飛機燃油系統(tǒng)閃電防護研究

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

關(guān)鍵詞：燃油系統(tǒng)；閃電防護；點火源

雷電現(xiàn)象對飛機的燃油系統(tǒng)有潛在的危害，僅僅傳導(dǎo)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(shù)千安培的電流。

由于燃油系統(tǒng)的元器件遍布整個飛機的大部分區(qū)域并占據(jù)飛機較大部分的體積，包括燃油箱及相關(guān)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(yīng)電壓也會導(dǎo)致火花的產(chǎn)生， 因此，油箱內(nèi)部的電纜需考慮閃電的間接效應(yīng)影響。

此外，其它的用電設(shè)備如電動燃油泵、燃油測量計算機、電動驅(qū)動閥也需考慮間接效應(yīng)對產(chǎn)品及系統(tǒng)功能的影響。

二、燃油系統(tǒng)閃電防護的要求

在CCAR-25中飛機燃油系統(tǒng)閃電防護的要求最初體現(xiàn)在第25.954條款， 分別針對燃油箱結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)部件。第25.954條款內(nèi)容要求飛機燃油系統(tǒng)的設(shè)計和布局，必須防止由于閃電而點燃燃油系統(tǒng)內(nèi)的燃油蒸汽，第25.863條涉及油箱外和閃電相關(guān)的可燃液體防火，第25.1316條涉及帶電設(shè)備因閃電環(huán)境引元器件布置的位置和飛機的閃電分區(qū)圖制定相應(yīng)的閃電防護措施與試驗要求。

間接效應(yīng)：由于閃電流流經(jīng)油箱結(jié)構(gòu)并且會在連接油量傳感器的電纜上感應(yīng)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(dǎo)致傳感器與結(jié)構(gòu)件之間的空氣被擊穿產(chǎn)生電火花。飛機上的閃電電流可能在電纜、導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，如果該電纜進入油箱內(nèi)， 那么感應(yīng)電壓很可能引起火花。油箱內(nèi)的電動燃油泵、電驅(qū)動閥等電子設(shè)備應(yīng)根據(jù)油箱內(nèi)部的閃電環(huán)境參數(shù)設(shè)計設(shè)備， 確保產(chǎn)品工作正常。

點火源特性：雷擊可能導(dǎo)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(tǒng)無論是直接影響還是間接的影響，對飛機來說都可能是災(zāi)難性的。

通常在飛機的油箱內(nèi)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(nèi)，而且閃電效應(yīng)的影響在油箱內(nèi)部產(chǎn)生了點火源， 就會點燃油箱內(nèi)部的燃油蒸氣導(dǎo)致飛機發(fā)生災(zāi)難性事故。本文針對飛機燃油系統(tǒng)閃電防護的要求、設(shè)計所需考慮的問題。

一、閃電對燃油系統(tǒng)的影響

閃電對飛機燃油系統(tǒng)的影響可分為直接效應(yīng)和間接效應(yīng)兩種。

直接效應(yīng)：可能會導(dǎo)致諸如飛機蒙皮被擊穿或結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲、變形等嚴重損害飛機結(jié)構(gòu)的問題，也可能會在某一飛機結(jié)構(gòu)連接處產(chǎn)生火花或電弧，若火花或電弧發(fā)生在油箱內(nèi)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(yīng)：由于油量測量系統(tǒng)的傳感器均安裝在油箱內(nèi)部，其電纜上出現(xiàn)起的功能失效方面的防護要求。

理解上述標準，其要求本質(zhì)及符合性方法見表 1。

三、燃油系統(tǒng)閃電防護設(shè)計考慮

（一）燃油系統(tǒng)閃電防護設(shè)計面對的問題

燃油系統(tǒng)閃電防護設(shè)計應(yīng)緊扣油箱內(nèi)點火源能量限制的要求，同時應(yīng)考慮安裝位置、間接效應(yīng)、閃電分區(qū)、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(yīng)盡量避免將燃油系統(tǒng)布置在1A區(qū)和1B區(qū)，并根據(jù)燃油系統(tǒng)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(guān)的要求。

材料特性：不同的油箱結(jié)構(gòu)材料在被閃電擊中時呈現(xiàn)的特點會有較大的差異，對于傳統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)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(jù)所選材料進行專門試驗，設(shè)計油箱壁的厚度。

電搭接：為了降低雷電對發(fā)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(jié)構(gòu)跳轉(zhuǎn)到另一個結(jié)構(gòu)。這對油箱內(nèi)區(qū)域意義重大， 因為當(dāng)電流在電阻結(jié)合部件釋放大量的熱量時，燃料在這些區(qū)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(yīng)導(dǎo)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(dǎo)致點火源。

（二）燃油系統(tǒng)閃電防護設(shè)計的主要措施

燃油系統(tǒng)閃電防護中最重要的防護特征均與燃油箱相關(guān)，而在大多采用鋁制金屬結(jié)構(gòu)整體油箱的飛機上，油箱結(jié)構(gòu)具有良好的導(dǎo)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(yīng)，大至幾千安培的電流在油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管道上流動。

按燃油系統(tǒng)閃電防護特征的要素、等級整理出消除點火源的主要設(shè)計措施見表2。

四、結(jié)束語

飛機燃油系統(tǒng)的閃電防護設(shè)計是保證飛機可靠性和安全性的重要組成部分。在設(shè)計的前期應(yīng)仔細做好規(guī)劃，根據(jù)飛機的閃電分區(qū)特點以及燃油系統(tǒng)的構(gòu)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(guān)規(guī)范標準和咨詢通告， 對飛機燃油系統(tǒng)閃電防護的要求進行了歸納和總結(jié)，為后續(xù)的系統(tǒng)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(tǒng)閃電效應(yīng)研究[J].中國民航大學(xué)學(xué)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(yè)（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(tǒng)。）