民機滑軌套筒排液通路設計與研究

翁晨濤 崔衛軍 廉 偉 張元卿 何 瑞 柯志強 /

(上海飛機設計研究院，上海 201210)

0 引言

民機滑軌套筒位于前緣艙內，結構形式為單口開放式，閉口段位于機翼油箱內側，單開口端位于前緣滑軌一側，單開口的結構保證了前緣滑軌收放過程中與機翼油箱分離，實現機翼油箱與外界的隔離密封要求。前緣迎風面存在雨水、冷凝水等液體的積聚現象，為了避免液體的腐蝕作用對結構造成的損傷，應進行排液設計[1]。排液設計包括提供合適大小的排液通路和布置漏水孔。漏水孔的布置應保證利于飛機在停機狀態時，可以將液體排出飛機外部，路徑越短越好。

滑軌套筒迎風面有機翼前緣艙遮擋，不存在環境液體直接、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在套筒側壁的可能。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

零件的設計應避免液體的滯留。如不能避免，應設計排水孔并讓液體能夠流走，在設計過程中，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。僅僅因為排水的目的而大量使用密封劑將直接影響組件的裝配關系，導致后續裝配件在運動過程中發生干涉現象。因此，應使用軟管來收集和傳輸液體到艙底并排出，管體應選用防水材料，當下航空工業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《運輸類飛機適航標準》關于民航總局令第 108 號渦輪發動機飛機燃油排泄和排氣排出物規定，機加件的設計應避免水滯留。如不能避免，應設計排水孔并讓液體能夠流走，如設計無法滿足上述要求，可用密封劑填充，使液體可以從零件上的排水孔流出；應當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：在地面靜止狀態，每處結構隔斷內積液量不超過1.5oz(44 ml)的指標。

算法：將CATIA模型用飛機停靠水平方向的平面(如XY平面)去截排液孔下方區域，然后用曲面包絡出積液量，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

經過計算，滑軌套筒內積水量均小于0.042 kg，滿足適航規章要求，見表2。但由于受機翼上反角、安裝角的影響，滑軌套筒內積水區域呈現非水平均布的狀態，在靠近機身的內后方向，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

民用飛機當下通常采用翼吊布局，機翼由于吊掛發動機的高度要求會存在3°～7°的上反角，考慮到飛機地面工況的防積水要求，排水通路的出水口應盡可能布置在靠近機身的方向，如圖6所示，如果布置在遠離機身方向將造成機翼地面工況積水，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動，導致無法延展的管體發生拉伸斷裂，但是不能完全依賴軟管的延展性能，如果設計初期將軟管的延展性能過度挖掘，后期出現相對位移的工況下，軟管由于已拉伸至最大延展極限，將發生斷裂等現象，如圖7所示，造成燃油的泄漏，產生安全隱患。因此，應合理布局排水管生長方向，避免出現曲率變化劇烈的應力集中區，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，對于影響飛機安全性、操作性及可靠性的螺紋件，應確保其不發生松動，如圖9所示。正常情況下的安全防松方法有采用保險絲、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，首選保險絲及防松墊片。滑軌套筒對應的鑄件拔模成型件，尤其是壁厚較薄的鑄件，在鑄件的凸臺或拐折處制小孔十分容易產生抖刀現象，如圖10所示，抖刀對鑄件材料內部影響較大，應盡量避免，因此，建議采用防松墊片形式實現防松要求，如圖11所示。

圖10 保險絲安裝區域示意圖

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翼下壁板位置，液體滴落路徑通過發動機短艙，由于發動機短艙后方離發動機出口較近、溫度較高，泄漏容易隨上游高速氣流流向下游高溫區域引起著火或者冒煙，必須防止排水管腐蝕性液體泄漏導致燃油直接滴入發動機短艙。

排水管必須耐受機翼油箱內所有可能接觸的液體及氣體浸泡，不發生泄漏。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過相應的耐腐蝕試驗驗證。試驗中，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，同時將管體沒入水中，觀察是否有氣泡產生，如圖12所示。

圖12 排水管耐腐蝕試驗示意圖

4 排液通路電防護要求

按FAA適航通報AC20-53A的規定，民用飛機機體遭雷擊區分為1A、1B、2A、2B、3區，如圖13所示。

圖13 飛機雷擊分區示意圖

1)1A區為直接雷擊區，且雷電在此駐留的可能性非常小。此區是雷擊的進入點，即最先接觸到雷擊的飛機表面。

2)1B 區為直接雷擊區，且雷電在此駐留的可能性大。此區是雷擊電流放電區。

3)2A 區為掃掠雷擊區，且雷電在此駐留的可能性非常小。飛機一旦遭到雷擊，這種放電接觸點在氣流的沖刷下，不斷順氣流方向跳躍移動的雷擊稱為掃掠雷擊。

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

5)3區是間接影響區，除1、2區以外的表面。如機翼表面、平尾表面等。

雷擊將在短時間內釋放巨大的能量，造成爆炸或起火[2]，在雷擊直擊區必須進行電搭接。滑軌套筒排水通路處于飛機雷擊的3區，因此，當飛機遭雷擊時，滑軌套筒排水通路不做為雷擊放電通路上一個組成部分。

但是飛機外表面、結構、部件上的靜電積累會導致電弧、電暈和流光，從而泄放靜電。靜電放(高達數百兆赫茲)的射頻能量。這些能量會擊穿空氣產生電火花，存在點燃非惰化油氣的危險。所以，需要對不同類型的靜電采取必要的防護措施。

防靜電電弧的電搭接阻值應該小于 105Ω。由于聚四氟乙烯具有高電阻率1022～1024Ω·m[3]，遠遠高于 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的儲能模量和轉化的溫度。含約5%炭黑的聚四氟乙烯纖維的電阻率約可達到(1.963±0.389)×106Ω·m，滑軌套筒排水通路金屬段電阻遠遠小于靜電防護標準，非金屬段為聚四氟乙烯軟管，長度0.01 m～0.02 m，因此，整個排水通路中PTEE段電阻值最高，范圍(1963±389) Ω，小于105Ω，滿足民用飛機靜電防護要求。

5 結論

本文討論了民用飛機滑軌套筒排液通路的設計，研究了不同排液通路的設計方式對排水性能、裝配性能的影響，明確了民用飛機在油箱內的排液通路對防腐蝕及電防護的特殊要求，為民機滑軌套筒排液通路的設計提供了設計思路。

參考文獻：

[1] 李瀚，王澍，劉德剛，朱德軒，高廣拓.民用客機排液要求研究[J]. 裝備制造技術，2014(9):181-183.

[2] LIU Jie，ZHU Yunfeng，TIAN Fang，WANG Jin. Study on Lightning Protection Design of DCS in a Nuclear Power Plant[J].Meteorological and Environmental Research,2013,4(10):14-18.

[3] 潘琪，李敏，王朝生.聚四氟乙烯/炭黑導電纖維的制備及性能[J].河南化工，2011，28(21):44-46.