民用飛機(jī)整體油箱密封設(shè)計

方尚慶

【摘 要】本文研究了民用飛機(jī)機(jī)翼整體油箱密封設(shè)計問題，基于密封機(jī)理及密封措施分析，提出了實現(xiàn)整體油箱密封功能應(yīng)具備的最低密封要求。本研究對設(shè)計飛行器整體油箱密封具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】油箱； 密封；滲漏

中圖分類號： V228.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 2095-2457（2018）16-0243-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.112

0 前言

現(xiàn)代民用飛機(jī)機(jī)翼油箱通常采用整體油箱結(jié)構(gòu)形式，通過合理的密封設(shè)計利用翼盒結(jié)構(gòu)自身內(nèi)部空間存儲燃油，是一種高效的油箱形式。因此，整體油箱的結(jié)構(gòu)完整性由密封設(shè)計保證，密封設(shè)計是否充分、合理直接決定油箱儲油功能是否完備。

整體油箱的密封設(shè)計存在一個技術(shù)矛盾：一方面，密封措施必須充分，以保證燃油及其蒸汽在設(shè)計要求的概率下不發(fā)生滲漏；另一方面，密封措施必須合理，不可過度密封，否則引起不必要的增重，對飛機(jī)性能產(chǎn)生不利影響。

目前，國外大型民機(jī)制造商均已完成了相關(guān)密封研究，并早已在其系列民用飛機(jī)型號上應(yīng)用，并通過大規(guī)模機(jī)隊的長期服役證明了相關(guān)密封設(shè)計的有效性。此研究是事關(guān)飛機(jī)安全的基礎(chǔ)性研究，對國內(nèi)研制新的民用飛機(jī)型號具有現(xiàn)實意義。

1 機(jī)翼整體油箱

大型民用飛機(jī)機(jī)翼油箱一般由中油箱和外翼油箱兩部分儲油油箱組成，如圖1所示。

整體油箱密封設(shè)計的任務(wù)即根據(jù)油箱邊界處結(jié)構(gòu)連接特點，通過設(shè)計合理的密封措施，保證在既定的服役周期內(nèi)燃油液體和蒸氣不發(fā)生泄漏。

2 密封機(jī)理

2.1 一般準(zhǔn)則

a）機(jī)翼整體油箱密封措施的采用取決于：

（1）緊固件技術(shù)：指采用的緊固件類型、釘孔配合類型等。

（2）密封結(jié)構(gòu)位置：包括結(jié)構(gòu)受載情況（低受載區(qū)域和高受載區(qū)域）、是否穿透油箱邊界、結(jié)構(gòu)開敞性/通風(fēng)性等。

緊固件類型指是否為自密封/非自密封緊固件。常見的自密封緊固件有實心鉚釘（包括無頭鉚釘）、環(huán)槽鉚釘、配自密封自鎖螺母的高鎖螺栓、密封托板螺母等。

b）油箱邊界結(jié)構(gòu)密封

（1）低受載區(qū)域的連接可采用填角密封或貼合面密封；

（2）高受載區(qū)域的連接進(jìn)行貼合面密封，且按需用進(jìn)行填角密封；

（3）對穿透油箱邊界蒙皮的緊固件，若為間隙配合則進(jìn)行濕安裝，若為干涉配合則在埋頭端的釘頭下表面涂抹密封膠；安裝后，非自密封螺母或鋼螺母需進(jìn)行封包；

機(jī)翼翼盒典型的高受載區(qū)域如表1所示。

2.2 滲漏通道模型

主流大型民用飛機(jī)機(jī)翼整體油箱在穿透油箱邊界的結(jié)構(gòu)連接上大量應(yīng)用了環(huán)槽鉚釘、自動鉆鉚的無頭鉚釘、高鎖螺栓（配自密封自鎖螺母）以及密封托板螺母等有利于密封的緊固件。

對于需配螺母或釘套等鎖緊裝置的緊固件，需要密封膠輔助密封，建立穿透油箱邊界的滲漏通道模型，如圖2所示。

顯然，存在2個泄漏通道：

（1）裝配貼合面產(chǎn)生的泄漏路徑1，可以采用貼合面密封封堵；

（2）緊固件自身的泄漏路徑2，由釘頭段、釘桿段（由與釘孔配合類型決定）和螺母段3個滲漏細(xì)節(jié)構(gòu)成。為防止路徑2的滲漏，須對此3個滲漏細(xì)節(jié)同時封堵。

3 密封措施

目前主要采用的密封工藝措施有貼合面密封、填角密封、填縫密封、緊固件濕安裝、緊固件封包等。基于泄漏通道模型，對目前主流大型民用飛機(jī)機(jī)翼油箱相關(guān)泄漏路徑封堵措施進(jìn)行了研究。

3.1 貼合面泄漏路徑1

按連接處載荷大小可分為高受載區(qū)和低受載區(qū)域兩類，前者在載荷作用下連接處貼合面存在分離趨勢或者貼合面邊緣存在“開裂”趨勢，結(jié)構(gòu)變形較大，容易破壞密封[1]，因此，需要實施貼合面密封保證此泄露路徑的密封性，并輔以填角密封；而低受載區(qū)域連接處貼合面的分離趨勢或者貼合面邊緣“開裂”趨勢不明顯，可單獨(dú)實施填角密封即可保證密封性。

3.2 緊固件泄漏路徑2

油箱邊界螺接結(jié)構(gòu)的封堵措施如表2所示，分析了制造和結(jié)構(gòu)修理兩種應(yīng)用場景。

由表2可知，螺接類結(jié)構(gòu)采用的最小密封措施道數(shù)n為：釘頭段n=1，釘桿段n=1，螺母段n=1（螺母與螺紋之間）+1（螺母與結(jié)構(gòu)之間）。緊固件泄漏路徑的密封至少保證釘頭、釘桿、螺母/釘套段分別設(shè)計1道密封措施。

4 結(jié)論

（1）機(jī)翼整體油箱結(jié)構(gòu)密封措施須綜合考慮緊固件技術(shù)以及密封結(jié)構(gòu)位置兩類因素進(jìn)行設(shè)計。

（2）油箱密封需針對貼合面泄漏路徑和緊固件泄漏路徑兩類泄漏路徑同時實施密封，緊固件泄漏路徑需保證釘頭、釘桿、螺母/釘套段至少分別設(shè)計1道密封措施。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王寶忠，等.飛機(jī)設(shè)計手冊第10冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，2000：600-601.