飞机燃油温度变化特性高温地面暴晒试验研究

王 鑫，张志强

(中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089)

0 引言

由于夏天地面高温及暴晒的原因，飞机起飞前油箱燃油温度处于较高的状态，当发动机以大功率、飞机以大爬升率爬升时，随着外界大气压力、温度的降低，在管道或燃油泵出口附近的燃油压力和温度会相应地降低，溶解在燃油中的空气和轻质馏分析出，在管道或燃油泵叶轮处形成气塞或气蚀，造成发动机供油中断，导致飞行事故[1]。同时随着航空科技的发展，燃油作为机上的冷却热沉，温度升高将影响液压、电子设备及发电机滑油的冷却效果。而且军机在定型试飞过程中，民机在适航审定过程中也均需开展高温燃油试验。

随着航空技术的发展以及国防战略布局的需要，对飞机适应复杂环境的能力提出了更高的要求。在地理位置上我国南部沿海主要是亚热带、热带气候，因此要求飞机能在这类高温环境下正常工作[2-3]，而飞机燃油系统在高温环境中良好的工作性能是保障飞行安全的前提条件。飞机燃油系统高空性试飞要求有高温环境[4-5]，通常采取的方法为使用燃油加温装置将燃油加热到一定温度后输入飞机油箱内，在缺少燃油加温装置的情况下，飞机暴晒法也是进行燃油高温试验的一种备选方法。但目前机内燃油温度在暴晒后的温度变化特性不得而知。

本文选用2架飞机，一架飞机在烈日下暴晒，另一架在机库内停放，在高温天气进行飞机暴晒对比试验，研究飞机暴晒法对机内燃油温度变化特性的效果。获得的燃油温度随暴晒时间的变化规律，可指导飞机燃油系统优化设计及使用限制设计。

1 试验设计

飞机暴晒试验选用两架飞机，一架飞机在烈日下暴晒，另一架在机库内停放，在高温天气进行对比试验。

1.1 试验条件

1.1.1 试验液

RP-3喷气燃料(GB6537)，固体颗粒污染度应不劣于《航空工作液固体污染度分级》(GJB420B)中规定的8级。

1.1.2 试验环境

晴天高温天气，太阳直接暴晒区域，气象最高温度不低于35 ℃，试验过程中风速不高于5 m/s。

1.1.3 测试设备及要求

试验所涉及到的主要设备包括：加油车，牵引车，供电设备，红外测温仪，工业探针温度计，放油桶，口盖拆除专用设备，消防设备等。试验所用测量仪器、仪表经标定并校验合格。测试设备测量精度和测量范围要求见表1，其余未提及的设备仪表精度不低于0.5级，传感器精度不低于0.5%Fs。

表1 试验设备要求

1.2 测试点布置及测量方法

飞机共布置5个油箱分别为1号油箱、2号油箱(分为2-1油箱、2-2油箱和2-3油箱)、3号油箱(包括3L油箱和3R油箱)、4号油箱。其中3号油箱布置在左右机翼上，油箱与机翼蒙皮之间的间隔较小，其他油箱布置在机身各处，油箱与机身蒙皮之间的间隔较大。飞机暴晒试验主要进行蒙皮温度、燃油温度测量，蒙皮温度通过红外测温仪进行非接触测量获得，油箱内燃油温度通过工业探针温度计直接接触测量获得，传感器的测点选取需测量方便且具有代表性。测试点布置及测试设备情况见表2。

以SPSS 20.0统计学软件行数据统计学分析，计数资料以[n（%）]表示、计量资料以（±s）表示，分别行 χ2检验或t检验，结果以P<0.05为差异有统计学意义。

表2 测试点布置

1.3 试验方法

为得到暴晒条件下飞机燃油温度的变化规律，选用2架飞机，01架飞机在烈日下暴晒，02架飞机在机库内停放，在高温天气进行飞机暴晒对比试验，获得暴晒条件下飞机燃油温度的变化规律。具体的试验方法如下。

a.加油

将两架飞机牵引至规定停放点，其中01架置于地面暴晒处停放，02架置于机库停放，飞机停机姿态为正常停放状态。使用燃油温度相同的加油车对两架飞机进行加油直至飞机满油，记录总加油量和加油车燃油温度，记录加油车的加油量，整个加油过程需在上午9∶00前完成。全机满加油后通过2号油箱放沉淀活门、3L油箱放沉淀活门、3R油箱放沉淀活门分别放出100 kg燃油。

b.测试

上午9∶00，01架飞机开始进行暴晒，1小时后每整点对表2中的测试点进行一次测量，并将所有测试参数的测量结果进行记录。两架飞机需同时进行测量，并按相同的测量顺序进行测量，所有测试点的测量均在20分钟内完成。

2 试验结果及分析

试验期间各个整点的气象温度、02架机所处机库的地表温度、试验场无遮挡处的地表温度、01架机下方的地表温度以及风速见表3。

表3 气象参数

图2为01架机不同位置蒙皮温度随时间的变化情况。01架机同一油箱的上蒙皮温度明显高于下蒙皮温度，温度差最大可达37 ℃。由于各个油箱所处的位置不同，受蒙皮外形的影响，在相同环境的暴晒下，蒙皮的温度升高情况也有所不同。但是试验数据显示，不同位置处的上蒙皮温度随着时间的推移，呈现出先增后减的趋势，从9∶00开始试验，约在13∶00飞机油箱上蒙皮温度达到峰值，从13∶00到16∶00试验结束，这段时间内虽然环境温度持续上升，但是飞机上蒙皮温度上升缓慢，甚至出现下降趋势。试验数据表明持续暴晒并不能使飞机上蒙皮温度线性升高，当环境温度与地表温度增加到最高温度前，飞机上蒙皮的温度已经接近最大值，数据显示，飞机在这种环境下暴晒4小时就可以使蒙皮温度达到最大值。这是由于随着时间的推移，机身内低温的燃油充当了冷凝剂的角色，将飞机上蒙皮的热量吸收，使得飞机上蒙皮的温度不能持续升高。

图3为02架机不同油箱燃油温度随时间的变化情况。从图3可以看出，在试验期间不同燃油箱内的下部燃油温度随着时间的推移基本不变，在同一时刻不同燃油箱内的下部燃油温度基本相同，燃油箱内的下部燃油温度变化幅度不超过1 ℃。

图4为01架机不同油箱燃油温度随时间的变化情况。从图4中可以看出，01架机各个油箱内的下部燃油温度随着时间的推移逐渐增大，其中3号油箱内的下部燃油温度随着时间推移几乎成线性增加。这是由于安装在机翼内的3号油箱，其上下表面均受到周围环境温度的影响较大，相比机身油箱内的温升情况，3号油箱受高温暴晒的影响更大。

位于机身的1号、2号、4号油箱内的下部燃油温度普遍温升较慢，而且在13∶00后油箱下部油温基本趋于稳定。以1号油箱上部油温为例，其在试验的整个阶段温度的变化速率较下部油温更快，这是由于机身燃油箱上部油温受蒙皮温度的影响更直接，在13∶00之后油箱上蒙皮温度开始下降，导致油箱上部燃油温度变化减缓。

3 结论

本文选用一架飞机在烈日下暴晒与另一架机库内停放的飞机进行比对，获得了飞机在高温地面暴晒条件下燃油温度变化的第一手试验数据，为燃油系统设计和燃油系统试验提供数据支撑，为飞机在高温环境的作战部署提供支撑。试验结果表明：

(a)连续暴晒不能使该飞机蒙皮温度持续线性升高，当环境温度与地表温度增加到最高区域前蒙皮温度已接近极值并趋于稳定，4小时的暴晒能够使得飞机蒙皮温度达到最大值；

(b)该飞机在暴晒后各油箱燃油温度逐渐增大，机翼油箱燃油温度随时间推移几乎成线性增加，机身油箱燃油温度在暴晒4小时前增速较快，4小时后增速放缓；

(c)在暴晒4小时后油箱上部油温明显高于下部油温，机翼油箱油温高于机身油箱油温，通过飞机暴晒法对飞机各个油箱内油温的作用效果并不相同。