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(jì)問(wèn)題，基于密封機(jī)理及密封措施分析，提出了實(shí)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(duì)設(shè)計(jì)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(lèi)號(hào)： V228.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 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(guò)合理的密封設(shè)計(jì)利用翼盒結(jié)構(gòu)自身內(nèi)部空間存儲(chǔ)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(jì)保證，密封設(shè)計(jì)是否充分、合理直接決定油箱儲(chǔ)油功能是否完備。

整體油箱的密封設(shè)計(jì)存在一個(gè)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(jì)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(guò)度密封，否則引起不必要的增重，對(duì)飛機(jī)性能產(chǎn)生不利影響。

目前，國(guó)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(hào)上應(yīng)用，并通過(guò)大規(guī)模機(jī)隊(duì)的長(zhǎng)期服役證明了相關(guān)密封設(shè)計(jì)的有效性。此研究是事關(guān)飛機(jī)安全的基礎(chǔ)性研究，對(duì)國(guó)內(nèi)研制新的民用飛機(jī)型號(hào)具有現(xiàn)實(shí)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(chǔ)油油箱組成，如圖1所示。

整體油箱密封設(shè)計(jì)的任務(wù)即根據(jù)油箱邊界處結(jié)構(gòu)連接特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)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(lèi)型、釘孔配合類(lèi)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(kāi)敞性/通風(fēng)性等。

緊固件類(lèi)型指是否為自密封/非自密封緊固件。常見(jiàn)的自密封緊固件有實(shí)心鉚釘（包括無(wú)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(duì)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(dòng)鉆鉚的無(wú)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(duì)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(gè)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(lèi)型決定）和螺母段3個(gè)滲漏細(xì)節(jié)構(gòu)成。為防止路徑2的滲漏，須對(duì)此3個(gè)滲漏細(xì)節(jié)同時(shí)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(duì)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(lèi)，前者在載荷作用下連接處貼合面存在分離趨勢(shì)或者貼合面邊緣存在“開(kāi)裂”趨勢(shì)，結(jié)構(gòu)變形較大，容易破壞密封[1]，因此，需要實(shí)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(shì)或者貼合面邊緣“開(kāi)裂”趨勢(shì)不明顯，可單獨(dú)實(shí)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(chǎng)景。

由表2可知，螺接類(lèi)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(jì)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(lèi)因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）油箱密封需針對(duì)貼合面泄漏路徑和緊固件泄漏路徑兩類(lèi)泄漏路徑同時(shí)實(shí)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(jì)1道密封措施。

【參考文獻(xiàn)】

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