民用飛機整體油箱密封設計

方尚慶

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

【關鍵詞】油箱； 密封；滲漏

中圖分類號： V228.1 文獻標識碼：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)代民用飛機機翼油箱通常采用整體油箱結構形式，通過合理的密封設計利用翼盒結構自身內部空間存儲燃油，是一種高效的油箱形式。因此，整體油箱的結構完整性由密封設計保證，密封設計是否充分、合理直接決定油箱儲油功能是否完備。

整體油箱的密封設計存在一個技術矛盾：一方面，密封措施必須充分，以保證燃油及其蒸汽在設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，對飛機性能產生不利影響。

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

1 機翼整體油箱

大型民用飛機機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。

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

2 密封機理

2.1 一般準則

a）機翼整體油箱密封措施的采用取決于：

（1）緊固件技術：指采用的緊固件類型、釘孔配合類型等。

（2）密封結構位置：包括結構受載情況（低受載區(qū)域和高受載區(qū)域）、是否穿透油箱邊界、結構開敞性/通風性等。

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）油箱邊界結構密封

（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)域的連接進行貼合面密封，且按需用進行填角密封；

（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行封包；

機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

主流大型民用飛機機翼整體油箱在穿透油箱邊界的結構連接上大量應用了環(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個滲漏細節(jié)構成。為防止路徑2的滲漏，須對此3個滲漏細節(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機翼油箱相關泄漏路徑封堵措施進行了研究。

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，結構變形較大，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

油箱邊界螺接結構的封堵措施如表2所示，分析了制造和結構修理兩種應用場景。

由表2可知，螺接類結構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（螺母與結構之間）。緊固件泄漏路徑的密封至少保證釘頭、釘桿、螺母/釘套段分別設計1道密封措施。

4 結論

（1）機翼整體油箱結構密封措施須綜合考慮緊固件技術以及密封結構位置兩類因素進行設計。

（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/釘套段至少分別設計1道密封措施。

【參考文獻】

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