飞机液压系统球面框管路安装设计研究

刘超

摘 要：本文对飞机液压系统球面框管路安装设计进行研究，阐述飞机液压系统管路穿框设计及管路连接设计的若干设计方案，从安装布置、密封、对结构强度影响、重量、制造、维修和成本等方面，论述了各设计方案存在的优缺点，为今后飞机液压系统管路在球面框位置的设计提供参考扩展思路，使球面框位置的液压系统管路安装设计更加安全、可靠与便捷。

关键词：液压系统 球面框 穿框

中图分类号：TH13 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（c）-0006-02

1 概述

目前，民用飞机通常采用两套或两套以上的液压系统，为飞控系统、起落架系统等用户提供液压动力源[1]，以提高飞机的安全性，每套液压系统独立运行、互为冗余。液压系统成品件一般集中安装在中机身整流罩及后机身液压舱内，这样无论是从整流罩内液压系统通向飞机尾翼飞控作动器，还是从后机身液压舱到机翼相关作动器等用户，液压系统管路通常需要穿过球面框。液压系统管路在球面框安装设计工作一般包括管路穿框设计和管路连接设计，除满足液压系统自身安装要求外，还需考虑球面框的强度、密封和变形等因素，这给液压系统管路安装设计带来了一定难度，本文对飞机液压系统球面框管路穿框和管路连接方案设计进行研究。

2 液压系统球面框管路穿框设计

民用飞机球面框位置的液压系统管路布置通道，通常靠近球面框下部，且低于地板梁[2]，以便液压系统管路在飞机地板下敷设安装。液压系统管路在球面框位置通常采用穿框接头进行穿框设计，根据管路穿框接头安装形式，液压系统球面框管路穿框设计方案大概分为直接穿框、航向穿框和垂直于球皮穿框三种方案。

2.1 直接穿框方案

该方案液压管路使用穿框接头直接在球面框球皮上进行穿框设计，球面框球皮结构为液压系统管路接头设计安装孔，保证穿框接头安装。穿框接头安装方式如图1所示，穿框接头法兰位于增压侧，通过平垫圈和螺母安装在球皮上，为使接头穿框位置的气密性达到要求，此处密封按贴合面密封进行处理，以保证球皮的密封性。

该方案优点：

（1）穿框位置可灵活选择，管路安装空间大，操作方便。

（2）球面框球皮开孔小，对球皮的强度性能影响较小。

（3）结构件形式简单，便于制造，成本较低。

该方案缺点：

（1）穿框接头在球皮上的配合形式为平面贴合到曲面上，密封工艺较复杂，更适用于球皮曲率较小的机型。

（2）可靠性相对较低，由于飞机在飞行过程中，蒙皮两侧的压差会发生变化，球皮也会发生一定变形，频繁的变形会增大穿框接头密封故障几率。

2.2 航向穿框方案

该方案为液压系统管路沿航向布置，在球面框上需设计竖直分离面，为液压系统管路穿框接头提供安装支持面。分离面结构件可设计为向前凸也可设计为向后凸，同时应考虑凹槽内，预留接头安装时工具操作的必要空间，即分离面设计应足够的大，如图2所示。

航向穿框接头安装方式与直接穿框方案除密封形式不同外，其他安装形式相同，其密封采用填角密封，保证接头穿框开孔的密封性。

该方案优点：

（1）液压系统管路可不分段，直接安装到球皮分离面零件上，管路装配简单。

（2）管路接头少，降低了管路泄露风险。

（3）穿框接头安装在平面上，密封工艺相对简单且密封性好。

该方案缺点：

（1）液压系统管路布置位置较为局限，通常地板梁下部管线较多，地板梁与球皮间距较小，液压系统管路应与其他系统保持一定的隔离距离，液压系统管路布置位置可调空间较小。

（2）球皮上管路分離面位置距球皮边缘相对较近，特别是支线飞机等较小型飞机上，边距会更近，同时球皮在该位置需为液压管路设计较大的开孔，球皮的强度性能相对较差。

（3）球皮上分离面零件制造较为困难，零件变形对材料要求较高。

2.3 垂直于球皮穿框方案

同航向穿框方案类似，将液压系统管路穿框方向设计成与球皮表面垂直，分离面零件接头安装支持面应使用接头方向设计并足够大，以满足接头安装与维修空间。该方案接头安装形式同直接穿框方案，密封形式采用填角密封，保证穿框开孔处密封性。

该方案优点：

（1）液压管路穿框位置更为灵活，不受地板梁高度限制，可规避球皮的疲劳敏感区域。

（2）球皮开口较航向穿框方案小，对球皮结构强度性能影响较小。

（3）穿框接头安装在平面上，密封工艺相对简单且密封性好。

（4）分离面零件容易成型，降低了制造难度和成本。

该方案缺点：

增加管路分段，因分离面方向非航向，所以液压系统管路走向布置需要适配分离面，这样与中后机身对接的液压管路需要增加管路分段及管路对接接头数量。

3 液压系统球面框管路连接设计

飞机球面框前部为增压区，后部为非增压区，为保证机上人员乘坐安全性和舒适性，飞机在飞行过程中增压区会进行压力调节，球面框前后的压差会发生变化，球面框球皮结构则会发生一定的变形。这对在球面框上穿框的液压管路带来不利影响，因此在液压系统球面框管路安装设计时，需考虑球皮变形因素。消除球面框球皮变形对液压系统管路的危害，通常采用软管或硬管增加管弯[3]两种连接方案解决。

（1）软管连接方案。

通过软管将中后机身液压系统管路与球面框上穿框接头连接，利用软管消除球面框球皮的变形量。

该方案优点：软管对球皮变形吸收较好，安全性更好，而且便于安装。

该方案缺点：软管重量大、成本高，同时软管两侧均为螺接，相当于在飞机地板下增加了液压系统管路泄漏的几率，一旦发生泄漏，维修较为困难。

（2）硬管连接方案。

中后机身液压系统管路可直接使用硬管连接至球面框穿框接头上，并在球面框附件适当增加管弯，用于吸收球面框球皮带来的变形。

该方案优点：管路重量较软管轻，成本低。

该方案缺点：硬管承受变形量较小，频繁变形对管路寿命存在不利影响。

4 结语

本文从管路穿框和管路连接两个方面，对液压系统球面框管路安装设计进行研究与讨论，其中提及的设计方案各有利弊，飞机设计时应根据实际情况，从中选择适合机型的设计方案，使飞机各项性能最大化。同时本文的研究内容也可推广至飞机其它系统球面框位置管路设计，具有一定的参考价值。

参考文献

[1] 李艳军.飞机液压传动与控制[M].北京：科学出版社，2009.

[2] 《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册5民用飞机总体设计[S].2005.

[3] SAE ARP 4752 Aerospace-Design and Installation of Commercial Transport Aircraft Hydraulic Systems[S].