PTU殼體回油管路優化設計

劉小紅

（上海飛機設計研究院聯絡工程部，上海200436）

PTU殼體回油管路優化設計

劉小紅

（上海飛機設計研究院聯絡工程部，上海200436）

針對某型飛機液壓系統能量轉換裝置PTU回油管存在踩踏，導致管路變形問題，重新進行了優化設計，并且進行了分析，結果表明：優化方案與原方案相比，避免了人為踩踏現象，避免了導管產生裂紋或泄露的可能，同時管路流體總壓損失基本不變，無氣蝕現象，重量減輕、噪音減弱等優點。

PTU；管路；總壓損失

某機在地面維護中，其SD998框PTU殼體回油液壓導管通過Z型支架安裝在框上，經常絆倒維修人員或被其踩踏，對應構型如圖1所示。圖1在設計中，主要考慮了標準件變徑接頭MS21916W12-6的安裝，按設計要求管路直線段必須滿足最小長度要求，同時滿足彎管彎曲半徑要求，從而造成PTU殼體回油管路高出SD998框，導致支架和管路經常被踩踏。當支架出現踩踏問題時，管路產生安裝應力必將影響傳輸功能，甚至出現液壓油泄漏。鑒于上述原因，為了改善PTU殼體回油管路的踩踏問題，需改變管路走向，同時采用P型卡箍固定導管，卡箍和支架通過螺栓連接在一起，支架固定在SD998框的下側，很大程度上避免維修人員踩踏支架和導管。

圖1　PTU殼體回油管路原方案

1　設計要求

盡量減少彎管和分支，采用最直接的線路，導管與結構之間應該有合理的間隙，保證在最嚴重條件下不產生相互接觸，導管用卡箍固定在結構上，卡箍兩邊附近處導管與結構至少保留6mm的間隙，而在卡箍處至少要有3mm的間隙；一般推薦有限采用彎曲半徑為5D（5倍外徑）或者4D，特殊情況下，大彎曲半徑的導管安裝困難時，使用最小彎曲半徑3D.一根導管最多只能彎曲10次。每根導管處的所有彎曲處必須使用同一彎曲半徑。

2　管路設計［1］

2.1中心線的確定

中心線光滑且曲線之間相切連續，保證管路的光順，這樣有利于加工，同時可以避免管路突變而減少流阻。詳見參考文獻［2］。

2.2管路的內外徑、壁厚的選擇、及其材料

殼體回油管路外徑選擇0.375 IN，壁厚0.035 IN，材料為6061-T6.

2.3卡箍的選擇及其間距的布置和支架安裝

優化方案繼續使用卡箍M85052/2-6，保證卡箍間距要求，防止導管振動，可能產生與結構的干涉或磕碰。導管用卡箍固定，卡箍與支架通過螺栓固定，支架用兩個鉚釘固定在998框下。卡箍兩邊附件處導管與結構至少有6 mm間隙，而在卡箍處至少有3 mm間隙。

2.4管路優化方案

通過改變管路走向，可以避免人為踩踏導致導管或者支架變形。方案固定方式采用卡箍M85052/2-6固定導管，卡箍和Z型支架通過螺母連接，見圖2.維修人員進入后附件艙，腳平踩到框上，不會踩踏支架和導管；腳踩出框外支架方向處，伸出量小于29.15 mm，且下沉角小于14.2°，可以避免人為踩踏導支架變形，見圖3.

圖2　PTU殼體回油管路優化方案

圖3　優化方案踩踏極限位置

3　性能分析

3.1管路仿真分析

從流體知識可知，當管路壓力過低時，溶于液壓油中的氣體會溢出，產生氣泡，導致氣蝕現象，如果氣泡運行到高壓，氣泡破裂，產生液壓沖擊，壓力急劇升高，溫度升高，產生振動和噪音現象。模擬的目的檢驗管路彎曲是否會出現流管極度壓縮，導致局部速度很大，從而導致局部壓力很低，是否產生氣穴的可能性。

3.2流體仿真分析

本文采用FLUENT軟件進行了流體仿真分析，管路計算模型如圖4～圖6.網格數均為58萬左右。三通接頭采用Y網，管路截面采用O網，壁面附近用邊界層網格。湍流模型選擇K-EPSILON中的重整化群（RNG）模型［2］。流體為磷酸脂基阻燃液壓油，Type IV，Class 1 ZMS2014，回油管路的流速一般是2～4 m/s，流體密度取1 066 kg/m3，入口速度取3m/s.

圖4　流體模型

圖5　進口網格布置

圖6　三通管路網格布置

從圖7、圖8可以看出，兩者略有差異，在管路彎曲外側壓力較大，內側壓力較低，同時都是在三通變徑接頭后產生低壓區，這是由于管路90°彎曲導致一定范圍流體分離所致，此部分低壓也遠大于氣體從液壓油中溢出的壓力值，故均不會產生氣蝕現象。總之，優化后方案和原管路損失相當，氣蝕現象均不會發生。

圖7　原方案壓力云圖

圖8　優化方案管路壓力云圖

另一方面，從管路的損失來看，優化后管路損失0.81%，原方案管路損失0.85%，說明兩種方案管路損失差別不大，優化后出口速度為3.375 m/s，原方案出口速度為3.319 m/s.

（2）重量分析

優化方案PTU回油管路變短，與原方案相比，重量減輕0.035 kg.

（3）噪聲

優化方案同原方案相比，在三通管處均急轉彎，產生流體分離，導致渦流，但優化方案氣流分離范圍比原方案更小，噪音偏小。氣流速度矢量分離情況見圖9-圖10.

圖9　原方案管路速度矢量圖

圖10　優化方案管路速度矢量圖

4　結束語

本文通過查閱文獻，深入研究PTU殼體回油導管踩踏問題，PTU殼體回油導管優化方案與原方案相比，結論如下：

（1）可以避免導管的踩踏問題，避免了導管因踩踏導致的裂紋或泄露的可能；

（2）重量減輕0.035 kg；

（3）管路流體損失基本不變；均無氣蝕現象，優化方案不影響管路的性能。

（4）優化方案氣流分離范圍比原方案小，噪音偏小。

［1］王永熙.飛機設計手冊第12冊飛行控制系統和液壓系統設計［M］.北京:航空工業出版社，2003，544-583.

［2］王瑞金，張凱，王剛.Fluent技術基礎與應用實例［M］.北京:清華大學出版社，2007，33-44.

Optim ization Design of Return OilPipeline of PTU

LIU Xiao-hong
（Shanghai Aircraft Design&Research Institute，Shanghai200436，China）

according to a certain type of aircraft hydraulic system PTU（Power Transfer Unit）oil return pipeline are trample，resulting in pipeline deformation problems，work is carried out on the optimization design which are analyzed，the results show that the optimization scheme compared to the original scheme avoid the phenomenon of trampling，avoid that pipeline may crack or leak，and the total pressure loss of fluid pipeline is essentially the same，There are advantages including no cavitation phenomenon and lower weight and noise reduction.

PTU；pipeline；total pressure loss

V245

A

1672-545X（2016）05-0026-03

2016-02-15

劉小紅（1978-），男，陜西渭南人，研究生，工程師，研究方向：飛機機械系統環控系統設計。