淺談直升機(jī)燃油系統(tǒng)抗墜毀技術(shù)

吳建

摘 要：直升機(jī)與固定翼飛機(jī)相比，具有非常明顯的特點(diǎn)，即能夠低速飛行、低空飛行、垂直起降以及機(jī)頭方向不斷的機(jī)動(dòng)飛行等，也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，才使得直升機(jī)在民用及軍用領(lǐng)域中占據(jù)了非常廣闊的應(yīng)用前景。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，直升機(jī)技術(shù)也得到了較快速的發(fā)展，另外，因?yàn)閼?zhàn)場(chǎng)需要，對(duì)抗墜毀技術(shù)提出了較高的要求。然而，在本篇文章中，主要介紹了直升機(jī)燃油系統(tǒng)抗墜毀技術(shù)的設(shè)計(jì)要求，并對(duì)直升機(jī)燃油系統(tǒng)抗墜毀技術(shù)的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，希望能夠?qū)ξ覈?guó)直升機(jī)抗墜毀技術(shù)的發(fā)展提供理論借鑒。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);燃油系統(tǒng);抗墜毀設(shè)計(jì)

對(duì)直升機(jī)進(jìn)行抗墜毀設(shè)計(jì)的主要目的就是為了更好的確保直升機(jī)上所有乘員的生命安全。直升機(jī)一旦發(fā)生墜毀現(xiàn)象，其后果是非常嚴(yán)重的，不僅會(huì)讓直升機(jī)上的乘員遭受機(jī)身變形的擠壓身亡的危險(xiǎn)，還可以會(huì)因燃油泄漏而遭受火災(zāi)或者爆炸致死的危險(xiǎn)。針對(duì)以上可能會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象，就需要從以下兩個(gè)方面對(duì)直升機(jī)進(jìn)行抗墜毀設(shè)計(jì)，其一，結(jié)構(gòu)方面的抗墜毀;其二，燃油系統(tǒng)抗墜毀。燃油系統(tǒng)抗墜毀的主要作用，是能夠在直升機(jī)發(fā)生墜毀現(xiàn)象后，確保油箱的燃油不會(huì)發(fā)生泄漏，避免爆炸現(xiàn)象的發(fā)生，從而使乘員的生存概率得到大大的提升。

一、直升機(jī)燃油系統(tǒng)抗墜毀設(shè)計(jì)的要求

（一）燃油箱設(shè)計(jì)要求

在進(jìn)行燃油箱設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要確保燃油箱的位置與乘員區(qū)、容易發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域以及外力作用可能會(huì)穿透油箱的區(qū)域保持一定的安全距離。要確保正常著陸，甚至是粗暴著陸時(shí)，油箱的支撐結(jié)構(gòu)需要對(duì)油箱位置起到一定的固定作用。油箱表面要呈現(xiàn)出一定的光滑性和規(guī)則性，凹凸角的半徑分別不得低于75毫米和25毫米。

（二）油箱管路設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)油箱管路的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要確保油箱管路與容易受到?jīng)_擊的位置保持一定的安全距離，對(duì)由于結(jié)構(gòu)變形而容易產(chǎn)生過(guò)度拉伸及穿透的區(qū)域保持安全距離。在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)墜毀后的沖擊進(jìn)行思考，寧愿讓管路隨著結(jié)構(gòu)的變形而發(fā)生位置的移動(dòng)，也不允許出現(xiàn)線路受到拉力過(guò)大的現(xiàn)象。當(dāng)燃油箱的管路，必須要貫穿于可能會(huì)發(fā)生較大位移的區(qū)域時(shí)，設(shè)計(jì)人員就可以在該區(qū)域中增設(shè)自動(dòng)斷開(kāi)封口接頭，這樣可以在線路發(fā)生斷開(kāi)時(shí)，不會(huì)有大量的燃油流出。

（三）易碎連接件設(shè)計(jì)要求

為了確保直升機(jī)的油箱能夠在遭受墜毀沖擊后不會(huì)發(fā)生掉落現(xiàn)象，就可以將易碎螺栓或者易碎結(jié)構(gòu)安裝在燃油箱和機(jī)體之間。當(dāng)易碎結(jié)構(gòu)的荷載達(dá)到元件破壞的最小荷載的25%-50%時(shí)，就會(huì)自動(dòng)脫離支撐結(jié)構(gòu)。為了預(yù)防該裝置在實(shí)際的過(guò)程中出現(xiàn)意外脫落的現(xiàn)象，通常情況下的自動(dòng)脫落荷載會(huì)被控制在1360N以上。

（四）斷開(kāi)自封接頭設(shè)計(jì)要求

斷開(kāi)自封接頭能夠?qū)⒂拖渑c油箱、油箱與油管有效的連接的一起，當(dāng)然，該裝置還適用于因機(jī)體結(jié)構(gòu)變形而導(dǎo)致燃油系統(tǒng)遭受損壞的地方。斷開(kāi)自封接頭斷開(kāi)荷載的大小是連接系統(tǒng)中最為薄弱環(huán)節(jié)的最小破壞荷載在25%～50 %之間，為了避免意外情況下發(fā)生完全或者部分?jǐn)嚅_(kāi)的現(xiàn)象，就需要將自封接頭的斷開(kāi)荷載控制在1360N以上;斷開(kāi)自封接頭斷開(kāi)后的荷載應(yīng)該是墜落沖擊過(guò)程中最可能形式的荷載。對(duì)斷開(kāi)自封接頭的設(shè)計(jì)，都需要結(jié)合一下內(nèi)容進(jìn)行，即機(jī)體周圍結(jié)構(gòu)以及可能會(huì)受到的沖擊力大小及方向等，另外，還需要對(duì)受壓、受拉、受剪以及組合荷載形式等因素造成的影響進(jìn)行了綜合考慮。此外，斷開(kāi)自封接頭還需要通過(guò)最可靠的方式，來(lái)確保正常工作及安裝過(guò)程中的鎖定位置，所安裝的位置必須要在也眼睛能夠看到的區(qū)域。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要保證斷開(kāi)自封接頭能夠在遭受振動(dòng)、沖擊以及加速度等動(dòng)載荷的情況下，不會(huì)產(chǎn)生斷開(kāi)現(xiàn)象。

二、直升機(jī)燃油系統(tǒng)抗墜毀技術(shù)的具體設(shè)計(jì)

（一）對(duì)于燃油箱的具體設(shè)計(jì)

通常情況下，設(shè)計(jì)人員會(huì)將燃油箱直接設(shè)計(jì)在直升機(jī)的下部，這樣能夠在直升機(jī)墜毀的過(guò)程中，撞擊到地面，從而確保在機(jī)身結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的情況，也只會(huì)發(fā)生油箱變形或者結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)撕裂等現(xiàn)象。所以，在進(jìn)行油箱設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)利用掛繩將油箱上的掛鉤及油箱壁上的尼龍扣固定在油箱艙的梁或者框上，這樣當(dāng)油箱和油箱艙發(fā)生移動(dòng)時(shí)，掛繩及掛鉤就會(huì)產(chǎn)生一定的拉力，如果，所產(chǎn)生的拉力大于設(shè)計(jì)拉力的最高值，那么掛鉤就會(huì)出斷裂現(xiàn)象，油箱和油箱艙就會(huì)自動(dòng)分離，從而避免因外力作用而導(dǎo)致油箱破裂現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)油箱起到了一定的保護(hù)作用。這樣的設(shè)計(jì)方式不僅符合抗墜毀設(shè)計(jì)的所有需求，并且結(jié)構(gòu)上也尤為簡(jiǎn)單，拆卸時(shí)會(huì)比較方便?？箟嫐в拖涞幕静馁|(zhì)一般都是由尼龍編制而成的軟油箱結(jié)構(gòu)，該材料不僅具有良好的耐撕裂性，同時(shí)還具有良好的延展性。為了確保各個(gè)油箱之間能夠保持有效且有效的燃油連通及通氣，就可以將油箱接頭設(shè)置在油箱側(cè)壁上，這樣在進(jìn)行抗墜毀設(shè)計(jì)時(shí)，就可以將油箱接頭設(shè)計(jì)為可以伸縮變形的接頭，此接頭形式能夠?qū)εまD(zhuǎn)力、剪力以及拉力等進(jìn)行有效的補(bǔ)償，此種設(shè)計(jì)方式要比傳統(tǒng)的易斷自封閥設(shè)計(jì)，在性能方面好很多。

（二）對(duì)成附件進(jìn)行抗墜毀設(shè)計(jì)

放沉淀閥、燃油泵、放油閥、油面?zhèn)鞲衅饕约皣娚浔玫雀郊餐M成了直升機(jī)燃油系統(tǒng)，一般都將該系統(tǒng)安裝在自燃油附件的安裝板之上。在進(jìn)行抗墜毀設(shè)計(jì)時(shí)，要將結(jié)構(gòu)支撐盤(pán)與附件安裝板之間相互連接的位置設(shè)計(jì)為易斷連接，一旦附件安裝板與機(jī)身結(jié)構(gòu)發(fā)生了分離現(xiàn)象，就可以對(duì)油箱實(shí)施有效的保護(hù)。在油箱保護(hù)板與安裝板之間的放油閥、增加泵以及噴射泵等位置填充上高度聚乙烯泡沫塊，這樣可以起到很好的緩沖作用。由于油面信號(hào)器的位置相對(duì)較高，所以也需要將其設(shè)計(jì)為易斷的，在實(shí)際安裝時(shí)還需要具有一定的彎曲度，這樣可以在受到外力作用時(shí)，能夠發(fā)生斷裂，從而起到保護(hù)油箱的作用。在進(jìn)行放沉淀閥的設(shè)計(jì)時(shí)，需要將其設(shè)置在不容易被打開(kāi)的區(qū)域，這樣可以防止墜毀時(shí)意外打開(kāi)而發(fā)生漏油現(xiàn)象。鋁制消耗油箱與油箱的上層表面距離非常近，這樣可以在發(fā)生墜毀事件時(shí)直升機(jī)客艙的地板會(huì)因受到外力的作用而產(chǎn)生變形和消耗油箱撞擊的現(xiàn)象。消耗油箱就會(huì)損害油箱壁或者下部的安裝板，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要對(duì)消耗油箱進(jìn)行著重設(shè)計(jì)，要確保其在受到外力作用時(shí)不能受到破壞或者切割的現(xiàn)象。

（三）對(duì)油箱管路進(jìn)行抗墜毀設(shè)計(jì)

在進(jìn)行油箱管路設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能避免以下位置，即受撞擊區(qū)域、因機(jī)身變形容易對(duì)管路造成破壞的區(qū)域。在布置的過(guò)程中要盡可能的沿著機(jī)身的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置，防止因撞擊對(duì)管路產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象，所以，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，寧愿選擇延長(zhǎng)管路的長(zhǎng)度，要不要對(duì)管路施加拉伸荷載。在設(shè)計(jì)油箱內(nèi)部的輸油管時(shí)，要將軟管放在首選位置，如果到了非要用硬管的區(qū)域，就可以采用軟硬管結(jié)合的方式，使用卡箍將軟管和硬管有效的連接在一起。油箱外的通氣管路要設(shè)計(jì)為軟管，由于軟管具有良好的拉伸特點(diǎn)，所以，該管道能夠在機(jī)身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形時(shí)，避免油箱漏油。為了避免機(jī)身翻轉(zhuǎn)或者傾斜時(shí)出現(xiàn)的漏油現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員就可以在通氣管上安裝上防止燃油溢出閥。管路設(shè)計(jì)的形狀要盡可能的呈現(xiàn)S形，使用硬連接，這樣可以很好的增強(qiáng)管路的變形能力。對(duì)于導(dǎo)管的固定可以采用脆性管夾進(jìn)行固定，在導(dǎo)管的端部還需要放置自密封結(jié)構(gòu)的接頭，此裝置能夠在管路發(fā)生意外脫落時(shí)，有效避免油箱出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。

結(jié)語(yǔ)

機(jī)身結(jié)構(gòu)遭到破壞導(dǎo)致人身受到擠壓或者油箱漏油引發(fā)火災(zāi)導(dǎo)致乘員不能安全逃離等是目前直升機(jī)墜毀致人喪命的主要原因之一。隨著科技水平的不斷提升，抗墜毀技術(shù)已經(jīng)在國(guó)外直升機(jī)上占據(jù)了非常廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)，抗墜毀技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提高乘員的生存概率。在我國(guó)現(xiàn)階段的直升機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，抗墜毀設(shè)計(jì)思想已經(jīng)在直升機(jī)各個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中得到了全面的落實(shí)，使我國(guó)直升機(jī)安全設(shè)計(jì)水平得到了全面的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]任憲文，馬智勇.直升機(jī)燃油系統(tǒng)部分附件抗墜毀設(shè)計(jì)綜述[J]. 直升機(jī)技術(shù)，2020（4）：69-72.

[2]袁斐，杜榮超，蔣佳峻.直升機(jī)墜毀后燃油系統(tǒng)對(duì)燃油的包容性研究[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，16（13）：6-8.

[3]袁斐.直升機(jī)抗墜毀燃油系統(tǒng)研究[D].黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.