高清可复制 HB 8677-2023 飞机整体油箱油压载荷计算方法

　　ICS 49.020 CCS V04

　　HB 8677-2023

　　飞机整体油箱油压载荷计算方法

　　Calculating methods of fuel pressure for integral fuel tank of aircraft

　　2023-12-29 发布 2024-07-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国航空综合技术研究所归口。

　　本文件起草单位：上海航空工业(集团)有限公司、中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院、中国航空综合技术研究所、中国商用飞机有限责任公司、中国航发商用航空发动机有限责任公司。

　　本文件主要起草人：李 强、薄晓莉、朱森虎、陆慧莲、杨 建、叶聪杰、刘 杨、汤家力、李小军、周松官、刘 骏、陆 俊、黄莎莎、徐腾良、杨怡文。

　　飞机整体油箱油压载荷计算方法

　　1 范围

　　本文件规定了运输类飞机整体油箱应考虑的油压载荷、油压载荷的计算方法。

　　本文件适用于运输类飞机油压载荷作用下整体油箱的结构设计及强度分析。

　　其他类型飞机可参考本文件。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用二构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　CCAR-25 运输类飞机适航标准

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　整体油箱 integral fuel tank

　　经过密封处理，用机体内部空间直接作为燃油的容积的结构空间。

　　3.2

　　实体边界 solid barrier

　　可有效阻止燃油流动的任何内部隔板。

　　4 一般要求

　　4.1 实体边界的判定

　　实体边界应满足以下两个条件：

　　a) 能承受飞机运行过程中预期的压力载荷;

　　b) 根据燃油流动方向，隔板将燃油箱分为上游空间与下游空间，0.5s 的时间内，燃油无法从上游流动至下游。

　　时间 t 的计算公式为：

　　式中：

　　V ——1g 平飞状态下，燃油箱内下游空间的空气体积。下游空间应是被实体隔板封闭的区域。在大部分情况下，可认为下游空间内含 2%的空气体积，m3;

　　j ——隔板上孔的数量;

　　i ——第 i 个孔;

　　Cdi ——孔 i 的排放系数。可保守的处理为 Cdi =1，或者根据孔的大小和形状来确定;

　　ai ——孔 i 的面积，m2;

　　g ——重力加速度，m/s2;

　　hi ——孔 i 上游空间的液压油头距离，包括所有被实体隔板封闭的燃油区域，m;

　　K ——预期条件下的油压过载系数。

　　计算出时间 t ，当 t>0.5s 时，认为此隔板可有效阻止燃油流动，为实体边界。

　　4.2 计算油压载荷时飞机整体油箱的分类

　　在进行油压载荷分析时，把飞机整体油箱分成三类：机身内燃油箱、近机身或发动机周围燃油箱和机身外燃油箱，该分类仅适用于油压载荷分析时使用，三类燃油箱的定义如下：

　　a) 机身内燃油箱

　　机身内燃油箱需满足以下两个条件之一：

　　1) 位于机身增压密封边界以内;

　　2) 燃油箱壁是机身增压密封边界的一部分。

　　b) 近机身或发动机周围燃油箱

　　对于翼吊发动机飞机，“近机身 ”表示位于机身与发动机最内侧之间的燃油箱;“发动机周围 ”的燃油箱区域与发动机短舱潜在点火源的侧向距离至少为 254mm。

　　对于尾吊发动机飞机，“近机身 ”表示距离机身边界外一定距离的燃油箱区域，此距离取机身的最大宽度。

　　c) 机身外燃油箱

　　除机身内燃油箱及近机身或发动机周围燃油箱以外的燃油箱。

　　翼吊发动机飞机燃油箱分类示意图见图 1 所示，尾吊发动机飞机燃油箱分类示意图见图 2 所示。

　　标引序号说明：

　　1——机身外燃油箱;

　　2——近机身或发动机周围燃油箱;

　　3——机身内燃油箱。

　　图 1 翼吊发动机飞机燃油箱分类示意图

　　标引序号说明：

　　1——机身外燃油箱;

　　2——近机身燃油箱;

　　3——机身内燃油箱。

　　图 2 尾吊发动机飞机燃油箱分类示意图

　　4.3 机身内燃油箱应考虑的油压载荷

　　机身内燃油箱应考虑以下油压载荷：

　　a) 工作压力、地面加油故障压力、燃油重量所产生的压力;

　　b) 极限滚转燃油压力 Pgz;

　　c) 极限惯性载荷系数为 2.0 的晃动燃油油头所致燃油压力 Phd;

　　d) 油箱满油的飞机在最大限制加速度及相应变形时所致燃油压力 Pbx;

　　e) 极限惯性载荷系数为向上 3.0 燃油油头所致燃油压力 Pxs;

　　f) 极限惯性载荷系数为向下6.0 燃油油头所致燃油压力 Pxx;

　　g) 极限惯性载荷系数为向后 1.5 燃油油头所致燃油压力 Pxh;

　　h) 极限惯性载荷系数为向前(航向)9.0 燃油油头所致燃油压力 Pqn;

　　i) 极限惯性载荷系数为侧向 3.0 燃油油头所致燃油压力 Pcn。

　　4.4 机身外燃油箱应考虑的油压载荷

　　机身外燃油箱应考虑以下油压载荷：

　　a) 工作压力、地面加油故障压力、燃油重量所产生的压力;

　　b) 极限滚转燃油压力 Pgz;

　　c) 极限惯性载荷系数为 2.0 的晃动燃油油头所致燃油压力 Phd;

　　d) 油箱满油的飞机在最大限制加速度及相应变形时所致燃油压力 Pbx;

　　e) 极限惯性载荷系数为向上 3.0 燃油油头所致燃油压力 Pxs;

　　f) 极限惯性载荷系数为向下6.0 燃油油头所致燃油压力 Pxx;

　　g) 极限惯性载荷系数为向后 1.5 燃油油头所致燃油压力Pxh;

　　h) 极限惯性载荷系数为向前(航向)4.5 燃油油头所致燃油压力 Pqw;

　　i) 极限惯性载荷系数为侧向 1.5 燃油油头所致燃油压力 Pcw。

　　4.5 近机身或发动机周围燃油箱应考虑的油压载荷 近机身或发动机周围燃油箱应考虑以下油压载荷：

　　a) 工作压力、地面加油故障压力、燃油重量所产生的压力;

　　b) 极限滚转燃油压力 Pgz;

　　c) 极限惯性载荷系数为 2.0 的晃动燃油油头所致燃油压力 Phd;

　　d) 油箱满油的飞机在最大限制加速度及相应变形时所致燃油压力 Pbx;

　　e) 极限惯性载荷系数为向上 3.0 燃油油头所致燃油压力 Pxs;

　　f) 极限惯性载荷系数为向下 6.0 燃油油头所致燃油压力 Pxx;

　　g) 极限惯性载荷系数为向后 1.5 燃油油头所致燃油压力 Pxh;

　　h) 向前(航向)燃油油头所致燃油压力，具体见 5.8.3;

　　i) 侧向燃油油头所致燃油压力，具体见 5.9.3。

　　5 详细要求

　　5.1 工作压力、地面加油故障压力、燃油重量所产生的压力

　　5.1.1 工作压力

　　选以下两者中的较大值作为工作压力：

　　a) 整体油箱表面能承受在燃油箱内产生的最大冲压空气压力的 125%;

　　b) 整体油箱必须能承受 0.024MPa(3.5psi)的内部压力。

　　5.1.2 地面加油故障压力

　　飞机不同型号具体要求不同，由相关型号专用规范确定。

　　5.1.3 燃油重量所产生的压力

　　燃油重量造成的燃油压力 Pyz 根据公式(2)计算得到：

　　Pyz = p × g × h ……………………………………………(2)

　　式中：

　　p ——典型燃油密度，kg/m3;

　　g ——重力加速度，m/s2;

　　h ——当地相对燃油高度(未变形时，燃油箱最高点与当地最低点的高度差)，m。

　　5.2 极限滚转燃油压力

　　由飞机滚转率为 ⑴ 所造成的燃油极限离心压力 Pgz 按公式(3)计算：

　　式中：

　　Lb ——该站位相对机身轴线的距离，m;

　　La ——前一个站位(实体边界)相对机身轴线的距离，m;

　　p ——典型燃油密度，kg/m3;

　　⑴ ——角速度(由相关型号专用规范确定)，rad/s。

　　5.3 晃动燃油油头所致燃油压力

　　极限惯性载荷系数为 2.0 的晃动燃油油头所致中间肋承受的燃油压力 Phd 按公式(4)计算：

　　Phd = 2.0 × p × g × R …………………………………………(4)

　　式中：

　　p ——典型燃油密度，kg/m3;

　　g ——重力加速度，m/s2;

　　R ——相邻左、右肋与该中间肋间距的最大值，m。

　　5.4 油箱满油的飞机在最大限制加速度及相应变形时所致燃油压力

　　根据具体型号选出燃油箱满油的飞机垂直方向最大限制加速度工况，考虑无变形时的燃油液面高度h，以及燃油箱结构变形引起的液面高度变化 h, ，进行相应的载荷计算。燃油箱满油的飞机在最大限制加速度及相应变形时所产生的油液压力 Pbx 根据公式(5)计算：

　　Pbx = n × p × g × (h + h,)………………………………………(5)

　　式中：

　　n ——最大限制加速度的载荷系数;

　　p ——典型燃油密度，kg/m3;

　　g ——重力加速度，m/s2;

　　h ——当地相对燃油高度(未变形时，燃油箱最高点与当地最低点的高度差)，m;

　　h, ——燃油箱结构变形引起的液面高度变化，m。

　　5.5 向上燃油油头所致燃油压力

　　极限惯性载荷系数为向上 3.0 燃油油头所致燃油压力 Pxs 按公式(6)计算：

　　Pxs = 3.0 × p × g × h …………………………………………(6)

　　式中：

　　p ——典型燃油密度，kg/m3;

　　g ——重力加速度，m/s2;

　　h ——当地相对燃油高度(未变形时，燃油箱最高点与当地最低点的高度差)，m。

　　5.6 向下燃油油头所致燃油压力

　　极限惯性载荷系数为向下6.0 燃油油头所致燃油压力 Pxx 按公式(7)计算：

　　Pxx = 6.0 × p × g × h …………………………………………(7)

　　式中：

　　p ——典型燃油密度，kg/m3;

　　g ——重力加速度，m/s2;

　　h ——当地相对燃油高度(未变形时，燃油箱最高点与当地最低点的高度差)，m。

　　5.7 向后燃油油头所致燃油压力

　　极限惯性载荷系数为向后 1.5 燃油油头所致燃油压力 Pxh 按公式(8)计算：

　　Pxh = 1.5 × p × g × B …………………………………………(8)

　　式中：

　　p ——典型燃油密度，kg/m3;

　　g ——重力加速度，m/s2;

　　B ——当地翼盒弦向长度沿航向分量(见图 3 所示，Ba 、Bb 分别为 a 处、b 处 B 值)，m。

　　图 3 向后燃油油头作用时 B 取值示意图

　　5.8 向前(航向)燃油油头所致燃油压力

　　5.8.1 机身内燃油箱向前(航向)燃油油头所致燃油压力

　　机身内燃油箱应考虑极限惯性载荷系数为 9.0 向前(航向)燃油油头所致燃油压力 Pqn 。按公式(9)

　　计算：

　　n = 9.0 × p × g × B ………………………………………(9)

　　式中：

　　p ——典型燃油密度，kg/m3;

　　g ——重力加速度，m/s2;

　　B ——当地翼盒弦向长度沿航向分量(见图 4 所示，Ba 、Bb 分别为 a 处、b 处 B 值)，m。

　　图 4 向前燃油油头作用时 B 取值示意图

　　5.8.2 机身外燃油箱向前(航向)燃油油头所致燃油压力

　　机身外燃油箱应考虑极限惯性载荷系数为 4.5 向前(航向)燃油油头所致燃油压力 Pqw 按公式(10)

　　计算：

　　w = 4.5 × p × g × B ………………………………………(10)

　　式中：

　　p ——典型燃油密度，kg/m3;

　　g ——重力加速度，m/s2;

　　B ——当地翼盒弦向长度沿航向分量(见图 4 所示，Ba 、Bb 分别为 a 处、b 处 B 值)，m。

　　5.8.3 近机身或发动机周围燃油箱向前(航向)燃油油头所致燃油压力

　　近机身或发动机周围燃油箱应考虑向前(航向)燃油油头所致燃油压力，必须使用因以下导致的较大的燃油压力：

　　a) 参照5.8.2 节机身外燃油箱极限惯性载荷系数为 4.5 向前(航向)燃油油头所致燃油压力，以及：

　　b) 以下两种情况中的较小者：

　　1) 考虑燃油箱满载最大密度的燃油时，基于极限惯性载荷系数为 9.0 燃油油头所致燃油压力，可利用等于燃油箱局部顺流向翼弦的燃油静压头来计算;

　　2) 考虑每一燃油箱中装载超出 85% 最大允许体积的燃油时，基于极限惯性载荷系数为 9.0燃油油头所致燃油压力，利用与85% 油面有关的静压头，使用相应燃油的典型密度。

　　即根据图 5 所示，首先根据公式(10)计算基于典型燃油密度、极限惯性载荷系数为4.5、B 值取燃油箱最远弦向长度沿航向分量的燃油压力①;再基于最大密度的燃油、极限惯性载荷系数为9.0、B 值取燃油箱局部顺流向翼弦的燃油静压头距离，计算燃油压力②;再使用典型燃油密度、极限惯性载荷系数为9.0，B 值取燃油箱最远弦向长度沿航向分量的0.85，计算燃油压力③ 。取② 、③中的小值，和①比较，取大值。

　　图 5 近机身或发动机周围燃油箱向前燃油油头作用时计算示意图

　　5.9 侧向燃油油头所致燃油压力

　　5.9.1 机身内燃油箱侧向燃油油头所致燃油压力

　　机身内燃油箱应能承受由侧向极限惯性载荷系数为 3.0 所致燃油压力。

　　侧向极限惯性载荷系数为 3.0 所造成的燃油压力 Pcn 根据公式(11)计算：

　　Pcn = 3.0 × p × g × L ………………………………………(11)

　　式中：

　　p ——典型燃油密度，kg/m3;

　　g ——重力加速度，m/s2;

　　L ——当地到相邻最远燃油箱实体边界的距离(见图 6 所示，其中 La 为 a 处 L 值)，m。

　　图 6 侧向燃油油头作用时 L 取值示意图

　　5.9.2 机身外燃油箱侧向燃油油头所致燃油压力

　　机身外燃油箱应能承受由侧向极限惯性载荷系数为 1.5 所致燃油压力。

　　侧向极限惯性载荷系数为 1.5 所造成的燃油压力 Pcw 根据公式(12)计算：

　　Pcw = 1.5 × p × g × L ………………………………………(12)

　　式中：

　　p ——典型燃油密度，kg/m3;

　　g ——重力加速度，m/s2;

　　L ——当地到相邻最远燃油箱实体边界的距离(见图 6 所示，其中 La 为 a 处 L 值)，m。

　　5.9.3 近机身或发动机周围燃油箱侧向燃油油头所致燃油压力

　　近机身或发动机周围燃油箱应考虑侧向燃油油头所致燃油压力，必须使用因以下导致的较大的燃油压力：

　　a) 参照 5.9.2 节机身外燃油箱极限惯性载荷系数为1.5 向前(航向)燃油油头所致燃油压力，以及：

　　b) 以下两种情况中的较小者：

　　1) 考虑燃油箱满载最大密度的燃油时，极限惯性载荷系数可用 1.5 来代替 3.0;

　　2) 考虑每一燃油箱中装载超出 85% 最大允许体积的燃油时，使用相应燃油的典型密度，极限惯性载荷系数可用 1.5 来代替 3.0。