飞机加油车加油系统水力计算

2015-07-08范雪峰

专用汽车 2015年12期

范雪峰

中航工业铁岭陆平专用汽车有限责任公司辽宁铁岭 112001

1 前言

为保证飞机航空燃料安全、快速加注，飞机加油车加油系统设计时，要依据不同飞机规定的加油工作压力与流速要求，合理设计管线通径及动力单元输出参数，以避免对飞机内部燃油系统造成不可逆转的破坏，同时尽可能地降低静电荷的产生、积累和液流冲蚀等潜在风险。为此，在飞机加油车设计过程中对加油系统需要进行水力计算，以保证在具体目标值下飞机加油车加油系统管径及动力单元输出参数满足各项安全性能指标要求。本文将以一组双63飞机加油车加油管路原理为例，对飞机加油车管路系统原理及水力计算流程予以介绍。

2 双63加油管路原理介绍

双63加油管路系统主要是为大中型飞机压力加油而设计的，可以实施对飞机压力加油作业，同时还具备真空抽回油、底部装油等功能。加油时通过两个63 mm口径的压力加油卷盘对飞机进行加注，根据不同的作业要求，可以使用单卷盘作业，也可以同时使用双卷盘作业。

双63加油管路原理如图1所示。

压力加油作业（蓝色所标箭头路径）：飞机加油车对飞机加油时气控底阀开启，燃油经软连接件、泵前过滤器至油泵，再流经管内压力控制阀进入过滤器，经过滤后的燃油通过流量计、控制阀、文氏管至加油卷盘；最后通过加油卷盘上的压力加油接头和飞机油箱连接，燃油进入飞机油箱。

真空抽回油作业（红色所标箭头路径）：燃油由加油卷盘流经控制阀、软连接件、泵前过滤器进入油泵，再经管内压力控制阀进入过滤器，过滤后的航油通过流量计、回油控制阀至高液位系统底阀进入加油车油罐。燃油也可以经另一只加油卷盘抽入到其他回收油罐内。

底部装油作业（黑色所标箭头路径）：燃油通过压力加油接头、控制阀至高液位系统底阀进入加油车油罐。

3 水力计算

由于不同飞行器对燃油加注压力及流速要求各有不同，本文仅以GJB 4433―2002《飞机加油车通用规范》中针对这两项数据的要求，对管路系统中加油管路管径及加油泵主要参数进行计算，以确定主要设计参数。

依据《飞机加油车通用规范》中对飞机加油系统加油作业要求的规定[1]，飞机加油过程中，供油系统管端出口压力为（0.345±0.034 5）MPa，飞机加油车加油系统胶管内径63 mm时单管压力加油额定加油流量为72 m³/h（1 200 L/min）。

3.1 主管路管径确定

目标值确认后，首先对加油系统管径进行及时确认。管径主要取决于流量和流速，不同性质的介质在不同的操作工况下选用的安全流速不同，原则是粘度大的介质，流速应低；反之流速应高。同时为防止管路产生冲蚀、磨损、震动、噪声流速也需优选略低的流速。飞机用3号喷气燃料属于易燃液体类危险品，同时还需要考虑静电荷的产生和积累，参考通用安全要求中流速最大不能高于7 m/s的规定，本文选取5 m/s的流速进行计算。

系统单管额定加油流量Q=72 m³/h，系统压力为0.38 MPa。按5 m/s的流速计算主管路管径D[2]：

由公式(1)计算可得主管路管线通径的理论值为D=71 mm，此数值介于63.5 mm（2.5″）与76.2 mm（3″）范围，基于安全方面的考量，管线设计通径选择76.2 mm。故选择规格为90×5 mm的铝合金管[3]，阀件、软连接件、流量计等按等通径原则均选择公称尺寸DN80或等同此规格的元器件。

3.2 离心泵确定

管径确认后，根据系统流量、压力等要求，初步确认加油系统离心泵基本参数范围：流量参数应不小于72 m³/h，扬程参数不小于40 m。

3.2.1 流量确定

根据离心泵的选型原则，油泵的额定流量应取正常额定加油量的1.05～1.15倍，考虑到系统运行的可靠性、稳定性、降低噪声等方面因素，油泵额定流量确定为80 m3/h。

3.2.2 扬程计算

扬程计算主要考核加油管路沿程损失，通过计算沿程损失和系统压力确认泵出口压力，进而确定泵扬程。根据流体力学及其他相关资料计算管路损失，计算流程及结果如表1所示。

表1 1 200 L/min加油时加油管路阻力损失计算表

注：1. 过滤器压差0.11 MPa为最大压差状态；2. 流量计压降根据不同规格的流量计略有不同；3. 加油软管的阻力系数为实验数据。

由表1的计算结果可知，在额定加油流量状态下，系统供油压力为0.38 MPa时，泵出油口压力p为：

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

由于双63管路系统加油时无自吸加注工况，离心泵自吸气蚀余量和吸油管路损失无须进行校核计算，故依上述计算结果可以确认双63管路系统管径及离心泵的基本设计参数。在保证规定的压力、流量的前提下，在安全流速范围内，油罐至63加油卷盘间硬质金属管线及阀件通径设计值应为76.2 mm，离心泵流量可选择80 m3/h，扬程可选择100 m。