為什麼空客A380客機不能滿油起飛

02-10

戰鬥機為了追求最大航程，在減少武器攜帶量和攜帶外掛副油箱的情況下是可以滿油起飛的，但是空客A380大型客機起飛時油箱是不能全部加滿的。也許有人會認為原因是航空公司會根據實際航程，旅客數量和貨物的重量來綜合考慮最終的經濟載油量。是的，這些因素都是航空公司要考慮的，但是實際情況是就算是一個乘客都沒有，一點貨物都不載的情況下也是不能把所有的油箱都加滿油起飛的。這是飛機在設計階段綜合平衡的結果。

大型客機油箱的布置

我們先來了解一下現代客機的油箱布置。

現代大型客機的油箱布置如上圖所示，中央油箱一般布置在飛機重心附近，機體前後一般還布置有附加中央油箱，與此同時，在機翼翼盒內部還布置有機翼油箱。機翼油箱一般有內外連個，左右對稱布置。

A380空重361噸，最大起飛重量560噸。油箱容積有310000升，按照航空燃油的密度0.8 Kg/升來計算，所有油箱加滿能加油248噸，但是事實上A380從來就不可能加這麼多的油起飛。

原因的從A380的機翼設計說起。

A380的機翼設計

A380翼展接近80米，這還是因為受到機場硬體條件的限制，為了在地面安全運行而作的設計折中，項目初期空客甚至計劃把翼展增大到90米以換取更高的氣動效率，達到提高燃油效率的目的。A380的機翼強度按照最大起飛重量650噸的標準來設計，為將來的改型留出餘量。

A380採用了碳纖維增強複合材料的中央翼盒結構，在最大載荷下，翼盒上翹變形量超過了3米。複合材料機翼翼盒在設計是主要考慮的是飛行狀態，在飛行狀態的時候機翼要承載整個機身的重量，所以機翼翼盒在設計是會有一個向下的預應力。大家可以參考一下預應力鋼筋混泥土結構，受力方向一定不能搞錯，否則不但強度會大大減小，而且變形量也非常大。如果在機翼上部施壓一個同樣大小向下的力，你會發現變形會更加厲害，而且能夠承受的最大負荷會更小。

A380複合材料左翼盒進行結構載荷測試，可以看到在最大載荷下機翼的變形情況接近兩人高度（肯定超過3米）（圖片來自維基百科）

下圖是停機坪狀態下的A380客機，可以清晰的看到由於機翼自重以及發動機和發動機吊艙的重量影響下，機翼已經開始翼尖下垂了。再強調一下前面的內容，由於預應力設計，飛機機翼如果受到從上往下的力，變形會非常明顯。所以地面狀態下的A380燃油主要在身機油箱裡面，機翼油箱特別是機翼外側油箱是不能加油的，否則由於機翼油箱燃油的重量，翼尖下垂會更明顯。民航法規對發動機短艙離地最小距離是有規定的。A380客機如果機翼油箱加滿油就不能滿足法規的要求，起飛和降落時存在發動機短艙和翼尖擦地的風險。

波音737客機最早投入使用的時候，大涵道比渦扇發動機還未投入使用，發動機直徑較小，所以波音737起落架高度較低。隨著燃油經濟性的要求越來越高，發動機直徑越來越大，為了滿足民航法規最小離地間隙的要求，波音737的改進型飛機不惜把發動機短艙設計成扁平的形狀。如下圖所示。

飛行狀態下的A380燃油分配

飛行狀態下的A380，機翼要承受整個飛機的重量，機翼自然就會向上翹曲變形，請參考上面翼盒進行載荷測試的圖片。機翼翹曲變形輕則影響氣動效率，重則影響飛行安全。這個時候燃油泵會把機身的油箱的燃油抽到機翼油箱來平衡機翼的變形。燃油系統會根據燃油消耗導致的飛機重量的變化，自動的分配機體油箱和機翼油箱的燃油量，這個過程是動態的。剛起飛的時候飛機自重最重，這時候就會有更多的燃油到機翼油箱裡面去。隨著燃油的消耗，飛機重量變輕到一定程度，機翼油箱裡面的燃油就會減少。飛機降落的時候，一般來說機翼油箱的燃油基本耗盡，只有機身油箱有一定剩餘的燃油。

飛行狀態下的A380，機翼翼尖沒有明顯的上翹變形。

也許有人會問，把機翼設計的足夠強，沒有變形不就什麼問題都解決了嗎？問題在於飛機機翼是典型的懸臂結構，懸臂結構的強度問題相對容易解決，但是剛度問題解決起來就不容易了。強度就是能夠承受載荷不失效，簡單點說，具體到飛機機翼上面就是機翼能夠承載整個飛機的重量不斷裂。剛度就是機翼承受載荷後的變形要控制在一定範圍內，飛機機翼的變形就是典型的剛度設計問題。剛度問題解決起來比強度問題要複雜多了，需要付出巨大的結構重量的代價。對於飛機來說，每公斤的重量都是非常寶貴的，直接關係到飛機的經濟性。最終，飛機設計師選擇了通過燃油來平衡機翼的剛度，大大降低的飛機的結構重量。