楊正東孫忠志

（1.中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所，北京　100028；2. 沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，遼寧　沈陽　110035）

燃油系統(tǒng)導(dǎo)管連接快卸卡箍條帶應(yīng)力分析

楊正東1孫忠志2

（1.中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所，北京100028；2. 沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，遼寧沈陽110035）

針對(duì)飛機(jī)在外場(chǎng)使用過程中燃油系統(tǒng)導(dǎo)管連接快卸卡箍條帶發(fā)生斷裂導(dǎo)致安全事故的問題，對(duì)卡箍條帶在不同工況下不同位置的應(yīng)力分布進(jìn)行對(duì)比分析和研究，為后續(xù)卡箍產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)條帶的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)提供參考依據(jù)。

燃油系統(tǒng)；導(dǎo)管連接；卡箍；條帶應(yīng)力

［DOI編碼］ 10.13237/j.cnki.asq.2016.04.006

導(dǎo)管連接快卸卡箍是管路系統(tǒng)不可缺少的標(biāo)準(zhǔn)件，對(duì)飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和武器裝備中的管路連接起著重要作用。比較典型是HB 6521-2012《導(dǎo)管連接快卸卡箍》中的結(jié)構(gòu)（如圖1所示），主要由卡箍組件、導(dǎo)管接頭、帶膠圈孔的導(dǎo)管接頭和密封圈組成［1］。此類卡箍具有較好的密封性和對(duì)中性，且抗熱沖擊、抗高溫變形、抗各種沖擊載荷和振動(dòng)性能在同類產(chǎn)品中也有較大的優(yōu)勢(shì)，安裝和維修方便，穩(wěn)定性好，是目前應(yīng)用最為廣泛的剛性管路連接形式。若其失效，會(huì)影響飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)及附件系統(tǒng)的工作性能、使用壽命和飛行安全［2］。

圖1　HB 6521-2012導(dǎo)管連接快卸卡箍結(jié)構(gòu)

近些年，某型飛機(jī)的外場(chǎng)使用過程中，發(fā)生卡箍條帶斷裂失效現(xiàn)象［3］，條帶的斷裂將會(huì)引起導(dǎo)管連接的失效，造成燃油泄漏，嚴(yán)重影響飛機(jī)的安全。因此，本研究將針對(duì)卡箍在不同工況下的條帶的應(yīng)力分布進(jìn)行試驗(yàn)與分析研究，為后續(xù)卡箍產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)修訂過程中條帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1　卡箍條帶的應(yīng)力測(cè)試

1.1應(yīng)變片位置

為了研究卡箍在不同工況下條帶的應(yīng)力分布，分別在條帶的9個(gè)位置粘貼應(yīng)變片，如圖2所示。

圖2　應(yīng)變片粘貼位置示意圖

1.2測(cè)試過程

卡箍條帶的應(yīng)力測(cè)試過程如下：

1）將卡箍組件、導(dǎo)管接頭、膠圈和帶膠圈的導(dǎo)管接頭按圖2所示狀態(tài)連接；

2）對(duì)卡箍組件施加不同大小的擰緊力矩（力矩從小到大施加），如圖3所示。用動(dòng)態(tài)測(cè)試應(yīng)變儀測(cè)量9個(gè)不同位置的條帶應(yīng)變值；

3）研究在螺栓組件和卡擋接觸面處涂樹脂和不涂樹兩種情況下，測(cè)量導(dǎo)管接頭上涂潤(rùn)滑脂和不涂潤(rùn)滑脂時(shí)條帶不同位置的應(yīng)變；

4）根據(jù)測(cè)得的應(yīng)變值和條帶材料的彈性模量，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值。

圖3　應(yīng)力測(cè)試過程施加擰緊力矩

2　應(yīng)力分析

2.1擰緊力矩的影響

在不涂潤(rùn)滑脂和樹脂的情況下，對(duì)卡箍施加不同大小的擰緊力矩，條帶不同位置的應(yīng)力水平如曲線圖4所示。

圖4　不同擰緊力矩下卡箍條帶的應(yīng)力

從圖4曲線中可以看出，卡箍條帶位置3的應(yīng)力較大，比較容易發(fā)生疲勞斷裂，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱表處理時(shí)，應(yīng)著重保證該位置的強(qiáng)度和可靠性，防止斷裂失效。此外，隨著擰緊力矩的增大，不同位置的應(yīng)力值均有增大的趨勢(shì)。在實(shí)際使用中，應(yīng)在保證能滿足導(dǎo)管連接密封性的前提下選擇盡可能小的擰緊力矩，從而提高抗動(dòng)態(tài)疲勞失效的性能。

2.2卡箍接頭處涂潤(rùn)滑脂的影響

在導(dǎo)管接頭和帶膠圈的導(dǎo)管接頭上涂潤(rùn)滑脂，對(duì)卡箍施加不同大小的擰緊力矩，條帶不同位置的應(yīng)力水平如曲線圖5所示。

圖5　不同擰緊力矩下卡箍條帶的應(yīng)力

將圖5和圖4的曲線進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)管接頭上涂潤(rùn)滑脂后，相同力矩下，條帶不同位置的應(yīng)力普遍有降低的趨勢(shì)，由此推斷，潤(rùn)滑脂可以減小接頭與卡箍之間摩擦阻力，改善條帶應(yīng)力。

2.3卡擋處涂樹脂的影響

在螺栓裝配件（13HB 6521-2012）和卡擋（11HB 6521-2012）接觸面處處涂約2mm厚的樹脂（J-168膠粘劑混點(diǎn)短切纖維或石英砂），如圖6所示。并測(cè)量導(dǎo)管接頭和帶膠圈的導(dǎo)管接頭上不涂潤(rùn)滑脂時(shí)不同擰緊力矩下不同位置的應(yīng)變，結(jié)果如曲線圖7所示。

圖6　卡擋處涂樹脂的部位

圖7　不同擰緊力矩下卡箍條帶的應(yīng)力

理論上，在螺栓組件和卡擋接觸面處涂樹脂將減小二者的摩擦，有利于T型螺栓沿著卡擋下移，同樣擰緊力矩下，卡塊間隙比不涂樹脂時(shí)小，即能更緊地箍住接頭，因此應(yīng)力會(huì)有一定趨勢(shì)的增加。將圖7曲線和圖4曲線進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)曲線數(shù)據(jù)的趨勢(shì)與理論較相符。也就是說，在卡箍實(shí)際使用過程中，在螺栓組件和卡擋接觸面處涂樹脂后，用較小的擰緊力矩即可實(shí)現(xiàn)接頭的箍緊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管連接的密封。

3　結(jié)束語

燃油系統(tǒng)卡箍連接的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)飛機(jī)的安全和壽命至關(guān)重要，而條帶疲勞斷裂又是典型的失效方式。因此，在后續(xù)工作中建議從以下幾個(gè)方面改善卡箍條帶的應(yīng)力情況，保證連接穩(wěn)定性和密封性。

● 進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化部分零件尤其是條帶的結(jié)構(gòu)和尺寸；

● 采用各項(xiàng)力學(xué)性能更好的條帶材料；

● 改進(jìn)熱處理和表面處理等工藝，提高條帶抗應(yīng)力和變形的性能。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，航空新研型號(hào)及發(fā)動(dòng)機(jī)等對(duì)導(dǎo)管連接快卸卡箍性能的要求也愈發(fā)苛刻。因此，導(dǎo)管連接快卸卡箍產(chǎn)品的質(zhì)量和性能水平將成為一個(gè)突出的矛盾，盡管國(guó)內(nèi)某些導(dǎo)管連接快卸卡箍的結(jié)構(gòu)形式與國(guó)外先進(jìn)的同類型卡箍一致，可以在小范圍內(nèi)進(jìn)行替代，但從整體上，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量和性能仍無法全面滿足航空武器型號(hào)的需求，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)航空燃油系統(tǒng)導(dǎo)管連接快卸卡箍的科研開發(fā)和質(zhì)量監(jiān)督，在借鑒國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，改善條帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝，更進(jìn)一步提高卡箍連接的強(qiáng)度和密封性，進(jìn)而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，不斷提高國(guó)內(nèi)導(dǎo)管連接快卸卡箍的質(zhì)量和技術(shù)水平，完善相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

［1］HB 6521-2012 導(dǎo)管連接快卸載卡箍［S］.

［2］朱紹荷. 鋁合金柔性導(dǎo)管連接卡箍簡(jiǎn)介［J］.航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2004（03）.

［3］陳永宜，韓祥信，王紅英等.快卸卡箍斷裂分析［J］.材料工程，1992年（6）.

（編輯：勞邊）

V228；V229

C

1003-6660（2016）04-0021-03

2016-05-04