直升機燃油箱安裝方式設計缺陷及改進探討

王小陽，金 華，戴禮軍，張愛軍

(1.總參陸航部駐景德鎮地區軍事代表室,江西 景德鎮 333002;2.中國直升機設計研究所, 江西 景德鎮 333002)

?

直升機燃油箱安裝方式設計缺陷及改進探討

王小陽1，金 華1，戴禮軍2，張愛軍1

(1.總參陸航部駐景德鎮地區軍事代表室,江西 景德鎮 333002;2.中國直升機設計研究所, 江西 景德鎮 333002)

直升機燃油箱的主要功能是貯存直升機任務剖面所需的燃油。分析了直升機燃油箱安裝方式的設計缺陷，進行了改進研究，解決了油箱頂部局部塌陷、吊繩磨損、吊耳脫落及尼龍搭扣脫落等故障，進一步探討了過盈量、防爆安全、火焰抑制、墜撞安全性和戰場生存力等技術。

直升機；燃油箱；安裝方式

0 引言

直升機燃油箱的主要功能是貯存直升機任務剖面所需的燃油，制造燃油箱的主要材料一般為金屬、尼龍或耐油橡膠。根據直升機任務使命的不同，直升機燃油箱可制成防彈抗墜毀橡膠軟油箱和普通橡膠軟油箱(以下簡稱燃油箱)。

燃油箱需通過一定的固定方式安裝到油箱艙中，利用機體結構支撐并維持燃油箱空間形狀。燃油箱的支撐面必須使油液載荷不集中作用在無支撐的油箱表面[1]。

1 燃油箱安裝方式設計缺陷

直升機燃油箱可采用尼龍搭扣與吊繩并用的方式安裝(見圖1)在油箱艙中。尼龍搭扣可承受較大的剪切力、較小的拉脫力，分別粘貼在燃油箱的外表面、油箱艙的側壁和頂部；吊繩穿過硫化在燃油箱上的吊環、吊桿和膠粘在燃油箱艙上的吊耳，并在端頭拉緊打結。

在顧客使用過程中陸續出現油箱頂部局部塌陷、吊繩磨損、吊耳脫落及尼龍搭扣脫落等故障現象。

圖1 吊繩固定燃油箱

通過對燃油箱安裝方式進行分析和故障件檢查，得出故障原因主要有以下幾點：

1.1 膠粘質量分散性較大

通過對燃油箱艙上脫落的吊耳(見圖2)進行觀察，發現吊耳粘接面有部分未粘接區域，主要原因是膠粘為特殊過程，不易檢查粘接質量，且在粘接吊耳時，不易對吊耳表面加壓，導致實際粘接質量不好，降低了吊耳的拉脫力，造成吊耳脫落現象。

圖2 燃油箱艙脫落吊耳

1.2 油箱吊繩在油箱艙內的余量較多

吊繩未完全系緊，起不到良好固定油箱的作用。受油箱安裝空間的限制，在油箱安裝系緊吊繩時，安裝人員需雙手進入油箱壁與油箱艙壁之間進行系繩操作，吊繩系緊完成后吊繩在艙內留有較多余量。此外，由于在油箱系繩的端點處需系“8”字結，此結在系緊時的位置較難控制，導致吊繩終點處的“8”字結與油箱艙的吊點之間存在一定的間隙，增加了吊繩在油箱艙內的余量。

吊繩在油箱艙內的余量如果較多，在直升機飛行一段時間后，特別是直升機在進行大機動飛行后，油箱壁與油箱艙壁的尼龍搭扣脫開，吊繩的余量會移動到油箱壁先脫開的一側(見圖3)，油箱壁上B處的吊點會順吊繩下滑至下一個油箱艙吊耳處，導致油箱壁內部出現鼓包現象。而在油箱的另一側A處由于無吊繩余量，油箱壁和油箱艙壁的尼龍搭扣更不易脫開，油箱壁與油箱艙壁貼合情況較好。

圖3 燃油箱側壁吊繩安裝示例

1.3 油箱上部的尼龍搭扣不利于油箱壁的自動復位

直升機在機動飛行過程中，由于油箱上部箱壁剛度較差，燃油液面晃動會帶動油箱壁運動，使油箱上的尼龍搭扣與油箱壁的尼龍搭扣脫開，同時油箱壁相對油箱艙壁會存在一定的位移，受油箱吊點限制，在局部會造成油箱壁集中。當直升機的機動飛行完成后，油箱壁的尼龍搭扣與油箱艙壁的尼龍搭扣在非初始位置粘接，造成箱壁無法復位，油箱壁形成鼓包(見圖4)。

圖4 油箱壁上尼龍搭扣錯位粘接形成鼓包

此外，油箱頂部的尼龍搭扣在直升機使用一段時間后，會出現脫落，由于加油過程中，油面不會到達油箱頂部，致使油箱頂部的尼龍搭扣脫落后就再也不可能重新粘接，起不到固定箱壁的作用。

1.4 頂部吊繩受力狀況惡劣

從力的合成與分解分析得出：

F合=T繩

式中，F合為油箱頂部吊環或油箱壁頂部吊耳所承受的拉力；T繩為吊繩的張力；α為繩子在吊耳或吊環處的張緊角。理論上α應為180°，而為了滿足拉緊油箱壁的部分重量，吊繩的張力需要趨向于無窮大，顯然是達不到的。在F合一定的情況下，繩子拉得越緊，T繩增加得越大。在通常拉緊的意義下，有T繩?F合，表明頂部吊繩受力狀況惡劣。

2 燃油箱安裝方式改進研究

針對油箱安裝問題進行深入分析，在綜合考慮工藝性和維護性的基礎上，進行油箱安裝的改進設計工作。

2.1 油箱頂部四周采用吊掛方式安裝

在每個油箱艙頂部四周安裝型材，再通過螺栓將型材固定在結構平臺上，型材裝有吊鉤并與油箱上的吊環連接。在油箱往油箱艙內安裝前，先將油箱頂部的吊環與型材上的吊鉤連接固定，吊鉤的設計可保證在安裝完成后油箱吊環不會從中脫落。

2.2 油箱艙吊耳更改為機械式安裝

對油箱艙側壁的吊耳按結構實際情況分別采用在油箱艙壁預埋鑲嵌件(見圖5)和與結構共鉚(見圖6)的方式安裝，受力情況改善，質量穩定，可以杜絕由于粘接質量問題導致吊耳脫落的故障。

圖5 預埋鑲嵌件方式安裝吊耳 圖6 鉚接方式安裝吊耳

2.3 取消油箱頂部、油箱側壁上部的尼龍搭扣

由于油箱頂部的尼龍搭扣在直升機飛行一段時間后就會脫開，起不到固定油箱的作用，且由于油箱安裝更改為頂部固定式吊掛安裝，同時油箱頂部有通氣口、供油管路輸出口等接口與平臺連接，可保證油箱頂部不會出現塌陷問題，因此油箱頂部的尼龍搭扣可以取消。由于油箱上部剛度較差，在直升機機動飛行時，油箱壁會出現相對位移，在直升機機動飛行完成后，油箱壁因自身的彈性和承受燃油壓力，會自動回復到初始狀態，若有尼龍搭扣，反而會阻礙油箱壁的自動復位，因此取消油箱壁上部的尼龍搭扣有利于油箱壁的自動復位。

2.4 油箱頂部吊環的優化設計

吊環截面改進設計成圓形，可以有效防止吊環對油箱吊點及吊繩的磨損。

3 燃油箱安裝方式幾點思考

通過對燃油箱實際安裝的操作和工藝思考，有幾點體會：

3.1 過盈量要控制適當

GJB 5196-2003《直升機防彈抗墜毀燃油箱通用規范》[2]中規定燃油箱與油箱艙的最大過盈量不大于6.35mm。為保證油箱內的燃油載荷由油箱艙結構承受，油箱在油箱艙內的安裝需要有一定的過盈量，因此油箱在油箱艙內安裝完成后，油箱壁會存在局部輕微鼓包現象。但要特別注意的是，稍微過大的過盈量將導致死褶的出現，進一步帶來降低油箱壽命和減小裝油量等不利因素。所以，在油箱研制過程中，需要不斷地與油箱艙進行協調裝配，通過多輪的反復優化，最終確定合理的過盈量。

3.2 防爆安全和火焰抑制技術

通過分離空氣中的惰性氣體氮氣，實施無油空間受控惰化，并利用氮氣增壓油箱內的無油空間，一方面可以增加燃油液面的壓力，提高直升機的高空工作能力，另一方面主要成分為氮氣油氣的混合氣可以抑制著火和爆炸。

從燃油箱逸出的易燃油氣可能被雷擊點燃，在油箱的通氣口處增加火焰抑制器，可阻止墜毀情況時可能的火焰向內傳播，降低次生災害，提高飛行員的生存率[3]。

3.3 墜撞安全性和戰場生存力

在滿足整機的墜毀要求時，充分利用燃油附件盤底部的吸能結構，保證吸能結構的薄弱環節優先吸收墜毀動能而損壞。其次，油箱的附件接口連接部位采用柔性變形補償結構，保證油箱在油箱艙內發生位移時，能夠補償變形。

此外，通過降低燃油箱的抗彈擊自密封時間，減少燃油泄漏帶來的次生災害，從而提高整機戰場生存力。

4 結束語

直升機燃油箱安裝方式，隨機型空間結構限定以及油箱本體外形結構不同而異，并非一成不變，但要保證一定的工藝性，便于安裝操作和日常維護，以及容納一定的燃油量。隨著技術的累積，防爆、墜撞安全性、高空適應性、空中加油能力等技術都應不斷研究并應用，以滿足直升機高原和生存力需求，對增加飛行員的安全信心和完成任務使命有很大的作用。

[1] 蔣新桐，主編.飛機設計手冊 第19冊:直升機設計[M].北京:航空工業出版社,2005.

[2] GJB 5196-2003,直升機防彈抗墜毀燃油箱通用規范[S].

[3] 羅伊·蘭頓，等，著.飛機燃油系統[M].上海:上海交通大學出版社,2010.

Study on Design Defect and Improvement for Installation Method of Helicopter Fuel Tank

WANG Xiaoyang1, JIN Hua1, DAI Lijun2, ZHANG Aijun1

(1.Military Representative Office of the Army Aviation Department for the Headquarters of the PLAGeneral Staff in Jingdezhen Region, Jingdezhen 333002, China；
2.China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001, China)

The main function of fuel tank is storing the necessary fuel for helicopter accomplish mission. The design defect of helicopter fuel tank installation was analyzed in this article, and the improvement was studied to solve the following defect of fuel tank installation, the fall down on local tank top skin, the abrasion of ropes, the drop down of lifting lug and Velcro. The improvement of the magnitude of interference, the explosion safety, the fire control, the drop safety, and the survivability on battlefield were discussed.

helicopter；fuel tank；installation method

2015-03-21

王小陽(1973-)，男，甘肅禮縣人，研究生，高級工程師，主要研究方向：直升機總體。

1673-1220(2015)02-035-03

V228.1+1

A