飛機液壓系統球面框管路安裝設計研究

劉超

摘 要：本文對飛機液壓系統球面框管路安裝設計進行研究，闡述飛機液壓系統管路穿框設計及管路連接設計的若干設計方案，從安裝布置、密封、對結構強度影響、重量、制造、維修和成本等方面，論述了各設計方案存在的優缺點，為今后飛機液壓系統管路在球面框位置的設計提供參考擴展思路，使球面框位置的液壓系統管路安裝設計更加安全、可靠與便捷。

關鍵詞：液壓系統 球面框 穿框

中圖分類號：TH13 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（c）-0006-02

1 概述

目前，民用飛機通常采用兩套或兩套以上的液壓系統，為飛控系統、起落架系統等用戶提供液壓動力源[1]，以提高飛機的安全性，每套液壓系統獨立運行、互為冗余。液壓系統成品件一般集中安裝在中機身整流罩及后機身液壓艙內，這樣無論是從整流罩內液壓系統通向飛機尾翼飛控作動器，還是從后機身液壓艙到機翼相關作動器等用戶，液壓系統管路通常需要穿過球面框。液壓系統管路在球面框安裝設計工作一般包括管路穿框設計和管路連接設計，除滿足液壓系統自身安裝要求外，還需考慮球面框的強度、密封和變形等因素，這給液壓系統管路安裝設計帶來了一定難度，本文對飛機液壓系統球面框管路穿框和管路連接方案設計進行研究。

2 液壓系統球面框管路穿框設計

民用飛機球面框位置的液壓系統管路布置通道，通常靠近球面框下部，且低于地板梁[2]，以便液壓系統管路在飛機地板下敷設安裝。液壓系統管路在球面框位置通常采用穿框接頭進行穿框設計，根據管路穿框接頭安裝形式，液壓系統球面框管路穿框設計方案大概分為直接穿框、航向穿框和垂直于球皮穿框三種方案。

2.1 直接穿框方案

該方案液壓管路使用穿框接頭直接在球面框球皮上進行穿框設計，球面框球皮結構為液壓系統管路接頭設計安裝孔，保證穿框接頭安裝。穿框接頭安裝方式如圖1所示，穿框接頭法蘭位于增壓側，通過平墊圈和螺母安裝在球皮上，為使接頭穿框位置的氣密性達到要求，此處密封按貼合面密封進行處理，以保證球皮的密封性。

該方案優點：

（1）穿框位置可靈活選擇，管路安裝空間大，操作方便。

（2）球面框球皮開孔小，對球皮的強度性能影響較小。

（3）結構件形式簡單，便于制造，成本較低。

該方案缺點：

（1）穿框接頭在球皮上的配合形式為平面貼合到曲面上，密封工藝較復雜，更適用于球皮曲率較小的機型。

（2）可靠性相對較低，由于飛機在飛行過程中，蒙皮兩側的壓差會發生變化，球皮也會發生一定變形，頻繁的變形會增大穿框接頭密封故障幾率。

2.2 航向穿框方案

該方案為液壓系統管路沿航向布置，在球面框上需設計豎直分離面，為液壓系統管路穿框接頭提供安裝支持面。分離面結構件可設計為向前凸也可設計為向后凸，同時應考慮凹槽內，預留接頭安裝時工具操作的必要空間，即分離面設計應足夠的大，如圖2所示。

航向穿框接頭安裝方式與直接穿框方案除密封形式不同外，其他安裝形式相同，其密封采用填角密封，保證接頭穿框開孔的密封性。

該方案優點：

（1）液壓系統管路可不分段，直接安裝到球皮分離面零件上，管路裝配簡單。

（2）管路接頭少，降低了管路泄露風險。

（3）穿框接頭安裝在平面上，密封工藝相對簡單且密封性好。

該方案缺點：

（1）液壓系統管路布置位置較為局限，通常地板梁下部管線較多，地板梁與球皮間距較小，液壓系統管路應與其他系統保持一定的隔離距離，液壓系統管路布置位置可調空間較小。

（2）球皮上管路分離面位置距球皮邊緣相對較近，特別是支線飛機等較小型飛機上，邊距會更近，同時球皮在該位置需為液壓管路設計較大的開孔，球皮的強度性能相對較差。

（3）球皮上分離面零件制造較為困難，零件變形對材料要求較高。

2.3 垂直于球皮穿框方案

同航向穿框方案類似，將液壓系統管路穿框方向設計成與球皮表面垂直，分離面零件接頭安裝支持面應使用接頭方向設計并足夠大，以滿足接頭安裝與維修空間。該方案接頭安裝形式同直接穿框方案，密封形式采用填角密封，保證穿框開孔處密封性。

該方案優點：

（1）液壓管路穿框位置更為靈活，不受地板梁高度限制，可規避球皮的疲勞敏感區域。

（2）球皮開口較航向穿框方案小，對球皮結構強度性能影響較小。

（3）穿框接頭安裝在平面上，密封工藝相對簡單且密封性好。

（4）分離面零件容易成型，降低了制造難度和成本。

該方案缺點：

增加管路分段，因分離面方向非航向，所以液壓系統管路走向布置需要適配分離面，這樣與中后機身對接的液壓管路需要增加管路分段及管路對接接頭數量。

3 液壓系統球面框管路連接設計

飛機球面框前部為增壓區，后部為非增壓區，為保證機上人員乘坐安全性和舒適性，飛機在飛行過程中增壓區會進行壓力調節，球面框前后的壓差會發生變化，球面框球皮結構則會發生一定的變形。這對在球面框上穿框的液壓管路帶來不利影響，因此在液壓系統球面框管路安裝設計時，需考慮球皮變形因素。消除球面框球皮變形對液壓系統管路的危害，通常采用軟管或硬管增加管彎[3]兩種連接方案解決。

（1）軟管連接方案。

通過軟管將中后機身液壓系統管路與球面框上穿框接頭連接，利用軟管消除球面框球皮的變形量。

該方案優點：軟管對球皮變形吸收較好，安全性更好，而且便于安裝。

該方案缺點：軟管重量大、成本高，同時軟管兩側均為螺接，相當于在飛機地板下增加了液壓系統管路泄漏的幾率，一旦發生泄漏，維修較為困難。

（2）硬管連接方案。

中后機身液壓系統管路可直接使用硬管連接至球面框穿框接頭上，并在球面框附件適當增加管彎，用于吸收球面框球皮帶來的變形。

該方案優點：管路重量較軟管輕，成本低。

該方案缺點：硬管承受變形量較小，頻繁變形對管路壽命存在不利影響。

4 結語

本文從管路穿框和管路連接兩個方面，對液壓系統球面框管路安裝設計進行研究與討論，其中提及的設計方案各有利弊，飛機設計時應根據實際情況，從中選擇適合機型的設計方案，使飛機各項性能最大化。同時本文的研究內容也可推廣至飛機其它系統球面框位置管路設計，具有一定的參考價值。

參考文獻

[1] 李艷軍.飛機液壓傳動與控制[M].北京：科學出版社，2009.

[2] 《飛機設計手冊》總編委會.飛機設計手冊5民用飛機總體設計[S].2005.

[3] SAE ARP 4752 Aerospace-Design and Installation of Commercial Transport Aircraft Hydraulic Systems[S].