統閃電防護設計面對的問題

燃油系統閃電防護設計應緊扣油箱內點火源能量限制的要求，同時應考慮安裝位置、間接效應、閃電分區、點火源特性、電流電壓、材料特性、失效模式和電搭接等方面的問題。

安裝位置：應盡量避免將燃油系統布置在1A區和1B區，并根據燃油系統穿、通氣口＼排油口被引燃傳入油箱等）。

電流電壓：與閃電特性相關的要求。

材料特性：不同的油箱結構材料在被閃電擊中時呈現的特點會有較大的差異，對于傳統的金屬結構油箱，通常要求蒙皮厚度大于2mm，如果選用符合材料的油箱則需根據所選材料進行專門試驗，設計油箱壁的厚度。

電搭接：為了降低雷電對發動機等飛機重要部件的破壞，這些部件必須接地，以防止火花從一個金屬結構跳轉到另一個結構。這對油箱內區域意義重大， 因為當電流在電阻結合部件釋放大量的熱量時，燃料在這些區域有可能被點燃。失效模式：主要按25.981（a）（3）的要求進行考慮，單個失效與潛在的非極小可能失效（小于每飛行小時10-7次的組合），不應導致點火源；未表明是極不可能（小于每飛行小時10-9次）的任何失效組合不得導致點火源。

（二）燃油系統閃電防護設計的主要措施

燃油系統閃電防護中最重要的防護特征均與燃油箱相關，而在大多采用鋁制金屬結構整體油箱的飛機上，油箱結構具有良好的導電性，大部分閃電流在蒙皮的外層流動，然而由于電磁的趨膚效應，大至幾千安培的電流在油箱內部結構和管道上流動。

按燃油系統閃電防護特征的要素、等級整理出消除點火源的主要設計措施見表2。

四、結束語

飛機燃油系統的閃電防護設計是保證飛機可靠性和安全性的重要組成部分。在設計的前期應仔細做好規劃，根據飛機的閃電分區特點以及燃油系統的構型分布、材料的選擇等情況，提出閃電防護要求。

通過參考相關規范標準和咨詢通告， 對飛機燃油系統閃電防護的要求進行了歸納和總結，為后續的系統研制提供有益的參考。

參考文獻

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[2]張斌，宋自強等.飛機燃油.系統閃電效應研究[J].中國民航大學學報2015，33（1）：5-8.

[3]（美）E.John Finnemore/ Joseph B.Franzini編著《Fluid Mechanics with engineering Applications》， 麥格勞—希爾教育出版集團，2005.

（作者單位：陜西飛機工業（集團）有限公司；作者簡介：吳川，生于1980 年，本科，高級工程師，研究方向：飛機燃油系統。）