民用飞机整体油箱密封设计

方尚庆

【摘 要】本文研究了民用飞机机翼整体油箱密封设计问题，基于密封机理及密封措施分析，提出了实现整体油箱密封功能應具备的最低密封要求。本研究对设计飞行器整体油箱密封具有借鉴意义。

【关键词】油箱； 密封；渗漏

中图分类号： V228.1 文献标识码：A 文章编号： 2095-2457（2018）16-0243-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.112

0 前言

现代民用飞机机翼油箱通常采用整体油箱结构形式，通过合理的密封设计利用翼盒结构自身内部空间存储燃油，是一种高效的油箱形式。因此，整体油箱的结构完整性由密封设计保证，密封设计是否充分、合理直接决定油箱储油功能是否完备。

整体油箱的密封设计存在一个技术矛盾：一方面，密封措施必须充分，以保证燃油及其蒸汽在设计要求的概率下不发生渗漏；另一方面，密封措施必须合理，不可过度密封，否则引起不必要的增重，对飞机性能产生不利影响。

目前，国外大型民机制造商均已完成了相关密封研究，并早已在其系列民用飞机型号上应用，并通过大规模机队的长期服役证明了相关密封设计的有效性。此研究是事关飞机安全的基础性研究，对国内研制新的民用飞机型号具有现实意义。

1 机翼整体油箱

大型民用飞机机翼油箱一般由中油箱和外翼油箱两部分储油油箱组成，如图1所示。

整体油箱密封设计的任务即根据油箱边界处结构连接特点，通过设计合理的密封措施，保证在既定的服役周期内燃油液体和蒸气不发生泄漏。

2 密封机理

2.1 一般准则

a）机翼整体油箱密封措施的采用取决于：

（1）紧固件技术：指采用的紧固件类型、钉孔配合类型等。

（2）密封结构位置：包括结构受载情况（低受载区域和高受载区域）、是否穿透油箱边界、结构开敞性/通风性等。

紧固件类型指是否为自密封/非自密封紧固件。常见的自密封紧固件有实心铆钉（包括无头铆钉）、环槽铆钉、配自密封自锁螺母的高锁螺栓、密封托板螺母等。

b）油箱边界结构密封

（1）低受载区域的连接可采用填角密封或贴合面密封；

（2）高受载区域的连接进行贴合面密封，且按需用进行填角密封；

（3）对穿透油箱边界蒙皮的紧固件，若为间隙配合则进行湿安装，若为干涉配合则在埋头端的钉头下表面涂抹密封胶；安装后，非自密封螺母或钢螺母需进行封包；

机翼翼盒典型的高受载区域如表1所示。

2.2 渗漏通道模型

主流大型民用飞机机翼整体油箱在穿透油箱边界的结构连接上大量应用了环槽铆钉、自动钻铆的无头铆钉、高锁螺栓（配自密封自锁螺母）以及密封托板螺母等有利于密封的紧固件。

对于需配螺母或钉套等锁紧装置的紧固件，需要密封胶辅助密封，建立穿透油箱边界的渗漏通道模型，如图2所示。

显然，存在2个泄漏通道：

（1）装配贴合面产生的泄漏路径1，可以采用贴合面密封封堵；

（2）紧固件自身的泄漏路径2，由钉头段、钉杆段（由与钉孔配合类型决定）和螺母段3个渗漏细节构成。为防止路径2的渗漏，须对此3个渗漏细节同时封堵。

3 密封措施

目前主要采用的密封工艺措施有贴合面密封、填角密封、填缝密封、紧固件湿安装、紧固件封包等。基于泄漏通道模型，对目前主流大型民用飞机机翼油箱相关泄漏路径封堵措施进行了研究。

3.1 贴合面泄漏路径1

按连接处载荷大小可分为高受载区和低受载区域两类，前者在载荷作用下连接处贴合面存在分离趋势或者贴合面边缘存在“开裂”趋势，结构变形较大，容易破坏密封[1]，因此，需要实施贴合面密封保证此泄露路径的密封性，并辅以填角密封；而低受载区域连接处贴合面的分离趋势或者贴合面边缘“开裂”趋势不明显，可单独实施填角密封即可保证密封性。

3.2 紧固件泄漏路径2

油箱边界螺接结构的封堵措施如表2所示，分析了制造和结构修理两种应用场景。

由表2可知，螺接类结构采用的最小密封措施道数n为：钉头段n=1，钉杆段n=1，螺母段n=1（螺母与螺纹之间）+1（螺母与结构之间）。紧固件泄漏路径的密封至少保证钉头、钉杆、螺母/钉套段分别设计1道密封措施。

4 结论

（1）机翼整体油箱结构密封措施须综合考虑紧固件技术以及密封结构位置两类因素进行设计。

（2）油箱密封需针对贴合面泄漏路径和紧固件泄漏路径两类泄漏路径同时实施密封，紧固件泄漏路径需保证钉头、钉杆、螺母/钉套段至少分别设计1道密封措施。

【参考文献】

[1]王宝忠，等.飞机设计手册第10册[M].北京：航空工业出版社，2000：600-601.