劉小紅

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院聯(lián)絡(luò)工程部，上海200436）

PTU殼體回油管路優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉小紅

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院聯(lián)絡(luò)工程部，上海200436）

針對(duì)某型飛機(jī)液壓系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換裝置PTU回油管存在踩踏，導(dǎo)致管路變形問(wèn)題，重新進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：優(yōu)化方案與原方案相比，避免了人為踩踏現(xiàn)象，避免了導(dǎo)管產(chǎn)生裂紋或泄露的可能，同時(shí)管路流體總壓損失基本不變，無(wú)氣蝕現(xiàn)象，重量減輕、噪音減弱等優(yōu)點(diǎn)。

PTU；管路；總壓損失

某機(jī)在地面維護(hù)中，其SD998框PTU殼體回油液壓導(dǎo)管通過(guò)Z型支架安裝在框上，經(jīng)常絆倒維修人員或被其踩踏，對(duì)應(yīng)構(gòu)型如圖1所示。圖1在設(shè)計(jì)中，主要考慮了標(biāo)準(zhǔn)件變徑接頭MS21916W12-6的安裝，按設(shè)計(jì)要求管路直線段必須滿足最小長(zhǎng)度要求，同時(shí)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(dǎo)致支架和管路經(jīng)常被踩踏。當(dāng)支架出現(xiàn)踩踏問(wèn)題時(shí)，管路產(chǎn)生安裝應(yīng)力必將影響傳輸功能，甚至出現(xiàn)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(wèn)題，需改變管路走向，同時(shí)采用P型卡箍固定導(dǎo)管，卡箍和支架通過(guò)螺栓連接在一起，支架固定在SD998框的下側(cè)，很大程度上避免維修人員踩踏支架和導(dǎo)管。

圖1　PTU殼體回油管路原方案

1　設(shè)計(jì)要求

盡量減少?gòu)澒芎头种?，采用最直接的線路，導(dǎo)管與結(jié)構(gòu)之間應(yīng)該有合理的間隙，保證在最嚴(yán)重條件下不產(chǎn)生相互接觸，導(dǎo)管用卡箍固定在結(jié)構(gòu)上，卡箍?jī)蛇吀浇帉?dǎo)管與結(jié)構(gòu)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(dǎo)管安裝困難時(shí)，使用最小彎曲半徑3D.一根導(dǎo)管最多只能彎曲10次。每根導(dǎo)管處的所有彎曲處必須使用同一彎曲半徑。

2　管路設(shè)計(jì)［1］

2.1中心線的確定

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

2.2管路的內(nèi)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(yōu)化方案繼續(xù)使用卡箍M85052/2-6，保證卡箍間距要求，防止導(dǎo)管振動(dòng)，可能產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)的干涉或磕碰。導(dǎo)管用卡箍固定，卡箍與支架通過(guò)螺栓固定，支架用兩個(gè)鉚釘固定在998框下?？ü?jī)蛇吀郊帉?dǎo)管與結(jié)構(gòu)至少有6 mm間隙，而在卡箍處至少有3 mm間隙。

2.4管路優(yōu)化方案

通過(guò)改變管路走向，可以避免人為踩踏導(dǎo)致導(dǎo)管或者支架變形。方案固定方式采用卡箍M85052/2-6固定導(dǎo)管，卡箍和Z型支架通過(guò)螺母連接，見(jiàn)圖2.維修人員進(jìn)入后附件艙，腳平踩到框上，不會(huì)踩踏支架和導(dǎo)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(dǎo)支架變形，見(jiàn)圖3.

圖2　PTU殼體回油管路優(yōu)化方案

圖3　優(yōu)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(shí)可知，當(dāng)管路壓力過(guò)低時(shí)，溶于液壓油中的氣體會(huì)溢出，產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致氣蝕現(xiàn)象，如果氣泡運(yùn)行到高壓，氣泡破裂，產(chǎn)生液壓沖擊，壓力急劇升高，溫度升高，產(chǎn)生振動(dòng)和噪音現(xiàn)象。模擬的目的檢驗(yàn)管路彎曲是否會(huì)出現(xiàn)流管極度壓縮，導(dǎo)致局部速度很大，從而導(dǎo)致局部壓力很低，是否產(chǎn)生氣穴的可能性。

3.2流體仿真分析

本文采用FLUENT軟件進(jìn)行了流體仿真分析，管路計(jì)算模型如圖4～圖6.網(wǎng)格數(shù)均為58萬(wàn)左右。三通接頭采用Y網(wǎng)，管路截面采用O網(wǎng)，壁面附近用邊界層網(wǎng)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(jìn)口網(wǎng)格布置

圖6　三通管路網(wǎng)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(cè)壓力較大，內(nèi)側(cè)壓力較低，同時(shí)都是在三通變徑接頭后產(chǎn)生低壓區(qū)，這是由于管路90°彎曲導(dǎo)致一定范圍流體分離所致，此部分低壓也遠(yuǎn)大于氣體從液壓油中溢出的壓力值，故均不會(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象?？傊?，優(yōu)化后方案和原管路損失相當(dāng)，氣蝕現(xiàn)象均不會(huì)發(fā)生。

圖7　原方案壓力云圖

圖8　優(yōu)化方案管路壓力云圖

另一方面，從管路的損失來(lái)看，優(yōu)化后管路損失0.81%，原方案管路損失0.85%，說(shuō)明兩種方案管路損失差別不大，優(yōu)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(yōu)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(yōu)化方案同原方案相比，在三通管處均急轉(zhuǎn)彎，產(chǎn)生流體分離，導(dǎo)致渦流，但優(yōu)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(jiàn)圖9-圖10.

圖9　原方案管路速度矢量圖

圖10　優(yōu)化方案管路速度矢量圖

4　結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)查閱文獻(xiàn)，深入研究PTU殼體回油導(dǎo)管踩踏問(wèn)題，PTU殼體回油導(dǎo)管優(yōu)化方案與原方案相比，結(jié)論如下：

（1）可以避免導(dǎo)管的踩踏問(wèn)題，避免了導(dǎo)管因踩踏導(dǎo)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(wú)氣蝕現(xiàn)象，優(yōu)化方案不影響管路的性能。

（4）優(yōu)化方案氣流分離范圍比原方案小，噪音偏小。

［1］王永熙.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第12冊(cè)飛行控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京:航空工業(yè)出版社，2003，544-583.

［2］王瑞金，張凱，王剛.Fluent技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:清華大學(xué)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(jī)機(jī)械系統(tǒng)環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。