燃油系統(tǒng)導管連接快卸卡箍條帶應力分析

楊正東孫忠志

（1.中國航空綜合技術(shù)研究所，北京　100028；2. 沈陽飛機設(shè)計研究所，遼寧　沈陽　110035）

燃油系統(tǒng)導管連接快卸卡箍條帶應力分析

楊正東1孫忠志2

（1.中國航空綜合技術(shù)研究所，北京100028；2. 沈陽飛機設(shè)計研究所，遼寧沈陽110035）

針對飛機在外場使用過程中燃油系統(tǒng)導管連接快卸卡箍條帶發(fā)生斷裂導致安全事故的問題，對卡箍條帶在不同工況下不同位置的應力分布進行對比分析和研究，為后續(xù)卡箍產(chǎn)品標準修訂時條帶的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計和工藝改進提供參考依據(jù)。

燃油系統(tǒng)；導管連接；卡箍；條帶應力

［DOI編碼］ 10.13237/j.cnki.asq.2016.04.006

導管連接快卸卡箍是管路系統(tǒng)不可缺少的標準件，對飛機、發(fā)動機和武器裝備中的管路連接起著重要作用。比較典型是HB 6521-2012《導管連接快卸卡箍》中的結(jié)構(gòu)（如圖1所示），主要由卡箍組件、導管接頭、帶膠圈孔的導管接頭和密封圈組成［1］。此類卡箍具有較好的密封性和對中性，且抗熱沖擊、抗高溫變形、抗各種沖擊載荷和振動性能在同類產(chǎn)品中也有較大的優(yōu)勢，安裝和維修方便，穩(wěn)定性好，是目前應用最為廣泛的剛性管路連接形式。若其失效，會影響飛機和發(fā)動機及附件系統(tǒng)的工作性能、使用壽命和飛行安全［2］。

圖1　HB 6521-2012導管連接快卸卡箍結(jié)構(gòu)

近些年，某型飛機的外場使用過程中，發(fā)生卡箍條帶斷裂失效現(xiàn)象［3］，條帶的斷裂將會引起導管連接的失效，造成燃油泄漏，嚴重影響飛機的安全。因此，本研究將針對卡箍在不同工況下的條帶的應力分布進行試驗與分析研究，為后續(xù)卡箍產(chǎn)品標準修訂過程中條帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考依據(jù)。

1　卡箍條帶的應力測試

1.1應變片位置

為了研究卡箍在不同工況下條帶的應力分布，分別在條帶的9個位置粘貼應變片，如圖2所示。

圖2　應變片粘貼位置示意圖

1.2測試過程

卡箍條帶的應力測試過程如下：

1）將卡箍組件、導管接頭、膠圈和帶膠圈的導管接頭按圖2所示狀態(tài)連接；

2）對卡箍組件施加不同大小的擰緊力矩（力矩從小到大施加），如圖3所示。用動態(tài)測試應變儀測量9個不同位置的條帶應變值；

3）研究在螺栓組件和卡擋接觸面處涂樹脂和不涂樹兩種情況下，測量導管接頭上涂潤滑脂和不涂潤滑脂時條帶不同位置的應變；

4）根據(jù)測得的應變值和條帶材料的彈性模量，計算出對應的應力值。

圖3　應力測試過程施加擰緊力矩

2　應力分析

2.1擰緊力矩的影響

在不涂潤滑脂和樹脂的情況下，對卡箍施加不同大小的擰緊力矩，條帶不同位置的應力水平如曲線圖4所示。

圖4　不同擰緊力矩下卡箍條帶的應力

從圖4曲線中可以看出，卡箍條帶位置3的應力較大，比較容易發(fā)生疲勞斷裂，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計和熱表處理時，應著重保證該位置的強度和可靠性，防止斷裂失效。此外，隨著擰緊力矩的增大，不同位置的應力值均有增大的趨勢。在實際使用中，應在保證能滿足導管連接密封性的前提下選擇盡可能小的擰緊力矩，從而提高抗動態(tài)疲勞失效的性能。

2.2卡箍接頭處涂潤滑脂的影響

在導管接頭和帶膠圈的導管接頭上涂潤滑脂，對卡箍施加不同大小的擰緊力矩，條帶不同位置的應力水平如曲線圖5所示。

圖5　不同擰緊力矩下卡箍條帶的應力

將圖5和圖4的曲線進行對比，可以發(fā)現(xiàn)，在導管接頭上涂潤滑脂后，相同力矩下，條帶不同位置的應力普遍有降低的趨勢，由此推斷，潤滑脂可以減小接頭與卡箍之間摩擦阻力，改善條帶應力。

2.3卡擋處涂樹脂的影響

在螺栓裝配件（13HB 6521-2012）和卡擋（11HB 6521-2012）接觸面處處涂約2mm厚的樹脂（J-168膠粘劑混點短切纖維或石英砂），如圖6所示。并測量導管接頭和帶膠圈的導管接頭上不涂潤滑脂時不同擰緊力矩下不同位置的應變，結(jié)果如曲線圖7所示。

圖6　卡擋處涂樹脂的部位

圖7　不同擰緊力矩下卡箍條帶的應力

理論上，在螺栓組件和卡擋接觸面處涂樹脂將減小二者的摩擦，有利于T型螺栓沿著卡擋下移，同樣擰緊力矩下，卡塊間隙比不涂樹脂時小，即能更緊地箍住接頭，因此應力會有一定趨勢的增加。將圖7曲線和圖4曲線進行對比，發(fā)現(xiàn)曲線數(shù)據(jù)的趨勢與理論較相符。也就是說，在卡箍實際使用過程中，在螺栓組件和卡擋接觸面處涂樹脂后，用較小的擰緊力矩即可實現(xiàn)接頭的箍緊，進而實現(xiàn)導管連接的密封。

3　結(jié)束語

燃油系統(tǒng)卡箍連接的可靠性和穩(wěn)定性對飛機的安全和壽命至關(guān)重要，而條帶疲勞斷裂又是典型的失效方式。因此，在后續(xù)工作中建議從以下幾個方面改善卡箍條帶的應力情況，保證連接穩(wěn)定性和密封性。

● 進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化部分零件尤其是條帶的結(jié)構(gòu)和尺寸；

● 采用各項力學性能更好的條帶材料；

● 改進熱處理和表面處理等工藝，提高條帶抗應力和變形的性能。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，航空新研型號及發(fā)動機等對導管連接快卸卡箍性能的要求也愈發(fā)苛刻。因此，導管連接快卸卡箍產(chǎn)品的質(zhì)量和性能水平將成為一個突出的矛盾，盡管國內(nèi)某些導管連接快卸卡箍的結(jié)構(gòu)形式與國外先進的同類型卡箍一致，可以在小范圍內(nèi)進行替代，但從整體上，國內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量和性能仍無法全面滿足航空武器型號的需求，應加強對航空燃油系統(tǒng)導管連接快卸卡箍的科研開發(fā)和質(zhì)量監(jiān)督，在借鑒國外先進產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，改善條帶結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝，更進一步提高卡箍連接的強度和密封性，進而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，不斷提高國內(nèi)導管連接快卸卡箍的質(zhì)量和技術(shù)水平，完善相關(guān)產(chǎn)品標準。

［1］HB 6521-2012 導管連接快卸載卡箍［S］.

［2］朱紹荷. 鋁合金柔性導管連接卡箍簡介［J］.航空標準化與質(zhì)量，2004（03）.

［3］陳永宜，韓祥信，王紅英等.快卸卡箍斷裂分析［J］.材料工程，1992年（6）.

（編輯：勞邊）

V228；V229

C

1003-6660（2016）04-0021-03

2016-05-04