一种上单翼飞机不可用燃油试验方法与流程

本发明涉及一种试验方法，特别涉及一种上单翼飞机不可用燃油试验方法。

背景技术：

不可用燃油的含义是在飞机预定的飞行姿态和飞行条件下，只要燃油泵吸油口不能始终埋在燃油中，即无法吸入燃油提供发动机，发动机无法正常工作，则油箱内剩余燃油均为不可用燃油。因此燃油系统的设计要求不可用燃油尽可能少。

参见附图1，上单翼飞机一般包括左右机翼整体油箱，每个整体油箱又分为消耗油箱1和主油箱9。消耗油箱布置有1个主燃油泵5、1个应急燃油泵7、1个引射泵3；主油箱9在靠近消耗油箱1一端以及靠近翼尖部位各布置1个主油箱引射泵8。燃油泵的功能是将消耗油箱1内燃油源源不断提供给发动机，同时向所有引射泵提供压力燃油。在正常工作状态下，主燃油泵5工作，应急燃油泵7为备份泵。一旦主燃油泵5失效，应急燃油泵7自动起动，保证燃油系统的正常功能。

主油箱引射泵8的作用是将主油箱燃油输送给消耗油箱，即主油箱燃油最先被发动机消耗，同时保证该油箱有油时消耗油箱始终处于满油状态。

消耗油箱1中引射泵3的作用是减少消耗油箱内不可用燃油量。消耗油箱设计有隔板4，将消耗油箱下部一分为二，即消耗油 箱仅剩余少量燃油时，隔板将燃油分为隔板外燃油2和隔板内燃油6，以降低飞机姿态的变化对燃油泵吸油的影响。引射泵3将隔板外燃油2输送到隔板4内，保证在各种飞行状态下，隔板外燃油尽可能被全部消耗。

上单翼的飞机机翼油箱，由于机翼上反角很小，因此其在减少不可用油的设计上以及飞行试验验证方面都较下单翼的大型客机等更为复杂，不可用油受飞行姿态的影响也更为敏感。

不可用燃油作为适航条款的一项专用条款，在常规适航验证及分析中，需要利用地面大型台架设备安装机翼以及相关系统附件，按照条款给出的十多种状态，进行各种地面姿态模拟试验，找出临界姿态后再按临界姿态进行飞行试验。每次飞行试验中出现单发异常或停车才能结束该次试验单发返航着陆，在地面放出受试油箱内燃油计量其不可用燃油量。

地面模拟试验成本高、周期长，直接采用大量的飞行试验又具有一定的风险性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：提供过一种研究低成本、周期短、风险低的上单翼飞机不可用燃油仿真分析方法。

本发明的技术方案：一种上单翼飞机不可用燃油试验方法，其特征为所述的方法包括如下步骤：

步骤一，通过cfd仿真计算确定各种飞行姿态下，待试验飞机的俯仰角和横滚角；

步骤二，横滚角分别取正、负值，根据步骤一得到的结果，计算得出每种飞行姿态下的隔板外燃油2、隔板内燃油6在主燃油泵5、应急燃油泵7分别工作时的不可用燃油量；

步骤三，根据飞机实际的性能参数，对cfd分析时使用的襟翼位置、爬升和下滑姿态角、速度进行修正，并对上述步骤中的分析值进行校正；

步骤四，根据步骤三中得出的结果，确定每种飞行状态下不可用燃油量最大的飞行科目，选择不可用燃油量最大的前3-5种飞行科目作为试验飞行姿态，确定每种试验飞行姿态对应的参试燃油泵；

步骤五，根据步骤四中确定的试验飞行姿态和各对应的参试燃油泵，确定所有试验飞行姿态中不可用燃油量的最大值q1；

步骤六，利用catia软件分析计算平飞姿态下主油箱9的引射泵8产生的不可用燃油量q2；

步骤七，整个油箱不可用燃油量q＝q1+q2。

本发明的有益效果：经过在飞机上进行燃油系统不可用燃油试飞验证，测试的不可用燃油量与理论仿真分析拟合较好，满足预定要求。通过本发明的验证方法和流程进行靶向试验，即可节约经费又可节约周期，预测产生的经济效益不低于120万元，节约试验油箱制造和试验周期至少2个月以上。

附图说明

图1为飞机油箱的结构示意图；

图2为各种飞行状态下的姿态仿真；

图3为飞行状态下的姿态仿真实施例；

图4为横滚角为正时各种姿态下的不可用燃油分析量值；

图5为横滚角为负时各种姿态下的不可用燃油分析量值；

图6为经过校正的相关姿态下的不可用燃油分析量值；

图7为分析值与试验实测值的对比

图中：1.消耗油箱；2.隔板外燃油；3.引射泵；4.隔板；5.主燃油泵；6.隔板内燃油；7.应急燃油泵；8.主油箱引射泵；9.主油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本技术方案作进一步详细说明。

一种上单翼飞机不可用燃油试验方法，其特征为所述的方法包括如下步骤：

步骤一，通过cfd仿真计算确定各种飞行姿态下，待试验飞机的俯仰角和横滚角；

油箱内燃油液面的变化与飞机俯仰角、横滚角密切相关。不可用燃油的确定就是找出这些姿态下不可用燃油量的最大值。该步骤的主要内容是参照适航要求，对飞机所有飞行包线内的典型飞行状态进行仿真分析，对相关飞行科目利用发动机功率、飞行速度、襟翼位置、侧滑角参数进行cfd仿真,计算出该飞行科目下的俯仰角和横滚角。

该步骤应注意飞机重量构形应取最小重量，才能保证计算的俯仰角和横滚角更加临界保守。

步骤二，横滚角分别取正、负值，根据步骤一得到的结果，计算得出每种飞行姿态下的隔板外燃油2、隔板内燃油6在主燃油泵5、 应急燃油泵7分别工作时的不可用燃油量；

由于上单翼飞机整体油箱分为消耗油箱和主油箱，主油箱为输油箱，而消耗油箱才是飞机在各种姿态下必须保证能够向发动机连续供油的油箱，因此仅需将消耗油箱确定为受试油箱。由于消耗油箱内主燃油泵、应急燃油泵位置差异，因此还必须将步骤一中得出的横滚角按正、负方向分别进行catia模拟分析。

该步骤要注意的第一点：不可用燃油不仅仅是指主燃油泵故障后的不可用燃油，也应该按照要求对应急燃油泵故障后的不可用燃油进行分析。

该步骤要注意的第二点：主燃油泵首先单独工作，其故障或无法吸油后会给出其出口压力低的信号，应急燃油泵则会自动起动工作，保证供油连续性。因此在该步骤分析中要注意如果横滚方向会使主燃油泵故障，但应急燃油泵仍浸在燃油中，能够自动起动向发动机连续供油，则即便主燃油泵的不可用燃油比应急燃油泵大，也要忽略主燃油泵的不可用燃油分析值。

步骤三，根据飞机实际的性能参数，对cfd分析时使用的襟翼位置、爬升和下滑姿态角、速度进行修正，并对上述步骤中的分析值进行校正；

由于不可用燃油飞行试验是风险较大的试验，因此设计最初要通过cfd仿真评估姿态对不可用燃油的影响趋势，这样可以筛选、剔除许多对不可用燃油影响较小的无关姿态。当研制阶段进入科研试飞后，要注意的是依据飞机已飞出的实际性能参数，对理论分析值进行 调整、校正。

步骤四，根据步骤三中得出的结果，确定每种飞行状态下不可用燃油量最大的飞行科目，选择不可用燃油量最大的前3-5种飞行科目作为试验飞行姿态，确定每种试验飞行姿态对应的参试燃油泵；

该步骤要注意选出的临界飞行科目所对应的燃油泵，试验时需要将此泵作为受试消耗油箱中的参试燃油泵进行工作。

步骤五，根据步骤四中确定的试验飞行姿态和各对应的参试燃油泵，确定所有试验飞行姿态中不可用燃油量的最大值q1；

该步骤要注意对比分析姿态与实际飞行姿态的差异，要保证飞行姿态的合理性，以及测量出的消耗油箱不可用燃油最大值的合理性。

步骤六，利用catia软件分析计算平飞姿态下主油箱9的引射泵8产生的不可用燃油量q2；

由于主油箱作为平飞状态下的输油箱，因此分析在平飞状态下主油箱燃油消耗殆尽，引射泵因无法浸入在燃油中将燃油输送到消耗油箱时的剩余油量，即为q2。

步骤七，整个油箱不可用燃油量q＝q1+q2。

该步骤计算值要作为燃油测量系统的零油面标定值对测量系统进行校准，同时要将该值注明在《飞行手册》限制章节中。

在实际操作例中以y12f型短途支线飞机为实施例：

y12f型机的左右机翼油箱各分成消耗油箱和隔舱外主油箱，主油箱作为输油箱，通过输油泵将其内燃油输送到消耗油箱，由消耗油箱向发动机连续不断提供燃油，在飞行姿态过大情况下，即便主油箱 内燃油不能进入消耗油箱，消耗油箱内的燃油也能保证正常供油。

隔舱外油箱的引射泵布置在两端，不可用燃油受横滚角影响很小，巡航状态的俯仰角也不大，因此隔舱外油箱在巡航姿态的不可用燃油量通过catia分析给出，通过上述分析，确定消耗油箱为受试油箱。

以y12f为研究平台，其飞机最小重量定义为5500kg。

1)通过cfd仿真计算确定各种飞行姿态下，y12f型机的俯仰角和横滚角，分析结果见图3。

2)确定正、负横滚角下的不可用燃油量，分析结果见图4、图5。经过对图4、图5的对比分析，由于飞机机翼具有2°上反角，再结合应急燃油泵的位置，因而发现横滚角为负值时应急燃油泵的不可用燃油应该是比较临界的，确定消耗油箱不可用燃油量最大值应在图5中的下述三种飞行科目：

●双发爬升中的侧滑转弯24公斤

●直线vfe下滑中的大俯仰角下滑17公斤

●下滑进场中的满方向舵襟翼30°进场22公斤

3)按照其他性能科目的采集数据，对爬升角、直线下滑角、着陆俯仰角以及协调飞行时的横滚角进行修正，考虑横滚角为负值时应急燃油泵的不可用燃油比较临界，因此本实施例中仅对图5的理论分析结果进行校正。

●实际参数是双发爬升中最佳爬升角12°，侧滑5°，因此将图5中爬升角23°改为12°，重新进行分析；

●实际参数是以vfe进行连续10°直线下滑，取消襟翼30°，改为最大襟翼20°，因此取消图5襟翼30°下滑，将襟翼20°直线下滑角改为10°，重新分析；

●实际参数是取消襟翼30°，改为最大襟翼20°，着陆形态6°侧滑，因此对图5中的侧滑进场重新分析。

经过分析后再次确定三种最大不可用燃油的最大科目：

●双发爬升中的侧滑转弯14公斤

●直线vfe下滑中的10°俯仰角下滑21公斤

●下滑进场中的侧滑进场16公斤

分析结果参见图6。

4)按照修正后的结果开展飞行试验，结果参见图7。

5)对试验结果进行分析，使用应急燃油泵的不可用燃油量q1为22.6公斤；隔舱外不可用燃油q为2.4公斤，最终确定的y12f型机使用燃油泵供油单侧油箱的不可用燃油值q＝q1+q2＝25公斤。