飛機(jī)金屬導(dǎo)管損傷原因分析及對(duì)策

唐有才，孔光明，唐元恒

（海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，山東青島 266041）

0 前言

飛機(jī)上使用的金屬導(dǎo)管（以下簡稱“導(dǎo)管”）很多，主要分布在液壓、燃油、滑油、氧氣、冷氣和環(huán)境控制等管路系統(tǒng)，承擔(dān)著傳遞動(dòng)力、輸送液體和氣體的工作。飛機(jī)上的導(dǎo)管一旦損傷破裂，輕則影響戰(zhàn)訓(xùn)任務(wù)的順利完成，重則導(dǎo)致災(zāi)難事故的發(fā)生。如某部飛機(jī)在訓(xùn)練中，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)導(dǎo)管漏油，引起空中失火而造成二等事故（飛機(jī)損毀）。因此，分析導(dǎo)管損傷的原因、預(yù)防其損傷，對(duì)確保飛機(jī)管路系統(tǒng)正常工作及飛行安全意義重大。

1 飛機(jī)金屬導(dǎo)管損傷特點(diǎn)分析

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近4 a來某團(tuán)飛機(jī)因裂紋和磨損深度超過標(biāo)準(zhǔn)值而更換的導(dǎo)管多達(dá)92根，而磨損深度雖未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值卻被作為排故處理的多達(dá)126根。導(dǎo)管損傷特點(diǎn)如下：

（1）導(dǎo)管損傷隨飛行時(shí)間增長而增加，飛行時(shí)間在（300～400）h時(shí)故障發(fā)生率最大，占44.6%；超過400 h后，導(dǎo)管損傷失效率銳減。這是由于飛機(jī)在（350±50）h預(yù)防性維修工作時(shí)，有故障和缺陷的導(dǎo)管已被更換處理，說明導(dǎo)管損傷同使用時(shí)間有關(guān)。

（2）導(dǎo)管損傷主要分布在振動(dòng)較強(qiáng)的機(jī)身（26～30）框左、右兩側(cè)及主起落架艙內(nèi)，共發(fā)生59起，占64.1%，說明振動(dòng)是導(dǎo)管損傷的重要因素。

（3）從損傷方式看，損傷主要包括磨損、裂紋、壓坑和喇叭口損壞等，其中磨損超過規(guī)定是損傷的主要形式，共發(fā)生68起，占73.9%。說明導(dǎo)管固定不良、導(dǎo)管與周圍機(jī)件間隙不足是導(dǎo)管損傷又一個(gè)重要因素。

2 飛機(jī)金屬導(dǎo)管損傷原因分析

2.1 彎曲振動(dòng)引起的導(dǎo)管損傷

2.1.1 振動(dòng)原因分析

飛機(jī)導(dǎo)管產(chǎn)生彎曲振動(dòng)的原因主要有2個(gè)：一是導(dǎo)管是靠卡箍固定在飛機(jī)機(jī)體上的，在飛行過程中，機(jī)體的振動(dòng)不可避免（尤其是戰(zhàn)斗機(jī)更為強(qiáng)烈），迫使固定在機(jī)體上的導(dǎo)管發(fā)生振動(dòng)。由于飛機(jī)各部位的振動(dòng)頻率和振幅不同，造成導(dǎo)管因固定位置偏差發(fā)生彎曲振動(dòng)。固定部位振動(dòng)的強(qiáng)弱決定了彎曲振動(dòng)的強(qiáng)弱，當(dāng)固定卡箍之間的距離較遠(yuǎn)或變化頻率相近時(shí)，導(dǎo)管發(fā)生彎曲振動(dòng)更為強(qiáng)烈。這也是導(dǎo)管損傷主要分布在機(jī)身（26～30）框及主起落架艙內(nèi)的原因之一。二是導(dǎo)管存在彎曲，當(dāng)管內(nèi)壓力有脈動(dòng)時(shí)將引起導(dǎo)管發(fā)生彎曲振動(dòng)。圖1為彎曲振動(dòng)示意圖，在導(dǎo)管彎曲部位任取兩截面A—A和B—B，由于兩截面不平行，液面作用力FA和FB形成垂直于導(dǎo)管軸線的合力F。當(dāng)管內(nèi)壓力P周期性變化時(shí)，F(xiàn)隨P周期性變化，引起導(dǎo)管彎曲振動(dòng)。這種振動(dòng)與相鄰支撐點(diǎn)距離及油壓脈動(dòng)量成正比。尤其是液壓泵出口處到蓄壓器之間的一段導(dǎo)管，由于所承受的油壓脈動(dòng)幅度更大，當(dāng)導(dǎo)管走向不當(dāng)、出現(xiàn)彎曲時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲振動(dòng)。

這種振動(dòng)在導(dǎo)管與周圍機(jī)件間隙過小時(shí)，就會(huì)發(fā)生相互碰撞而發(fā)生振動(dòng)磨損。這種磨損常發(fā)生在振動(dòng)比較強(qiáng)烈、固定不牢靠的導(dǎo)管和附件之間。這也說明飛機(jī)導(dǎo)管磨損是損傷主要形式的原因所在。

2.1.2 應(yīng)力與裂紋特點(diǎn)分析

發(fā)生彎曲振動(dòng)時(shí)，導(dǎo)管將受到反復(fù)彎曲作用，而在其橫截面內(nèi)承受周期性變化的拉伸和壓縮應(yīng)力（圖2）。由于彎曲振動(dòng)所引起的最大正應(yīng)力處于導(dǎo)管橫截面上且距中性軸較遠(yuǎn)的位置（導(dǎo)管外表面A，B處），因此導(dǎo)管因彎曲振動(dòng)而產(chǎn)生的裂紋，通常沿圓周方向且從外壁逐步向內(nèi)擴(kuò)展。裂紋萌生部位通常處于導(dǎo)管的固定點(diǎn)和連接接頭附近，以及導(dǎo)管的彎曲度較大和表面有壓坑、劃傷或腐蝕的部位。因此，這些地方平時(shí)需要加強(qiáng)檢查。

圖1 彎曲振動(dòng)

2.2 徑向振動(dòng)引起的導(dǎo)管損傷

2.2.1 振動(dòng)原因分析

導(dǎo)管在流體壓力作用下，沿徑向方向往外擴(kuò)張，若流體壓力發(fā)生周期性的變化，那么導(dǎo)管的徑向變形也會(huì)隨之發(fā)生周期性變化。這種現(xiàn)象稱為導(dǎo)管的徑向振動(dòng)。

2.2.2 應(yīng)力與裂紋特點(diǎn)分析

假設(shè)導(dǎo)管的截面為圓形，導(dǎo)管壁沿圓周方向的應(yīng)力在脈動(dòng)壓力作用下均勻分布，這種情形下，導(dǎo)管不易損傷。

若導(dǎo)管的截面為橢圓形，在壓力作用下，導(dǎo)管試圖恢復(fù)到原來的狀態(tài)（圖3），管壁曲率半徑最大的位置（B處），變形量和應(yīng)力也是最大，容易產(chǎn)生裂紋。如某訓(xùn)練團(tuán)飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)的一段導(dǎo)管，在加工安裝過程中，導(dǎo)管彎曲處橢圓度過大，再加上發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和壓縮空氣的脈動(dòng)，多次發(fā)生折斷，而斷裂部位就在管壁曲率最大的地方。

由于導(dǎo)管內(nèi)壁相對(duì)外壁承受的應(yīng)力大，而且內(nèi)壁容易受到液（氣）體的腐蝕，所以徑向振動(dòng)引起的疲勞裂紋往往先從導(dǎo)管彎曲度較大（橢圓度過大）的導(dǎo)管內(nèi)壁兩側(cè)產(chǎn)生，再向外擴(kuò)展的縱向裂紋。

圖2 導(dǎo)管彎曲振動(dòng)表面應(yīng)力分布

2.3 飛機(jī)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)引起的導(dǎo)管損傷

圖3 橢圓形截面導(dǎo)管變形及應(yīng)力分布

2.3.1 機(jī)體設(shè)計(jì)單薄使振動(dòng)較強(qiáng)

現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)都為高超音速飛機(jī)，機(jī)體設(shè)計(jì)單薄，動(dòng)力裝置采用雙轉(zhuǎn)子渦噴或渦扇型發(fā)動(dòng)機(jī)，因而機(jī)體振動(dòng)較強(qiáng)，尤其是起飛著陸時(shí)機(jī)體振動(dòng)更強(qiáng)，導(dǎo)致固定在其上的導(dǎo)管發(fā)生振動(dòng)。維修中也常常發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管的固定卡箍松動(dòng)及振落現(xiàn)象，這樣就會(huì)引起導(dǎo)管更強(qiáng)烈的振動(dòng)而損傷。如案例中該團(tuán)飛機(jī)機(jī)身右側(cè)（26～28）框中部液壓回油導(dǎo)管多次發(fā)生固定卡箍飛掉，造成與機(jī)身27框相磨而損壞。

2.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊使導(dǎo)管之間間隙小、走向不合理

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，導(dǎo)管安裝空間狹小，導(dǎo)致導(dǎo)管與其他導(dǎo)管或附件之間的間隙小，這樣在工作時(shí)就易發(fā)生磨損，在拆裝時(shí)也容易損傷導(dǎo)管。另一方面，許多導(dǎo)管布局、走向不合理，常常是哪里有空間就在哪里安裝，使導(dǎo)管彎彎曲曲，有的彎曲度很大，這樣不僅增大沿程和局部損失，還加大了流體壓力脈動(dòng)以及對(duì)管壁的沖擊力。此外，安裝時(shí)導(dǎo)管的變形和卡箍固定不當(dāng)，使導(dǎo)管之間間隙更小甚至無間隙，這樣就會(huì)引起導(dǎo)管磨損。如該團(tuán)飛機(jī)機(jī)身左側(cè)28框附近拋放阻力傘冷氣導(dǎo)管與周圍導(dǎo)管間隙過小、且安裝走向不合理，導(dǎo)致同液壓回油與液壓增壓導(dǎo)管相磨而失效。另外，由于有的維護(hù)窗口設(shè)計(jì)過小，機(jī)務(wù)人員在拆裝導(dǎo)管或附件時(shí)無法看清，只能憑感覺操作，很容易損壞導(dǎo)管和管接頭。

2.4 維護(hù)不良引起的導(dǎo)管損傷

2.4.1 導(dǎo)管拆裝不正確

（1）拆裝導(dǎo)管時(shí)圖省事，在不拆下固定卡箍的情況下就強(qiáng)行操作。這種拆裝方式對(duì)金屬導(dǎo)管危害最大，因?yàn)樗粌H使導(dǎo)管內(nèi)部產(chǎn)生較大裝配應(yīng)力，還可能造成導(dǎo)管或部件接頭不對(duì)正，增大了螺帽與襯套之間的摩擦力，使得襯套隨螺帽一起轉(zhuǎn)動(dòng)，造成磨壞導(dǎo)管端部或擰壞螺紋。

（2）拆裝導(dǎo)管時(shí)不注意固定，擰動(dòng)螺帽時(shí)導(dǎo)管一起轉(zhuǎn)動(dòng)，造成導(dǎo)管扭曲，或由于碰撞造成導(dǎo)管壓坑、劃傷等。

（3）未對(duì)正喇叭口就強(qiáng)行安裝，且安裝不考慮導(dǎo)管的長度、角度、螺紋是否合適即隨意裝配，擰緊導(dǎo)管接頭的緊固力矩嚴(yán)重超標(biāo)，致使接頭管嘴容易斷裂。如該飛行團(tuán)飛機(jī)球形蓄壓器和副翼助力電磁開關(guān)之間的導(dǎo)管，由于空間狹小、難以安裝，在安裝過程中導(dǎo)管經(jīng)常發(fā)生變形和損傷，導(dǎo)致該導(dǎo)管多次破裂。

2.4.2 導(dǎo)管制作不良

（1）導(dǎo)管彎制時(shí)，未嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，使得導(dǎo)管彎度過小，不僅導(dǎo)致導(dǎo)管外表面變薄強(qiáng)度下降，存有較大的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)也增加導(dǎo)管彎曲振動(dòng)強(qiáng)度。

（2）使導(dǎo)管的彎曲部位出現(xiàn)較大的橢圓度，從而增加了導(dǎo)管徑向振動(dòng)強(qiáng)度。如某型飛機(jī)的助力系統(tǒng)中，連接緩沖瓶與單向活門的導(dǎo)管，受到液壓泵出口高壓脈沖的作用，加之導(dǎo)管彎制時(shí)橢圓度約為9.6%（設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定承受壓力脈動(dòng)的導(dǎo)管應(yīng)≤6%），造成導(dǎo)管產(chǎn)生縱向裂紋長達(dá)9 mm。

2.4.3 導(dǎo)管固定不良

（1）導(dǎo)管卡箍的固定緊度不適當(dāng)（特別是鋁管），致使導(dǎo)管表面被夾傷、變形。

（2）為了操作方便，不按規(guī)定安裝導(dǎo)管的固定卡箍，或者隨意改變卡箍和變動(dòng)卡箍的位置，增加導(dǎo)管振動(dòng)甚至出現(xiàn)共振而損壞。如該團(tuán)某飛機(jī)2根液壓導(dǎo)管，在機(jī)身左側(cè)28框中部因沒有固定而處于懸空狀態(tài)，加之在該處安裝的導(dǎo)管多，導(dǎo)致這2根導(dǎo)管在振動(dòng)作用下磨損嚴(yán)重而更換。

2.4.4 導(dǎo)管被腐蝕

（1）導(dǎo)管表面粘上的水分、油泥和塵土等沒有及時(shí)清除，加之飛機(jī)地處沿海地區(qū)，使導(dǎo)管表面腐蝕，尤其是導(dǎo)管表面損傷導(dǎo)致保護(hù)層損傷，腐蝕更加嚴(yán)重。如該飛行團(tuán)飛機(jī)副翼上的電磁開關(guān)回油導(dǎo)管，曾因在磨損處被腐蝕導(dǎo)致穿孔而大量漏油。

（2）沒有做好防污染工作，致使管路中的流體進(jìn)入固體顆粒、水分和空氣等而被污染，尤其是固體污染物加速了導(dǎo)管內(nèi)壁的磨損和劃傷。

3 預(yù)防飛機(jī)金屬導(dǎo)管損傷的措施

為了有效預(yù)防飛機(jī)金屬導(dǎo)管損傷，應(yīng)從優(yōu)化設(shè)計(jì)、減弱振動(dòng)以及做好維護(hù)工作等方面入手。由于導(dǎo)管的振動(dòng)是導(dǎo)管損傷的重要原因，因此，減弱導(dǎo)管振動(dòng)的措施都能有效預(yù)防導(dǎo)管的損傷。

3.1 優(yōu)化管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

盡管飛機(jī)結(jié)構(gòu)單薄緊湊沒法改變，但是可以對(duì)管路系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減弱導(dǎo)管振動(dòng)和提高導(dǎo)管的維修性。

（1）導(dǎo)管的固定卡箍可以設(shè)置在機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)、振動(dòng)小的部位，管路走向盡可能呈流線型，并減少接頭和彎曲，導(dǎo)管與鄰近部附件之間距離符合規(guī)定。

（2）在滿足管路系統(tǒng)性能要求的前提下，在壓力脈動(dòng)嚴(yán)重和容易產(chǎn)生流體撞擊的部位，加裝蓄壓器，并使用帶緩沖裝置的元件，減弱壓力脈動(dòng)，防止產(chǎn)生壓力沖擊。

（3）盡可能將維護(hù)口蓋設(shè)計(jì)的大一些和多一些，在安裝難度大的地方，可考慮使用非金屬軟管；并使需要經(jīng)常拆裝的導(dǎo)管和附件盡可能安裝在外部，以方便拆裝，提高系統(tǒng)的維修性。

（4）針對(duì)目前大多數(shù)金屬導(dǎo)管沒有規(guī)定使用壽命，一般是損傷后才更換的現(xiàn)狀，建議對(duì)受力大、工作環(huán)境惡劣的金屬導(dǎo)管也像軟導(dǎo)管一樣規(guī)定使用壽命，以便定期更換。

3.2 確保導(dǎo)管維修質(zhì)量

（1）加強(qiáng)教育與培訓(xùn)。一是要對(duì)機(jī)務(wù)人員加強(qiáng)導(dǎo)管維護(hù)重要性的教育，努力培養(yǎng)優(yōu)良的機(jī)務(wù)作風(fēng)。二是每年至少進(jìn)行一次管路系統(tǒng)維護(hù)特點(diǎn)、拆裝方法和注意事項(xiàng)的培訓(xùn)，尤其是當(dāng)補(bǔ)充新的維修人員時(shí)必須進(jìn)行專題教育?？刹扇∞k班、以老帶新和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等形式。

（2）保持導(dǎo)管固定良好。一是保證導(dǎo)管與固定卡箍之間距離符合技術(shù)要求，固定卡箍按飛機(jī)出廠位置安裝，不能隨意改變兩卡箍間的距離，避免增加導(dǎo)管的振動(dòng)。二是導(dǎo)管固定在卡箍內(nèi)緊度應(yīng)適當(dāng)，導(dǎo)管的軸線應(yīng)與卡箍凹糟的軸線相重合，不應(yīng)偏斜，以免導(dǎo)管的初應(yīng)力過大；而且凹糟內(nèi)應(yīng)有橡膠減震墊，不允許使用皮革、膠布代替，保證良好的減震性能，減小管壁受力。

（3）正確實(shí)施導(dǎo)管拆裝。一是拆裝導(dǎo)管時(shí)將接管嘴固定好，避免導(dǎo)管和接管嘴隨著螺帽一起轉(zhuǎn)動(dòng)、扭壞導(dǎo)管。二是拆裝導(dǎo)管接頭時(shí)，注意觀察襯套和導(dǎo)管有無隨螺帽轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象發(fā)生。如果襯套與導(dǎo)管隨螺帽轉(zhuǎn)動(dòng)，則需要清洗螺帽內(nèi)部或更換已變形的螺帽或襯套，減小襯套與螺帽的摩擦力，并將喇叭口重新壓緊。三是安裝導(dǎo)管時(shí)，為防止滑絲先用受將螺帽擰上幾扣螺紋，然后再用扳手?jǐn)Q緊；而且當(dāng)導(dǎo)管中心線與接管嘴中心線錯(cuò)開太多時(shí)，不允許強(qiáng)行安裝。

（4）嚴(yán)格按照要求制作導(dǎo)管。一是修理廠制作導(dǎo)管時(shí)，選用導(dǎo)管要與原導(dǎo)管規(guī)格、材料一致，按照規(guī)定的工藝程序進(jìn)行操作。二是在彎制導(dǎo)管時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)填滿細(xì)沙，一次成型，不得反復(fù)彎曲，預(yù)防導(dǎo)管彎曲處出現(xiàn)橢圓。三是單根導(dǎo)管的彎曲處不得超過4處，承受壓力脈動(dòng)的導(dǎo)管圓度誤差應(yīng)≤6%，其他導(dǎo)管應(yīng)≤12%。

（5）做好導(dǎo)管維護(hù)保養(yǎng)。一是在維護(hù)工作中，不允許隨意拉壓、踩踏導(dǎo)管，更不能用金屬工具敲打?qū)Ч?。二是加?qiáng)導(dǎo)管及卡箍固定情況的檢查，確保固定良好。三是當(dāng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管接頭漏油（氣），要分析原因，不允許單純用擰緊的方法排除，防止喇叭管口壁受擠壓變薄，強(qiáng)度減弱，甚至產(chǎn)生裂紋。四是要及時(shí)擦除導(dǎo)管表面的油污及塵土，注意保護(hù)導(dǎo)管保護(hù)層的完整；當(dāng)導(dǎo)管脫漆時(shí)要及時(shí)補(bǔ)漆，雨后及時(shí)做好放水、通風(fēng)、晾曬工作，防止水分、酸堿物質(zhì)對(duì)導(dǎo)管內(nèi)外部的侵蝕；為有效預(yù)防導(dǎo)管內(nèi)部腐蝕，注意保持油（氣）清潔，避免塵土、空氣和水分進(jìn)入系統(tǒng)。另外，通電導(dǎo)線不允許捆扎在導(dǎo)管上，避免短路跳火擊穿導(dǎo)管。

4 結(jié)束語

綜上所述，飛機(jī)金屬導(dǎo)管的損傷主要是由于振動(dòng)強(qiáng)烈、存在設(shè)計(jì)缺陷和維修不良等方面共同作用的結(jié)果，其中磨損是導(dǎo)管損傷的主要形式。導(dǎo)管損傷較易發(fā)生在振動(dòng)強(qiáng)烈、壓力脈動(dòng)大、導(dǎo)管間隙小、彎曲變形大和固定點(diǎn)等部位，如若管路系統(tǒng)被腐蝕和污染，加劇導(dǎo)管損傷，且不易發(fā)現(xiàn)，危害更大。經(jīng)理論分析和維修實(shí)踐表明，通過改進(jìn)和優(yōu)化管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并在維修工作中確保導(dǎo)管維修質(zhì)量，就可以有效預(yù)防導(dǎo)管損傷。