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一句话答案:自由下落的燃油爱冒泡
来自一位A320飞行学员的提问:“为什么重力供油有升限和时间要求?和温度有关,还是气压?”升限
(ceiling)
指的是最大安全高度。首先整理一下问题,重新表述:“
重力供油为什么有升限要求?升限和哪些因素有关?
”
当需要考虑重力供油,说明
至少有一个发动机无法得到燃油泵的压力。此时,该发动机的供油压力下降,使燃油流量减少;同时燃油在管路中可能会产生气塞(vapor lock),使供油中断。而燃油供应异常,可能导致发动机推力下降、突变甚至空停。
为了应对气塞,较低的环境温度和较低的飞行高度,都是相对安全的。
01 重力供油,压力足够
那么失去燃油泵导致的供油压力下降是个问题吗?
A320害怕空停,但即使是失去了所有的燃油泵,在认证的升限以下,遵照手册规定仍然可以继续运行。
手册所规定的重力供油升限,意味着在该高度以下,只要满足了相应的飞行时限,并执行指定的操作,燃油系统就能够满足发动机对燃油流量的需要。
甚至更进一步,只要处在重力供油升限以下,即使最终还是发生了空停,需要尝试再起动时,燃油流量也是可以保证的。
CCAR 23部《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》第23.955条指出:重力供油系统(主供油和备用供油)的燃油流量,必须为发动机起飞燃油消耗量的150%。而CCAR 25部《运输类飞机适航标准》第23.903条(e)关于发动机再起动能力的要求也最终体现为飞行包线以内重力供油的可靠性。
02 应对气塞,才是关键
什么是气塞呢?它很像是喝饮料时吸管里混入了气泡。但燃油里的“气泡”是燃油的挥发物,并且可能会更小更多;实际上它更像是啤酒中的气泡,但它的本质毕竟是燃油而不是空气,因此英文是vapor而不是air。
气塞是怎么产生的?设想一个半满的密闭燃油箱,将油面以上抽成真空,燃油将不断挥发成为蒸气(vapor),但不会无限挥发。当蒸气不再增加,被称为“饱和”,蒸气的压力叫“饱和蒸气压”。
在重力供油时,管路中容易发生类似于“抽成真空”的情况,但任何“真空”都立即被蒸气所填充,因此气塞有时候表现为个体极小、数量很大的气泡群,而气泡群一旦汇合成大的气泡则有大的威力。
温度较低时,燃油分子较为安定,不容易挥发,因此相对不那么容易发生气塞。
学术点儿的说法是:温度低时,饱和蒸气压比较小。
如果你是试飞员,为了在关闭所有燃油泵的情况下完成某项测试,你可以首先
爬到某个高度层以上待够足够长的时间,好让燃油充分地冷却下来。这一操作带来的好处就是饱和蒸气压下降、不容易产生气塞
;这时候就可以关闭所有燃油泵了。此时,你的高度就是升限。对于A320来说,这个高度层是FL 300,足够长的时间是30分钟。
有一种见解认为在高空待久一些是为了让原本混在燃油中的空气充分地释放出来。这很有想象力,却真的把燃油理解成了啤酒,把气塞理解成了air lock。但是,喝了酒的飞机和喝了酒的你都是不能上天的!
如果你在FL 300以上待不够30分钟,那么燃油可能还比较温热,仍然比较容易“冒泡”。为了关闭燃油泵,应当先
下降到FL 300以下。在这个高度以下,空气不那么稀薄,些微的气塞不足以造成危害。
如果你一直没有爬到FL 300以上,发生气塞的可能性就更大一些。但是,选择FL 150或者起飞场上方7000 ft这二者之中较高的那个值作为升限,也是安全的。
03 燃油牌号,也有影响
以上情况,都是基于一个前提,那就是你加注了最常见的燃油牌号JET A-1。但是如果在西伯利亚试飞,有可能要加注JET B。
与JET A-1相比,这种燃油十分抗冻,但也有“易爆”和“爱冒泡”的缺点
,也就是闪点极低,而饱和蒸气压却非常高。为此,重力供油升限仅有FL 100。
当然了,以上所有情况之所以复杂,完全是因为燃油失去了正常的增压动力。只要把燃油泵统统打开,管路里的燃油就没有了类似于“抽成真空”的机会,那么飞机的升限又回到了FL 398。
04 燃油交输,应关则关
除了重力供油升限的知识点,[QRH] GRAVITY FUEL FEEDING(重力供油)这个程序没有什么不好理解的了,但
如果阅读中文版,可能会踩到一个坑
:原版中的“
When reaching gravity feed ceiling
”被很多公司翻译成了“到达重力供油升限时”。
正好弄反了吧?reaching是进行时,所以正确的翻译应该是“在接近重力供油升限时”,意思是:
如果需要重力供油,那么在到达升限以前,要把燃油交输活门放在默认的关闭位
,这样子可以让两侧发动机“各找各妈”,吃自己那一侧的燃油。只有单发重力供油的情况下,才要打开交输活门,并且向这个好的发动机压一个坡度角。
参考资料
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A320 FCOM QRH TTM
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CCAR 23部《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》
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CCAR 25部《运输类飞机适航标准》
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维修基础执照教材《M3-飞机结构和系统》
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FAA-H-8083-32: Aviation Maintenance Technician Handbook – Powerplant
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https://www.pprune.org/archive/index.php/t-538435.html
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https://www.boldmethod.com/blog/lists/2020/07/6-tips-for-hot-weather-flying-days/
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论文《航空发动机台架试车燃油系统气塞故障与排除方式分析》
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论文《飞机重力供油的计算研究》
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