戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)起飛時(shí)油箱是不能全部加滿的。也許有人會(huì)認(rèn)為原因是航空公司會(huì)根據(jù)實(shí)際航程，旅客數(shù)量和貨物的重量來綜合考慮最終的經(jīng)濟(jì)載油量。是的，這些因素都是航空公司要考慮的，但是實(shí)際情況是就算是一個(gè)乘客都沒有，一點(diǎn)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(jī)在設(shè)計(jì)階段綜合平衡的結(jié)果。
大型客機(jī)油箱的布置
我們先來了解一下現(xiàn)代客機(jī)的油箱布置。
現(xiàn)代大型客機(jī)的油箱布置如上圖所示，中央油箱一般布置在飛機(jī)重心附近，機(jī)體前后一般還布置有附加中央油箱，與此同時(shí)，在機(jī)翼翼盒內(nèi)部還布置有機(jī)翼油箱。機(jī)翼油箱一般有內(nèi)外連個(gè)，左右對(duì)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(jì)算，所有油箱加滿能加油248噸，但是事實(shí)上A380從來就不可能加這么多的油起飛。
原因的從A380的機(jī)翼設(shè)計(jì)說起。
A380的機(jī)翼設(shè)計(jì)
A380翼展接近80米，這還是因?yàn)槭艿綑C(jī)場硬件條件的限制，為了在地面安全運(yùn)行而作的設(shè)計(jì)折中，項(xiàng)目初期空客甚至計(jì)劃把翼展增大到90米以換取更高的氣動(dòng)效率，達(dá)到提高燃油效率的目的。A380的機(jī)翼強(qiáng)度按照最大起飛重量650噸的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，為將來的改型留出余量。
A380采用了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的中央翼盒結(jié)構(gòu)，在最大載荷下，翼盒上翹變形量超過了3米。復(fù)合材料機(jī)翼翼盒在設(shè)計(jì)是主要考慮的是飛行狀態(tài)，在飛行狀態(tài)的時(shí)候機(jī)翼要承載整個(gè)機(jī)身的重量，所以機(jī)翼翼盒在設(shè)計(jì)是會(huì)有一個(gè)向下的預(yù)應(yīng)力。大家可以參考一下預(yù)應(yīng)力鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，受力方向一定不能搞錯(cuò)，否則不但強(qiáng)度大大減小，而且變形量也會(huì)非常大。如果在機(jī)翼上部施壓一個(gè)同樣大小向下的力，你會(huì)發(fā)現(xiàn)變形會(huì)更加厲害，而且能夠承受的最大負(fù)荷會(huì)更小。
A380復(fù)合材料左翼盒進(jìn)行結(jié)構(gòu)載荷測(cè)試，可以看到在最大載荷下機(jī)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(jī)坪狀態(tài)下的A380客機(jī)，可以清晰的看到由于機(jī)翼自重以及發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙的重量影響下，機(jī)翼已經(jīng)開始翼尖下垂了。再強(qiáng)調(diào)一下前面的內(nèi)容，由于預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，飛機(jī)機(jī)翼如果受到從上往下的力，變形會(huì)非常明顯。所以地面狀態(tài)下的A380燃油主要在身機(jī)油箱里面，機(jī)翼油箱特別是機(jī)翼外側(cè)油箱是不能加油的，否則由于機(jī)翼油箱燃油的重量，翼尖下垂會(huì)更明顯。民航法規(guī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙離地最小距離是有規(guī)定的。A380客機(jī)如果機(jī)翼油箱加滿油就不能滿足法規(guī)的要求，起飛和降落時(shí)存在發(fā)動(dòng)機(jī)短艙和翼尖擦地的風(fēng)險(xiǎn)。
波音737客機(jī)最早投入使用的時(shí)候，大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)還未投入使用，發(fā)動(dòng)機(jī)直徑較小，所以波音737起落架高度較低。隨著燃油經(jīng)濟(jì)性的要求越來越高，發(fā)動(dòng)機(jī)直徑越來越大，為了滿足民航法規(guī)最小離地間隙的要求，波音737的改進(jìn)型飛機(jī)不惜把發(fā)動(dòng)機(jī)短艙設(shè)計(jì)成扁平的形狀。如下圖所示。
飛行狀態(tài)下的A380燃油分配
飛行狀態(tài)下的A380，機(jī)翼要承受整個(gè)飛機(jī)的重量，機(jī)翼自然就會(huì)向上翹曲變形，請(qǐng)參考上面翼盒進(jìn)行載荷測(cè)試的圖片。機(jī)翼翹曲變形輕則影響氣動(dòng)效率，重則影響飛行安全。這個(gè)時(shí)候燃油泵會(huì)把機(jī)身的油箱的燃油抽到機(jī)翼油箱來平衡機(jī)翼的變形。燃油系統(tǒng)會(huì)根據(jù)燃油消耗導(dǎo)致的飛機(jī)重量的變化，自動(dòng)的分配機(jī)體油箱和機(jī)翼油箱的燃油量，這個(gè)過程是動(dòng)態(tài)的。剛起飛的時(shí)候飛機(jī)自重最重，這時(shí)候就會(huì)有更多的燃油到機(jī)翼油箱里面去。隨著燃油的消耗，飛機(jī)重量變輕到一定程度，機(jī)翼油箱里面的燃油就會(huì)減少。飛機(jī)降落的時(shí)候，一般來說機(jī)翼油箱的燃油基本耗盡，只有機(jī)身油箱有一定剩余的燃油。
飛行狀態(tài)下的A380，機(jī)翼翼尖沒有明顯的上翹變形。
也許有人會(huì)問，把機(jī)翼設(shè)計(jì)的足夠強(qiáng)，沒有變形不就什么問題都解決了嗎？問題在于飛機(jī)機(jī)翼是典型的懸臂結(jié)構(gòu)，懸臂結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度問題相對(duì)容易解決，但是剛度問題解決起來就不容易了。強(qiáng)度就是能夠承受載荷不失效，簡單點(diǎn)說，具體到飛機(jī)機(jī)翼上面就是機(jī)翼能夠承載整個(gè)飛機(jī)的重量不斷；剛度就是機(jī)翼承受載荷后的變形要控制在一定范圍內(nèi)，飛機(jī)機(jī)翼的變形就是典型的剛度設(shè)計(jì)問題。剛度問題解決起來比強(qiáng)度問題要復(fù)雜多了，需要付出巨大的結(jié)構(gòu)重量的代價(jià)。對(duì)于飛機(jī)來說，每公斤的重量都是非常寶貴的，直接關(guān)系到飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。最終，飛機(jī)設(shè)計(jì)師選擇了通過燃油來平衡機(jī)翼的剛度，大大降低的飛機(jī)機(jī)翼的結(jié)構(gòu)重量。
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