飛機金屬導管損傷原因分析及對策

唐有才，孔光明，唐元恒

（海軍航空大學青島校區(qū)，山東青島 266041）

0 前言

飛機上使用的金屬導管（以下簡稱“導管”）很多，主要分布在液壓、燃油、滑油、氧氣、冷氣和環(huán)境控制等管路系統(tǒng)，承擔著傳遞動力、輸送液體和氣體的工作。飛機上的導管一旦損傷破裂，輕則影響戰(zhàn)訓任務的順利完成，重則導致災難事故的發(fā)生。如某部飛機在訓練中，因為液壓系統(tǒng)導管漏油，引起空中失火而造成二等事故（飛機損毀）。因此，分析導管損傷的原因、預防其損傷，對確保飛機管路系統(tǒng)正常工作及飛行安全意義重大。

1 飛機金屬導管損傷特點分析

據(jù)不完全統(tǒng)計，近4a來某團飛機因裂紋和磨損深度超過標準值而更換的導管多達92根，而磨損深度雖未達到標準值卻被作為排故處理的多達126根。導管損傷特點如下：

（1）導管損傷隨飛行時間增長而增加，飛行時間在（300～400）h時故障發(fā)生率最大，占44.6%；超過400h后，導管損傷失效率銳減。這是由于飛機在（350±50）h預防性維修工作時，有故障和缺陷的導管已被更換處理，說明導管損傷同使用時間有關。

（2）導管損傷主要分布在振動較強的機身（26～30）框左、右兩側及主起落架艙內，共發(fā)生59起，占64.1%，說明振動是導管損傷的重要因素。

（3）從損傷方式看，損傷主要包括磨損、裂紋、壓坑和喇叭口損壞等，其中磨損超過規(guī)定是損傷的主要形式，共發(fā)生68起，占73.9%。說明導管固定不良、導管與周圍機件間隙不足是導管損傷又一個重要因素。

2 飛機金屬導管損傷原因分析

2.1 彎曲振動引起的導管損傷

2.1.1 振動原因分析

飛機導管產生彎曲振動的原因主要有2個：一是導管是靠卡箍固定在飛機機體上的，在飛行過程中，機體的振動不可避免（尤其是戰(zhàn)斗機更為強烈），迫使固定在機體上的導管發(fā)生振動。由于飛機各部位的振動頻率和振幅不同，造成導管因固定位置偏差發(fā)生彎曲振動。固定部位振動的強弱決定了彎曲振動的強弱，當固定卡箍之間的距離較遠或變化頻率相近時，導管發(fā)生彎曲振動更為強烈。這也是導管損傷主要分布在機身（26～30）框及主起落架艙內的原因之一。二是導管存在彎曲，當管內壓力有脈動時將引起導管發(fā)生彎曲振動。圖1為彎曲振動示意圖，在導管彎曲部位任取兩截面A—A和B—B，由于兩截面不平行，液面作用力FA和FB形成垂直于導管軸線的合力F。當管內壓力P周期性變化時，F(xiàn)隨P周期性變化，引起導管彎曲振動。這種振動與相鄰支撐點距離及油壓脈動量成正比。尤其是液壓泵出口處到蓄壓器之間的一段導管，由于所承受的油壓脈動幅度更大，當導管走向不當、出現(xiàn)彎曲時，就會產生較大的彎曲振動。

這種振動在導管與周圍機件間隙過小時，就會發(fā)生相互碰撞而發(fā)生振動磨損。這種磨損常發(fā)生在振動比較強烈、固定不牢靠的導管和附件之間。這也說明飛機導管磨損是損傷主要形式的原因所在。

2.1.2 應力與裂紋特點分析

發(fā)生彎曲振動時，導管將受到反復彎曲作用，而在其橫截面內承受周期性變化的拉伸和壓縮應力（圖2）。由于彎曲振動所引起的最大正應力處于導管橫截面上且距中性軸較遠的位置（導管外表面A，B處），因此導管因彎曲振動而產生的裂紋，通常沿圓周方向且從外壁逐步向內擴展。裂紋萌生部位通常處于導管的固定點和連接接頭附近，以及導管的彎曲度較大和表面有壓坑、劃傷或腐蝕的部位。因此，這些地方平時需要加強檢查。

2.2 徑向振動引起的導管損傷

2.2.1 振動原因分析

導管在流體壓力作用下，沿徑向方向往外擴張，若流體壓力發(fā)生周期性的變化，那么導管的徑向變形也會隨之發(fā)生周期性變化。這種現(xiàn)象稱為導管的徑向振動。

2.2.2 應力與裂紋特點分析

假設導管的截面為圓形，導管壁沿圓周方向的應力在脈動壓力作用下均勻分布，這種情形下，導管不易損傷。

若導管的截面為橢圓形，在壓力作用下，導管試圖恢復到原來的狀態(tài)（圖3），管壁曲率半徑最大的位置（B處），變形量和應力也是最大，容易產生裂紋。如某訓練團飛機環(huán)控系統(tǒng)的一段導管，在加工安裝過程中，導管彎曲處橢圓度過大，再加上發(fā)動機的振動和壓縮空氣的脈動，多次發(fā)生折斷，而斷裂部位就在管壁曲率最大的地方。

由于導管內壁相對外壁承受的應力大，而且內壁容易受到液（氣）體的腐蝕，所以徑向振動引起的疲勞裂紋往往先從導管彎曲度較大（橢圓度過大）的導管內壁兩側產生，再向外擴展的縱向裂紋。

圖1 彎曲振動

圖2 導管彎曲振動表面應力分布

2.3 飛機及系統(tǒng)設計引起的導管損傷

2.3.1 機體設計單薄使振動較強

現(xiàn)代戰(zhàn)斗機都為高超音速飛機，機體設計單薄，動力裝置采用雙轉子渦噴或渦扇型發(fā)動機，因而機體振動較強，尤其是起飛著陸時機體振動更強，導致固定在其上的導管發(fā)生振動。維修中也常常發(fā)現(xiàn)導管的固定卡箍松動及振落現(xiàn)象，這樣就會引起導管更強烈的振動而損傷。如案例中該團飛機機身右側（26～28）框中部液壓回油導管多次發(fā)生固定卡箍飛掉，造成與機身27框相磨而損壞。

2.3.2 系統(tǒng)設計緊湊使導管之間間隙小、走向不合理

系統(tǒng)結構設計緊湊，導管安裝空間狹小，導致導管與其他導管或附件之間的間隙小，這樣在工作時就易發(fā)生磨損，在拆裝時也容易損傷導管。另一方面，許多導管布局、走向不合理，常常是哪里有空間就在哪里安裝，使導管彎彎曲曲，有的彎曲度很大，這樣不僅增大沿程和局部損失，還加大了流體壓力脈動以及對管壁的沖擊力。此外，安裝時導管的變形和卡箍固定不當，使導管之間間隙更小甚至無間隙，這樣就會引起導管磨損。如該團飛機機身左側28框附近拋放阻力傘冷氣導管與周圍導管間隙過小、且安裝走向不合理，導致同液壓回油與液壓增壓導管相磨而失效。另外，由于有的維護窗口設計過小，機務人員在拆裝導管或附件時無法看清，只能憑感覺操作，很容易損壞導管和管接頭。

2.4 維護不良引起的導管損傷

2.4.1 導管拆裝不正確

（1）拆裝導管時圖省事，在不拆下固定卡箍的情況下就強行操作。這種拆裝方式對金屬導管危害最大，因為它不僅使導管內部產生較大裝配應力，還可能造成導管或部件接頭不對正，增大了螺帽與襯套之間的摩擦力，使得襯套隨螺帽一起轉動，造成磨壞導管端部或擰壞螺紋。

（2）拆裝導管時不注意固定，擰動螺帽時導管一起轉動，造成導管扭曲，或由于碰撞造成導管壓坑、劃傷等。

（3）未對正喇叭口就強行安裝，且安裝不考慮導管的長度、角度、螺紋是否合適即隨意裝配，擰緊導管接頭的緊固力矩嚴重超標，致使接頭管嘴容易斷裂。如該飛行團飛機球形蓄壓器和副翼助力電磁開關之間的導管，由于空間狹小、難以安裝，在安裝過程中導管經常發(fā)生變形和損傷，導致該導管多次破裂。

2.4.2 導管制作不良

（1）導管彎制時，未嚴格按照工藝標準執(zhí)行，使得導管彎度過小，不僅導致導管外表面變薄強度下降，存有較大的內應力，同時也增加導管彎曲振動強度。

圖3 橢圓形截面導管變形及應力分布

（2）使導管的彎曲部位出現(xiàn)較大的橢圓度，從而增加了導管徑向振動強度。如某型飛機的助力系統(tǒng)中，連接緩沖瓶與單向活門的導管，受到液壓泵出口高壓脈沖的作用，加之導管彎制時橢圓度約為9.6%（設計手冊規(guī)定承受壓力脈動的導管應≤6%），造成導管產生縱向裂紋長達9mm。

2.4.3 導管固定不良

（1）導管卡箍的固定緊度不適當（特別是鋁管），致使導管表面被夾傷、變形。

（2）為了操作方便，不按規(guī)定安裝導管的固定卡箍，或者隨意改變卡箍和變動卡箍的位置，增加導管振動甚至出現(xiàn)共振而損壞。如該團某飛機2根液壓導管，在機身左側28框中部因沒有固定而處于懸空狀態(tài)，加之在該處安裝的導管多，導致這2根導管在振動作用下磨損嚴重而更換。

2.4.4 導管被腐蝕

（1）導管表面粘上的水分、油泥和塵土等沒有及時清除，加之飛機地處沿海地區(qū)，使導管表面腐蝕，尤其是導管表面損傷導致保護層損傷，腐蝕更加嚴重。如該飛行團飛機副翼上的電磁開關回油導管，曾因在磨損處被腐蝕導致穿孔而大量漏油。

（2）沒有做好防污染工作，致使管路中的流體進入固體顆粒、水分和空氣等而被污染，尤其是固體污染物加速了導管內壁的磨損和劃傷。

3 預防飛機金屬導管損傷的措施

為了有效預防飛機金屬導管損傷，應從優(yōu)化設計、減弱振動以及做好維護工作等方面入手。由于導管的振動是導管損傷的重要原因，因此，減弱導管振動的措施都能有效預防導管的損傷。

3.1 優(yōu)化管路系統(tǒng)設計

盡管飛機結構單薄緊湊沒法改變，但是可以對管路系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，以減弱導管振動和提高導管的維修性。

（1）導管的固定卡箍可以設置在機體結構強、振動小的部位，管路走向盡可能呈流線型，并減少接頭和彎曲，導管與鄰近部附件之間距離符合規(guī)定。

（2）在滿足管路系統(tǒng)性能要求的前提下，在壓力脈動嚴重和容易產生流體撞擊的部位，加裝蓄壓器，并使用帶緩沖裝置的元件，減弱壓力脈動，防止產生壓力沖擊。

（3）盡可能將維護口蓋設計的大一些和多一些，在安裝難度大的地方，可考慮使用非金屬軟管；并使需要經常拆裝的導管和附件盡可能安裝在外部，以方便拆裝，提高系統(tǒng)的維修性。

（4）針對目前大多數(shù)金屬導管沒有規(guī)定使用壽命，一般是損傷后才更換的現(xiàn)狀，建議對受力大、工作環(huán)境惡劣的金屬導管也像軟導管一樣規(guī)定使用壽命，以便定期更換。

3.2 確保導管維修質量

（1）加強教育與培訓。一是要對機務人員加強導管維護重要性的教育，努力培養(yǎng)優(yōu)良的機務作風。二是每年至少進行一次管路系統(tǒng)維護特點、拆裝方法和注意事項的培訓，尤其是當補充新的維修人員時必須進行專題教育。可采取辦班、以老帶新和現(xiàn)場教學等形式。

（2）保持導管固定良好。一是保證導管與固定卡箍之間距離符合技術要求，固定卡箍按飛機出廠位置安裝，不能隨意改變兩卡箍間的距離，避免增加導管的振動。二是導管固定在卡箍內緊度應適當，導管的軸線應與卡箍凹糟的軸線相重合，不應偏斜，以免導管的初應力過大；而且凹糟內應有橡膠減震墊，不允許使用皮革、膠布代替，保證良好的減震性能，減小管壁受力。

（3）正確實施導管拆裝。一是拆裝導管時將接管嘴固定好，避免導管和接管嘴隨著螺帽一起轉動、扭壞導管。二是拆裝導管接頭時，注意觀察襯套和導管有無隨螺帽轉動的現(xiàn)象發(fā)生。如果襯套與導管隨螺帽轉動，則需要清洗螺帽內部或更換已變形的螺帽或襯套，減小襯套與螺帽的摩擦力，并將喇叭口重新壓緊。三是安裝導管時，為防止滑絲先用受將螺帽擰上幾扣螺紋，然后再用扳手擰緊；而且當導管中心線與接管嘴中心線錯開太多時，不允許強行安裝。

（4）嚴格按照要求制作導管。一是修理廠制作導管時，選用導管要與原導管規(guī)格、材料一致，按照規(guī)定的工藝程序進行操作。二是在彎制導管時，導管內填滿細沙，一次成型，不得反復彎曲，預防導管彎曲處出現(xiàn)橢圓。三是單根導管的彎曲處不得超過4處，承受壓力脈動的導管圓度誤差應≤6%，其他導管應≤12%。

（5）做好導管維護保養(yǎng)。一是在維護工作中，不允許隨意拉壓、踩踏導管，更不能用金屬工具敲打導管。二是加強導管及卡箍固定情況的檢查，確保固定良好。三是當發(fā)現(xiàn)導管接頭漏油（氣），要分析原因，不允許單純用擰緊的方法排除，防止喇叭管口壁受擠壓變薄，強度減弱，甚至產生裂紋。四是要及時擦除導管表面的油污及塵土，注意保護導管保護層的完整；當導管脫漆時要及時補漆，雨后及時做好放水、通風、晾曬工作，防止水分、酸堿物質對導管內外部的侵蝕；為有效預防導管內部腐蝕，注意保持油（氣）清潔，避免塵土、空氣和水分進入系統(tǒng)。另外，通電導線不允許捆扎在導管上，避免短路跳火擊穿導管。

4 結束語

綜上所述，飛機金屬導管的損傷主要是由于振動強烈、存在設計缺陷和維修不良等方面共同作用的結果，其中磨損是導管損傷的主要形式。導管損傷較易發(fā)生在振動強烈、壓力脈動大、導管間隙小、彎曲變形大和固定點等部位，如若管路系統(tǒng)被腐蝕和污染，加劇導管損傷，且不易發(fā)現(xiàn)，危害更大。經理論分析和維修實踐表明，通過改進和優(yōu)化管路系統(tǒng)設計，并在維修工作中確保導管維修質量，就可以有效預防導管損傷。

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