機載儲液罐固定卡帶強度分析

王紅州

摘 要：文章建立了臥式儲液罐固定卡帶受力模型，分析了典型使用狀態下卡帶受力情況，為儲液罐卡帶強度設計提供了方法參考。

關鍵詞：儲液罐；卡帶；強度分析

1 引言

飛機在飛行試驗過程中需要大量液體介質滿足不同的功能需求，如通過調節液體在機身前后分布實現飛機重心調節、作為噴水試驗機儲水源、作為液體冷卻源等。臥式儲液罐通過卡帶固定在安裝結構上，是一種結構簡單、拆裝方便的儲液裝置。卡帶連接結構是儲液罐連接裝置強度設計的主要環節。不同使用情況下，卡帶強度設計具有不同的設計過載系數。文章根據特定使用狀態的過載系數作為強度設計指標，簡化卡帶受力情況，建立受力分析模型，對卡帶及其連接螺栓強度進行分析，保證卡帶設計能夠滿足使用要求。

2 使用過載及其它數據

（1）飛機飛行滾轉角度范圍±40°和±90°。

（2）飛機飛行俯仰角范圍±30°。

（3）飛機縱向、側向過載1g。

（4）飛機法向過載-1～2.5g。

（5）過載安全系數1.5。

（6）橡膠與鋁合金摩擦系數0.25。

3 儲液罐安裝結構

儲液罐為筒形臥式結構，由兩條卡帶固定在安裝架上。安裝架圓弧底座與罐體間加橡膠墊，減震的同時增加摩擦力。卡帶由兩段組成，每段通過螺栓固定在安裝架弧形底座兩端，兩段間通過螺栓連接。儲液罐安裝結構如圖1所示。

（a）正視圖 （b）側視圖

圖1 儲液罐安裝結構

4 儲液罐卡帶及連接螺栓受力情況分析

由于飛機在滾轉時儲液罐卡帶受力明顯大于在俯仰時受力值，所以將飛機滾轉時儲液罐卡帶受力值作為校核卡帶強度的標準值。將固定儲液罐的兩側卡帶預緊力設為相同值；將卡帶與儲液罐連接產生的預緊力以法向力處理。

4.1 飛機滾轉40°，法向承受-1g過載，側向承受1g過載時儲液罐受力

由圖2可得以下公式：

（1）

（2）

（3）

式中：f1、f2-儲液罐的兩側卡帶最小預緊力，N；N1、N2-儲液罐支架對儲液罐支撐力，N；f摩-摩擦力，N；G=300kg（290kg配重液重量、10kg儲液罐重量），D為儲液罐重量，kg；GV-法向過載重量；GH-側向過載；？茲=40°，滾轉角度；K=0.25，儲液罐與固定橡膠摩擦系數；S=1.5，安全系數。

由公式（1）、（2）、（3）得f1=f2=1250N

4.2 飛機滾轉90°，側向承受1g過載時儲液罐受力

由圖3可得以下公式：

由上述公式可得：

（4）

（5）

（6）

由公式（4）、（5）、（6）得f1=f2=3675N

4.3 分析結果

當飛機滾轉90°、側向承受1g過載時儲液罐卡帶需設置預緊拉力最大為3675N。此時，卡帶受拉應力為81MPa。卡帶所用材料為1Cr18Ni9Ti，許用應力≥520MPa，滿足使用要求；M6連接螺栓所受拉應力130MPa，螺栓所用材料為45#鋼，許用應力≥550MPa，可以滿足使用要求；M6連接螺栓所受剪應力65MPa，螺栓所用材料為45#鋼，許用應力≥550MPa，可以滿足使用要求。

圖3 儲液罐滾轉90°時受力圖

5 結束語

卡帶固定是臥式儲液罐最常用的固定方式。本文通過簡化儲液罐受力形式，建立了典型飛機飛行狀態下儲液罐受力模型，對固定卡帶受力進行分析，計算方法簡單有效，能夠保證卡帶強度滿足使用要求。