《飛機(jī)整體油箱油壓載荷計(jì)算方法》

1HBXXXX—20XX飛機(jī)整體油箱油壓載荷計(jì)算方法本文件規(guī)定了運(yùn)輸類飛機(jī)整體油箱應(yīng)考慮的油壓載荷、油壓載荷的計(jì)算方法。本文件適用于運(yùn)輸類飛機(jī)油壓載荷作用下整體油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析。其他類型飛機(jī)可參考本文件。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用二構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。CCAR-25運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1整體油箱integralfueltank經(jīng)過(guò)密封處理，用機(jī)體內(nèi)部空間直接作為燃油的容積的結(jié)構(gòu)空間。3.2實(shí)體邊界solidbarrier可有效阻止燃油流動(dòng)的任何內(nèi)部隔板。4一般要求4.1實(shí)體邊界的判定實(shí)體邊界應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：a)能承受飛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中預(yù)期的壓力載荷；b)根據(jù)燃油流動(dòng)方向，隔板將燃油箱分為上游空間與下游空間，0.5s的時(shí)間內(nèi)，燃油無(wú)法從上游流動(dòng)至下游。時(shí)間t的計(jì)算公式為：V…………(1)t=jCdiai式中：2HBXXXX—20XXV——1g平飛狀態(tài)下，燃油箱內(nèi)下游空間的空氣體積。下游空間應(yīng)是被實(shí)體隔板封閉的區(qū)域。在大部分情況下，可認(rèn)為下游空間內(nèi)含2%的空氣體積，m3；j——隔板上孔的數(shù)量；i——第i個(gè)孔；Cdi——孔i的排放系數(shù)?？杀Ｊ氐奶幚頌镃di=1，或者根據(jù)孔的大小和形狀來(lái)確定；ai——孔i的面積，m2；g——重力加速度，m/s2；hi——孔i上游空間的液壓油頭距離，包括所有被實(shí)體隔板封閉的燃油區(qū)域，m；K——預(yù)期條件下的油壓過(guò)載系數(shù)。計(jì)算出時(shí)間t，當(dāng)t>0.5s時(shí)，認(rèn)為此隔板可有效阻止燃油流動(dòng)，為實(shí)體邊界。4.2計(jì)算油壓載荷時(shí)飛機(jī)整體油箱的分類在進(jìn)行油壓載荷分析時(shí)，把飛機(jī)整體油箱分成三類：機(jī)身內(nèi)燃油箱、近機(jī)身或發(fā)動(dòng)機(jī)周圍燃油箱和機(jī)身外燃油箱，該分類僅適用于油壓載荷分析時(shí)使用，三類燃油箱的定義如下：a)機(jī)身內(nèi)燃油箱機(jī)身內(nèi)燃油箱需滿足以下兩個(gè)條件之一：1)位于機(jī)身增壓密封邊界以內(nèi)；2)燃油箱壁是機(jī)身增壓密封邊界的一部分。b)近機(jī)身或發(fā)動(dòng)機(jī)周圍燃油箱對(duì)于翼吊發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)，“近機(jī)身”表示位于機(jī)身與發(fā)動(dòng)機(jī)最內(nèi)側(cè)之間的燃油箱；“發(fā)動(dòng)機(jī)周圍”的燃油箱區(qū)域與發(fā)動(dòng)機(jī)短艙潛在點(diǎn)火源的側(cè)向距離至少為254mm。對(duì)于尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)，“近機(jī)身”表示距離機(jī)身邊界外一定距離的燃油箱區(qū)域，此距離取機(jī)身的最大寬度。c)機(jī)身外燃油箱除機(jī)身內(nèi)燃油箱及近機(jī)身或發(fā)動(dòng)機(jī)周圍燃油箱以外的燃油箱。翼吊發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)燃油箱分類示意圖見(jiàn)圖1所示，尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)燃油箱分類示意圖見(jiàn)圖2所示。3HBXXXX—20XX標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——機(jī)身外燃油箱；2——近機(jī)身或發(fā)動(dòng)機(jī)周圍燃油箱；3——機(jī)身內(nèi)燃油箱。圖1翼吊發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)燃油箱分類示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——機(jī)身外燃油箱；2——近機(jī)身燃油箱；3——機(jī)身內(nèi)燃油箱。圖2尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)燃油箱分類示意圖4HBXXXX—20XX4.3機(jī)身內(nèi)燃油箱應(yīng)考慮的油壓載荷機(jī)身內(nèi)燃油箱應(yīng)考慮以下油壓載荷：a)工作壓力、地面加油故障壓力、燃油重量所產(chǎn)生的壓力；b)極限滾轉(zhuǎn)燃油壓力Pgz；c)極限慣性載荷系數(shù)為2.0的晃動(dòng)燃油油頭所致燃油壓力Phd；d)油箱滿油的飛機(jī)在最大限制加速度及相應(yīng)變形時(shí)所致燃油壓力Pbx；e)極限慣性載荷系數(shù)為向上3.0燃油油頭所致燃油壓力Pxs；f)極限慣性載荷系數(shù)為向下6.0燃油油頭所致燃油壓力Pxx；g)極限慣性載荷系數(shù)為向后1.5燃油油頭所致燃油壓力Pxh；h)極限慣性載荷系數(shù)為向前（航向）9.0燃油油頭所致燃油壓力Pqn；i)極限慣性載荷系數(shù)為側(cè)向3.0燃油油頭所致燃油壓力Pcn。4.4機(jī)身外燃油箱應(yīng)考慮的油壓載荷機(jī)身外燃油箱應(yīng)考慮以下油壓載荷：a)工作壓力、地面加油故障壓力、燃油重量所產(chǎn)生的壓力；b)極限滾轉(zhuǎn)燃油壓力Pgz；c)極限慣性載荷系數(shù)為2.0的晃動(dòng)燃油油頭所致燃油壓力Phd；d)油箱滿油的飛機(jī)在最大限制加速度及相應(yīng)變形時(shí)所致燃油壓力Pbx；e)極限慣性載荷系數(shù)為向上3.0燃油油頭所致燃油壓力Pxs；f)極限慣性載荷系數(shù)為向下6.0燃油油頭所致燃油壓力Pxx；g)極限慣性載荷系數(shù)為向后1.5燃油油頭所致燃油壓力Pxh；h)極限慣性載荷系數(shù)為向前（航向）4.5燃油油頭所致燃油壓力Pqw；i)極限慣性載荷系數(shù)為側(cè)向1.5燃油油頭所致燃油壓力Pcw。4.5近機(jī)身或發(fā)動(dòng)機(jī)周圍燃油箱應(yīng)考慮的油壓載荷近機(jī)身或發(fā)動(dòng)機(jī)周圍燃油箱應(yīng)考慮以下油壓載荷：a)工作壓力、地面加油故障壓力、燃油重量所產(chǎn)生的壓力；b)極限滾轉(zhuǎn)燃油壓力Pgz；c)極限慣性載荷系數(shù)為2.0的晃動(dòng)燃油油頭所致燃油壓力Phd；d)油箱滿油的飛機(jī)在最大限制加速度及相應(yīng)變形時(shí)所致燃油壓力Pbx；e)極限慣性載荷系數(shù)為向上3.0燃油油頭所致燃油壓力Pxs；f)極限慣性載荷系數(shù)為向下6.0燃油油頭所致燃油壓力Pxx；g)極限慣性載荷系數(shù)為向后1.5燃油油頭所致燃油壓力Pxh；h)向前（航向）燃油油頭所致燃油壓力，具體見(jiàn)5.8.3；i)側(cè)向燃油油頭所致燃油壓力，具體見(jiàn)5.9.3。5詳細(xì)要求5.1工作壓力、地面加油故障壓力、燃油重量所產(chǎn)生的壓力5.1.1工作壓力選以下兩者中的較大值作為工作壓力：a)整體油箱表面能承受在燃油箱內(nèi)產(chǎn)生的最大沖壓空氣壓力的125%；5HBXXXX—20XXb)整體油箱必須能承受0.024MPa（3.5psi）的內(nèi)部壓力。5.1.2地面加油故障壓力飛機(jī)不同型號(hào)具體要求不同，由相關(guān)型號(hào)專用規(guī)范確定。5.1.3燃油重量所產(chǎn)生的壓力燃油重量造成的燃油壓力Pyz根據(jù)公式(2)計(jì)算得到：Pyz式中：ρ——典型燃油密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；h——當(dāng)?shù)叵鄬?duì)燃油高度（未變形時(shí)，燃油箱最高點(diǎn)與當(dāng)?shù)刈畹忘c(diǎn)的高度差），m。5.2極限滾轉(zhuǎn)燃油壓力由飛機(jī)滾轉(zhuǎn)率為ω所造成的燃油極限離心壓力Pgz按公式(3)計(jì)算：P2(Lb2-La2)……(3)式中：Lb——該站位相對(duì)機(jī)身軸線的距離，m；La——前一個(gè)站位（實(shí)體邊界）相對(duì)機(jī)身軸線的距離，m；ρ——典型燃油密度，kg/m3；ω——角速度（由相關(guān)型號(hào)專用規(guī)范確定），rad/s。5.3晃動(dòng)燃油油頭所致燃油壓力極限慣性載荷系數(shù)為2.0的晃動(dòng)燃油油頭所致中間肋承受的燃油壓力Phd按公式(4)計(jì)算： (4)式中：ρ——典型燃油密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；R——相鄰左、右肋與該中間肋間距的最大值，m。5.4油箱滿油的飛機(jī)在最大限制加速度及相應(yīng)變形時(shí)所致燃油壓力根據(jù)具體型號(hào)選出燃油箱滿油的飛機(jī)垂直方向最大限制加速度工況，考慮無(wú)變形時(shí)的燃油液面高度h，以及燃油箱結(jié)構(gòu)變形引起的液面高度變化h′,進(jìn)行相應(yīng)的載荷計(jì)算。燃油箱滿油的飛機(jī)在最大限制加速度及相應(yīng)變形時(shí)所產(chǎn)生的油液壓力Pbx根據(jù)公式(5)計(jì)算：P式中：n——最大限制加速度的載荷系數(shù)；ρ——典型燃油密度，kg/m3；6HBXXXX—20XXg——重力加速度，m/s2；h——當(dāng)?shù)叵鄬?duì)燃油高度（未變形時(shí)，燃油箱最高點(diǎn)與當(dāng)?shù)刈畹忘c(diǎn)的高度差），m；h′——燃油箱結(jié)構(gòu)變形引起的液面高度變化，m。5.5向上燃油油頭所致燃油壓力極限慣性載荷系數(shù)為向上3.0燃油油頭所致燃油壓力Pxs按公式(6)計(jì)算：=3.0pgh (6)式中：ρ——典型燃油密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；h——當(dāng)?shù)叵鄬?duì)燃油高度（未變形時(shí)，燃油箱最高點(diǎn)與當(dāng)?shù)刈畹忘c(diǎn)的高度差），m。5.6向下燃油油頭所致燃油壓力極限慣性載荷系數(shù)為向下6.0燃油油頭所致燃油壓力Pxx按公式(7)計(jì)算：=6.0pgh (7)式中：ρ——典型燃油密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；h——當(dāng)?shù)叵鄬?duì)燃油高度（未變形時(shí)，燃油箱最高點(diǎn)與當(dāng)?shù)刈畹忘c(diǎn)的高度差），m。5.7向后燃油油頭所致燃油壓力圖3向后燃油油頭作用時(shí)B取值示意圖極限慣性載荷系數(shù)為向后1.5燃油油頭所致燃油壓力Pxh按公式(8)計(jì)算：P=1.5pgB (8)式中：ρ——典型燃油密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；B——當(dāng)?shù)匾砗邢蚁蜷L(zhǎng)度沿航向分量（見(jiàn)圖3所示，Ba、Bb分別為a處、b處B值），m。5.8向前（航向）燃油油頭所致燃油壓力7HBXXXX—20XX5.8.1機(jī)身內(nèi)燃油箱向前（航向）燃油油頭所致燃油壓力機(jī)身內(nèi)燃油箱應(yīng)考慮極限慣性載荷系數(shù)為9.0向前（航向）燃油油頭所致燃油壓力Pqn。按公式(9)計(jì)算：=9.0pgB……(9)式中：ρ——典型燃油密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；B——當(dāng)?shù)匾砗邢蚁蜷L(zhǎng)度沿航向分量（見(jiàn)圖4所示，Ba、Bb分別為a處、b處B值），m。圖4向前燃油油頭作用時(shí)B取值示意圖5.8.2機(jī)身外燃油箱向前（航向）燃油油頭所致燃油壓力機(jī)身外燃油箱應(yīng)考慮極限慣性載荷系數(shù)為4.5向前（航向）燃油油頭所致燃油壓力Pqw按公式(10)計(jì)算：=4.5pgB……(10)式中：ρ——典型燃油密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；B——當(dāng)?shù)匾砗邢蚁蜷L(zhǎng)度沿航向分量（見(jiàn)圖4所示，Ba、Bb分別為a處、b處B值），m。5.8.3近機(jī)身或發(fā)動(dòng)機(jī)周圍燃油箱向前（航向）燃油油頭所致燃油壓力近機(jī)身或發(fā)動(dòng)機(jī)周圍燃油箱應(yīng)考慮向前（航向）燃油油頭所致燃油壓力，必須使用因以下導(dǎo)致的較大的燃油壓力：a)參照5.8.2節(jié)機(jī)身外燃油箱極限慣性載荷系數(shù)為4.5向前（航向）燃油油頭所致燃油壓力，以及：b)以下兩種情況中的較小者：1)考慮燃油箱滿載最大密度的燃油時(shí)，基于極限慣性載荷系數(shù)為9.0燃油油頭所致燃油壓力，可利用等于燃油箱局部順流向翼弦的燃油靜壓頭來(lái)計(jì)算；2)考慮每一燃油箱中裝載超出85%最大允許體積的燃油時(shí)，基于極限慣性載荷系數(shù)為9.0燃油油頭所致燃油壓力，利用與85%油面有關(guān)的靜壓頭，使用相應(yīng)燃油的典型密度。即根據(jù)圖5所示，首先根據(jù)公式(10)計(jì)算基于典型燃油密度、極限慣性載荷系數(shù)為4.5、B值取燃8HBXXXX—20XX油箱最遠(yuǎn)弦向長(zhǎng)度沿航向分量的燃油壓力①;再基于最大密度的燃油、極限慣性載荷系數(shù)為9.0、B值取燃油箱局部順流向翼弦的燃油靜壓頭距離，計(jì)算燃油壓力②;再使用典型燃油密度、極限慣性載荷系數(shù)為9.0，B值取燃油箱最遠(yuǎn)弦向長(zhǎng)度沿航向分量的0.85，計(jì)算燃油壓力③。?、?、③中的小值，和①比較，取大值。圖5近機(jī)身或發(fā)動(dòng)機(jī)周圍燃油箱向前燃油油頭作用時(shí)計(jì)算示意圖5.9側(cè)向燃油油頭所致燃油壓力5.9.1機(jī)身內(nèi)燃油箱側(cè)向燃油油頭所致燃油壓力機(jī)身內(nèi)燃油箱應(yīng)能承受由側(cè)向極限慣性載荷系數(shù)為3.0所致燃油壓力。側(cè)向極限慣性載荷系數(shù)為3.0所造成的燃油壓力Pcn根據(jù)公式(11)計(jì)算：=3.0pgL (11)式中：ρ——典型燃油密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；L——當(dāng)?shù)氐较噜徸钸h(yuǎn)燃油箱實(shí)體邊界的距離（見(jiàn)圖6所示，其中La為a處L值），m。圖6側(cè)向燃油油頭作用時(shí)L取值示意圖9HBXXXX—20XX5.9.2機(jī)身外燃油箱側(cè)向燃油油頭所致燃油壓力機(jī)身外燃油箱應(yīng)能承受由側(cè)向極限慣性載荷系數(shù)為1.5所致燃油壓力。側(cè)向極限慣性載荷系數(shù)為1.5所造成的燃油壓力Pcw根據(jù)公式(12)計(jì)算：=1.5pgL (12)式中：ρ——典型燃油密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；L——當(dāng)?shù)氐较噜徸钸h(yuǎn)燃油箱實(shí)體邊界的距離（見(jiàn)圖