民機(jī)滑軌套筒排液通路設(shè)計(jì)與研究

翁晨濤 崔衛(wèi)軍 廉 偉 張?jiān)?何 瑞 柯志強(qiáng) /

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

0 引言

民機(jī)滑軌套筒位于前緣艙內(nèi)，結(jié)構(gòu)形式為單口開放式，閉口段位于機(jī)翼油箱內(nèi)側(cè)，單開口端位于前緣滑軌一側(cè)，單開口的結(jié)構(gòu)保證了前緣滑軌收放過程中與機(jī)翼油箱分離，實(shí)現(xiàn)機(jī)翼油箱與外界的隔離密封要求。前緣迎風(fēng)面存在雨水、冷凝水等液體的積聚現(xiàn)象，為了避免液體的腐蝕作用對結(jié)構(gòu)造成的損傷，應(yīng)進(jìn)行排液設(shè)計(jì)[1]。排液設(shè)計(jì)包括提供合適大小的排液通路和布置漏水孔。漏水孔的布置應(yīng)保證利于飛機(jī)在停機(jī)狀態(tài)時(shí)，可以將液體排出飛機(jī)外部，路徑越短越好。

滑軌套筒迎風(fēng)面有機(jī)翼前緣艙遮擋，不存在環(huán)境液體直接、大流量沖擊滑軌套筒的工況，但是仍然存在液體流入或凝結(jié)在套筒側(cè)壁的可能。為避免積水浸泡滑軌造成前緣滑軌的腐蝕，滑軌套筒必須具有排液通路，如圖1所示。

圖1 滑軌套筒位置示意圖

1 排液通路的防積水要求

零件的設(shè)計(jì)應(yīng)避免液體的滯留。如不能避免，應(yīng)設(shè)計(jì)排水孔并讓液體能夠流走，在設(shè)計(jì)過程中，必須考慮避免空隙處積水，如圖2所示。如不能避免，需用密封劑填充空隙。僅僅因?yàn)榕潘哪康亩罅渴褂妹芊鈩⒅苯佑绊懡M件的裝配關(guān)系，導(dǎo)致后續(xù)裝配件在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生干涉現(xiàn)象。因此，應(yīng)使用軟管來收集和傳輸液體到艙底并排出，管體應(yīng)選用防水材料，當(dāng)下航空工業(yè)比較成熟的材料有聚四氟乙烯、熱塑熱固塑料等，對于柔性軟管常用聚四氟乙烯PTEE。

圖2 防積液示意圖

排液通路應(yīng)在滿足整體裝配要求的情況下，滿足水勢能損耗最低原則，盡可能減少排液通路的流通長度，減少水勢能的損耗，如圖3所示。

圖3 水勢能損耗最小方向示意圖

按CCAR-25-R4《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于民航總局令第 108 號(hào)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)燃油排泄和排氣排出物規(guī)定，機(jī)加件的設(shè)計(jì)應(yīng)避免水滯留。如不能避免，應(yīng)設(shè)計(jì)排水孔并讓液體能夠流走，如設(shè)計(jì)無法滿足上述要求，可用密封劑填充，使液體可以從零件上的排水孔流出；應(yīng)當(dāng)盡可能選擇最大漏水孔，但不能危及零件的完整性。推薦漏水孔徑見表1，滑軌套筒壁厚范圍為2 mm～5 mm。

表1 漏水孔徑推薦值

CCAR 25.863(a)(b1)(d)及AC25.863要求：在地面靜止?fàn)顟B(tài)，每處結(jié)構(gòu)隔斷內(nèi)積液量不超過1.5oz(44 ml)的指標(biāo)。

算法：將CATIA模型用飛機(jī)?？克椒较虻钠矫?如XY平面)去截排液孔下方區(qū)域，然后用曲面包絡(luò)出積液量，直接測出體積，其示意圖如圖4、圖5所示。

圖4 水平積液示意圖

圖5 滑軌套筒底部積水示意圖

經(jīng)過計(jì)算，滑軌套筒內(nèi)積水量均小于0.042 kg，滿足適航規(guī)章要求，見表2。但由于受機(jī)翼上反角、安裝角的影響，滑軌套筒內(nèi)積水區(qū)域呈現(xiàn)非水平均布的狀態(tài)，在靠近機(jī)身的內(nèi)后方向，水平靜止工況下套筒積水情況更明顯。

表2 滑軌套筒積液參數(shù)

民用飛機(jī)當(dāng)下通常采用翼吊布局，機(jī)翼由于吊掛發(fā)動(dòng)機(jī)的高度要求會(huì)存在3°～7°的上反角，考慮到飛機(jī)地面工況的防積水要求，排水通路的出水口應(yīng)盡可能布置在靠近機(jī)身的方向，如圖6所示，如果布置在遠(yuǎn)離機(jī)身方向?qū)⒃斐蓹C(jī)翼地面工況積水，對滑軌套筒的防腐蝕性能造成一定的影響。

圖6 推薦出水口位置示意圖

2 排液通路的裝配要求

2.1 適配要求

排水管不采用硬管材料是為了方便安裝、避免不同傳力方向的裝配件間存在位移聯(lián)動(dòng)，導(dǎo)致無法延展的管體發(fā)生拉伸斷裂，但是不能完全依賴軟管的延展性能，如果設(shè)計(jì)初期將軟管的延展性能過度挖掘，后期出現(xiàn)相對位移的工況下，軟管由于已拉伸至最大延展極限，將發(fā)生斷裂等現(xiàn)象，如圖7所示，造成燃油的泄漏，產(chǎn)生安全隱患。因此，應(yīng)合理布局排水管生長方向，避免出現(xiàn)曲率變化劇烈的應(yīng)力集中區(qū)，將排水管松弛地連接到對接接頭上，如果排水管有鵝頸接頭，將鵝頸的安裝方向直接指向滑軌套筒與下壁板開孔間最短距離的方向，如圖8所示。

圖7 排水管合理安裝角度示意圖

圖8 錯(cuò)誤排水管安裝角度示意圖

2.2 防松要求

圖9 排水管對接接頭示意圖

長期浸潤在油箱內(nèi)的排水通路，必須耐受微生物的腐蝕，螺紋連接配合濕安裝及封包是比較成熟的連接方式，對于影響飛機(jī)安全性、操作性及可靠性的螺紋件，應(yīng)確保其不發(fā)生松動(dòng)，如圖9所示。正常情況下的安全防松方法有采用保險(xiǎn)絲、開口銷、鎖緊墊圈、自鎖螺母、防松墊片等。對于后期需要拆卸檢修的零件，首選保險(xiǎn)絲及防松墊片?；壧淄矊?yīng)的鑄件拔模成型件，尤其是壁厚較薄的鑄件，在鑄件的凸臺(tái)或拐折處制小孔十分容易產(chǎn)生抖刀現(xiàn)象，如圖10所示，抖刀對鑄件材料內(nèi)部影響較大，應(yīng)盡量避免，因此，建議采用防松墊片形式實(shí)現(xiàn)防松要求，如圖11所示。

圖10 保險(xiǎn)絲安裝區(qū)域示意圖

圖11 防松墊片安裝示意圖

3 排液通路的耐腐蝕要求

滑軌套筒出水口位于機(jī)翼下壁板位置，液體滴落路徑通過發(fā)動(dòng)機(jī)短艙，由于發(fā)動(dòng)機(jī)短艙后方離發(fā)動(dòng)機(jī)出口較近、溫度較高，泄漏容易隨上游高速氣流流向下游高溫區(qū)域引起著火或者冒煙，必須防止排水管腐蝕性液體泄漏導(dǎo)致燃油直接滴入發(fā)動(dòng)機(jī)短艙。

排水管必須耐受機(jī)翼油箱內(nèi)所有可能接觸的液體及氣體浸泡，不發(fā)生泄漏。常見的液體有：航空煤油、潤滑油、液壓油、異丙基酒精、乙烯乙二醇、殺蟲劑、消毒劑、減速劑、滅火劑、鹽霧等。排液通路的主要零件排水管必須經(jīng)過相應(yīng)的耐腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)中，將排水管放在各種液體中浸泡160 h后取出，沖洗后注壓15 Psi并保壓5 min，觀察是否有壓力損失，同時(shí)將管體沒入水中，觀察是否有氣泡產(chǎn)生，如圖12所示。

圖12 排水管耐腐蝕試驗(yàn)示意圖

4 排液通路電防護(hù)要求

按FAA適航通報(bào)AC20-53A的規(guī)定，民用飛機(jī)機(jī)體遭雷擊區(qū)分為1A、1B、2A、2B、3區(qū)，如圖13所示。

圖13 飛機(jī)雷擊分區(qū)示意圖

1)1A區(qū)為直接雷擊區(qū)，且雷電在此駐留的可能性非常小。此區(qū)是雷擊的進(jìn)入點(diǎn)，即最先接觸到雷擊的飛機(jī)表面。

2)1B 區(qū)為直接雷擊區(qū)，且雷電在此駐留的可能性大。此區(qū)是雷擊電流放電區(qū)。

3)2A 區(qū)為掃掠雷擊區(qū)，且雷電在此駐留的可能性非常小。飛機(jī)一旦遭到雷擊，這種放電接觸點(diǎn)在氣流的沖刷下，不斷順氣流方向跳躍移動(dòng)的雷擊稱為掃掠雷擊。

4)2B 區(qū)為掃掠雷擊區(qū)，且雷電在此駐留的可能性大。此區(qū)包括平尾后緣、垂尾后緣、發(fā)房尾段等。

5)3區(qū)是間接影響區(qū)，除1、2區(qū)以外的表面。如機(jī)翼表面、平尾表面等。

雷擊將在短時(shí)間內(nèi)釋放巨大的能量，造成爆炸或起火[2]，在雷擊直擊區(qū)必須進(jìn)行電搭接。滑軌套筒排水通路處于飛機(jī)雷擊的3區(qū)，因此，當(dāng)飛機(jī)遭雷擊時(shí)，滑軌套筒排水通路不做為雷擊放電通路上一個(gè)組成部分。

但是飛機(jī)外表面、結(jié)構(gòu)、部件上的靜電積累會(huì)導(dǎo)致電弧、電暈和流光，從而泄放靜電。靜電放(高達(dá)數(shù)百兆赫茲)的射頻能量。這些能量會(huì)擊穿空氣產(chǎn)生電火花，存在點(diǎn)燃非惰化油氣的危險(xiǎn)。所以，需要對不同類型的靜電采取必要的防護(hù)措施。

防靜電電弧的電搭接阻值應(yīng)該小于 105Ω。由于聚四氟乙烯具有高電阻率1022～1024Ω·m[3]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 105Ω，這使得靜電容易積聚在其表面。加入炭黑降低了聚四氟乙烯PTEE的儲(chǔ)能模量和轉(zhuǎn)化的溫度。含約5%炭黑的聚四氟乙烯纖維的電阻率約可達(dá)到(1.963±0.389)×106Ω·m，滑軌套筒排水通路金屬段電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于靜電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，非金屬段為聚四氟乙烯軟管，長度0.01 m～0.02 m，因此，整個(gè)排水通路中PTEE段電阻值最高，范圍(1963±389) Ω，小于105Ω，滿足民用飛機(jī)靜電防護(hù)要求。

5 結(jié)論

本文討論了民用飛機(jī)滑軌套筒排液通路的設(shè)計(jì)，研究了不同排液通路的設(shè)計(jì)方式對排水性能、裝配性能的影響，明確了民用飛機(jī)在油箱內(nèi)的排液通路對防腐蝕及電防護(hù)的特殊要求，為民機(jī)滑軌套筒排液通路的設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)思路。

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