闭式变液面液压油箱吸油的设计与研究

杨超　金晓宏

摘 要：在飞行器进行姿态调整的过程中，液压油箱也随之转动，液面发生变化。若使用固定吸油口的形式吸油，容易发生吸空，对元件和设备的性能产生很大影响，甚至发生事故。为解决吸空问题，提出了一种淹没式吸油口的方法，即利用“水平面”的特点，浮球和柔性吸油管相结合的方式吸油。并对该方法进行了可靠性的研究，对比了单吸油口和双油吸口的油管受力。研究发现双吸油口吸油方式更加稳定有效。该方法的提出将对变液面液压油箱吸油提供了参考作用。

关键词：姿态调整 转动油箱 油口吸油 吸空

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0005-03

Abstract：In the process of aircraft for attitude control， hydraulic fuel tank also rotates and liquid level change.If used fixed oil suction mouth in the form of oil absorption，easy to suction air，to produce a great impact on the performance of components and devices，and even lead to accidents.In order to solve the problem of suction air，it presents a method of submerged type oil suction mouth，use the advantage of the characteristics of "a horizontal plane of water"，floating ball and flexible tubing combination of oil absorption. And has carried on the reliability on this method，compared the single oil suction mouth and double oil suction pipe stress.It found that the double suction mouth way of oil absorption is more stable and effectively.The method is put forward to change liquid level hydraulic tank of oil absorption provides a reference.

Key Words：Attitude control；Fuel tank rotate；Oil absorption；Suction air

随着液压技术在飞行器上的应用和迅猛发展，对液压系统的可靠性提出了更高要求。液压油箱的主要作用是储存液压系统所需的油液，并有散热和分离液压油中的空气，沉淀油液中杂质等作用[1]。飞行器液压系统为了提高抗污染能力并保证泵具有良好的吸油能力，其油箱一般采用闭式系统[2]。飞行器在飞行过程中，其姿态的变化，包括转动和加速移动，必将引起液压油箱的转动[3]。闭式转动液压油箱的吸油可靠性成为至关重要的问题。其方法也不尽相同，各有利弊。设计提出一种浮球的新式方法，利用“水平”的概念，水平线以上为空气，水平线以下为液体。不管油箱怎样随飞机器转动或加速飞行，只要保证吸油口时刻留在水平线以下，即可吸入油液，避免吸入空气，能够解决常发生的吸空问题，并对其进行了理论研究和对比分析。

1 模型建立

国内生产的油箱多采用矩形，它既便于制造，又能充分利用空间，并且箱上易于安装液压元件，油箱内压力可达0.05 MP[4]。

建立一个长方体液压油箱，油箱长为A，宽为B，高为C。外部油管伸入油箱内部，与油箱内部柔性软管相连。软性软管的另一端与浮球相连。吸油孔口为圆孔，距离浮球端较近。浮球形状如同白纸灯泡，大端为空心，小端为实心。且实心段如同瓶塞，塞入软管，延伸并与吸油孔口平齐。浮球始终浮在液面上，其重心始终偏向浮球的小端，保证了浮球小端实心体没入油中。并且在小端柔性管的约束作用和油液的波动作用下，浮球大端没入油中时重心极度不稳定，进一步保证浮球小端实心体没入油中。模型处于水平吸油状态时，液面高度h，吸油孔口与液面的距离为s，主投影如图1所示，并建立空间直角坐标系O-XYZ，XOZ平面为水平面。

因为飞行器在飞行过程中姿态调整时，只有绕X轴或Z轴旋转时，才会发生液面变化，绕Y轴旋转时，不会发生液面变化。为简化分析与设计，将油箱外部油管安装在XOZ平面长方形的形心，如图2所示。因此，不论是绕X轴旋转，还是绕Z轴旋转，因吸油原理相同，故只需对油箱绕Z轴旋转进行分析。当油箱绕Z轴转动θ角度时，浮球仍然浮在液面上，而吸油孔口依然淹没在液面以下，油箱状态如图3所示，建立新的坐标系，OXYZ。

当飞行器加速平移时，由于油液的惯性，液面会发生倾斜，而浮球的位置还未来得及变化。此时液面的变化将会影响吸油孔口工作，如图4所示，t时间前后，由于惯性，液面发生变化的示意图。

2 理论分析

如图3所示，对油箱绕Z轴旋转进行分析，转动时液面相对油箱X、Y的位置角θ发生变化，但相对空间X、Y的位置角θ不变。同时浮球总是浮在液面上，随着液面一起变化，所以油箱转动不影响吸油孔口的正常吸油。

如图4所示，对油箱在随着飞行器等加速移动时，液面由于惯性，相对空间X、Y的位置角θ发生变化。在解决吸油口吸空问题时，只需要保证油箱在加速度a下，t时间内吸油孔口仍然处于油液当中。假设液压油箱吸油与回油流量Q相同，那么液压油箱内液体体积不变，并且闭式油箱油液体积一般为总容积的，即取h=C。在液面相对油箱变化时，设油液表面与油箱的切线长为L，转角为θ；加速t之后为L，θ。t时间内，两液面变化最大距离为。

在t时间前后，液面由切线L、L'的平行线和θ=θ-θ构成的直角三角形，如图5所示。

由此可见：单油口吸油时，软管受X方向力作用，浮球与软管会在液面上不停地移动，是不会产生撞击和振动，不利于液压系统正常工作；而双孔口吸油X方向上力相互抵消，能有效解决撞击和振动问题。Y方向上，浮球和柔管在两种方式下的受力相同。

4 结语

该研究提出了一种新式变液面吸油的方法，采用了浮球和淹没式油口的结构，并对其进行了理论分析研究，不仅有效解决了吸空问题，而且还对比研究了单、双油口的稳定性。研究表明双油口能有效避免单油口出现的撞击和振动。

参考文献

[1] 李玉琳.液压元件与系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1991.

[2] 黄佑.关于液压油箱增压系统的分析及排故方法的研究[C]//中国航空学会液压气动专业2001年学术讨论会议文集.中国航空学会，2001.

[3] 王纪森，严江.飞机燃油油箱转动试验台的设计[J].液压与气动，2012（1）：35-38.

[4] 王绪桥.浅议移动工程机械开式液压油箱研发[J].液压气动与密封，2014（1）：58-61.

[5] 金晓宏，李远慧.流体力学（英语教学版）[M].北京：中国电力出版社，2011.