机载储液罐研制方法研究

2014-11-22王红州张峰

机械工程师 2014年3期

王红州，张峰

（中国飞行试验研究院，西安 710089）

0 引言

飞机在飞行试验和使用过程中需要大量液体介质满足不同的功能需求，如通过调节液体在机身前后分布实现飞机重心调节、作为喷水试验机储水源、作为液体冷却源等。飞机常用的储液形式包括橡胶油箱、整体油箱等。橡胶软油箱存在着制造工序繁琐、复杂，成本高，使用寿命短，重量代价大等缺陷，不适宜作为机舱内储液使用。目前，国军标、航标没有机载储液容器相关研制标准，储液罐设计和研制没有依据可循。本文以整体金属焊接储液罐作为研究对象，对结构形式、设计方法、试验等环节进行了总结，为机载储液罐研制提供方法参考。

1 储液罐的构成

储液罐主体由罐体、安装支腿组成，为了满足储、输液系统功能要求，在罐体上设置进液口、出液口、通气口、排液口、液位传感器接口等。图1（a）为运输机机载储液罐结构示意图。储液罐通过安装支腿上的安装孔固定在运输机货舱安装结构上，根据使用需要可以进行侧向辅助固定，增加储液罐使用强度。

图1 常见储液罐

2 储液罐研制内容

储液罐主要功能是为专用系统提供所需的液体源，其设计的基本要求是在充分考虑机舱内安装结构（通常为机舱地板）承载能力、安装空间、安装形式和日常维护的前提下，合理制定储液罐的额定储液量，对储液罐进行总体设计。另外，为满足系统功能要求，储液罐还要设计不同的功能接口。

2.1 额定储液量设计

储液罐储液量的设计取决于飞机上安装结构的承载能力。对于客机而言，机舱地板主要用于布置乘用座椅，单位面积载荷满足载客要求即可，地板单位面积承载量较小。客机上储液罐设计一般采用小容量，多个储液罐分布式布置，重量不超过允许载荷。对于货机尤其是大型运输机，由于地板设计往往考虑装载车辆、集装箱等大重量设备，地板设计强度大，地板局部承载能力很强。货机上储液罐可以增大储液罐容量，减少储液罐数量，便于安装、维护。

2.2 储液罐结构形式

储液罐分为立式和卧式两种，通常按密闭容器规范进行设计。卧式储液罐罐体与安装结构采用分离方式，两者间通过卡带连接。立式储液罐罐体底部设置安装支腿，通过支腿上连接孔与飞机结构连接。根据立式储液罐高度，在储液罐中部位置设置侧向连接结构，增强罐体使用强度。立式和卧式储液罐如图1 所示。

不同的放置形式对于使用各有优缺点。卧式储液罐重心低，可以通过卡带进行固定，罐体强度和固定结构容易得到保证。卧式安装对罐体刚度要求较高，一般适用于直径相对较小的储液罐。但是，卧式储液罐在飞行过程中液体晃动对储液罐重心影响相对较大。立式储液罐重心高，需要通过增加罐体厚度、增加加强筋等形式保证强度，因此存在重量增加、工艺复杂等一系列缺点。但是立式储液罐液体晃动对重心影响相对较小，可以用于调节飞机重心。

2.3 储液罐材料的选择

储液罐一般可选择铝合金结构、不锈钢结构或钢结构。储液罐所选用的材料除满足强度要求外，还应适应载机的工作环境，能够耐受由于燃油、盐雾、潮湿以及各种环境条件下引起的腐蚀，能承受运输、储存和正常使用寿命期内发生的磨损，并且满足重量要求。本文所研究的储液罐，由于载机无严格的重量要求，在确保强度满足使用要求的前提下，选用了1Cr18Ni9Ti 不锈钢材料，储液罐在较大变形下也能保证其密封性。

2.4 储液罐接口

储液罐通常设置进液口、出液口、通气口、排液口、液位传感器接口、液位计接口，使储液罐除了具备液体输入、输出功能外，还能够通过连接传感器监控储液罐内压力、温度、液位等信息。此外，通过对通气接头封闭或打开，储液罐也可以作为密闭容器和常压容器使用。

2.5 储液罐强度设计

GJB 67.3-85 对飞机油箱强度设计要求严格，要求在飞机事故中保证密封性，避免燃油泄漏引起爆炸。机载储液罐通常用于存储水、防冻液等液体，不用于存放燃油，因此强度设计可以按固定设备考虑。

储液罐强度设计根据具体使用情况按两种标准设计：（1）在飞机失事过程中可能导致人员伤亡或阻塞失事飞机出口的构件装置应按飞机设计过载系数进行设计，或按GJB 67.3-85 标准进行设计，即纵向过载：向前9.0，向后1.5；侧向过载：1.5；法向过载：向下4.5，向上2.0。（2）在飞机失事过程中不会导致人员伤亡或阻塞失事飞机出口的构件装置应按飞机设计过载系数进行设计，或按GJB 67.3-85 标准进行设计，即纵向过载：向前3.0，向后1.5；侧向过载：1.5；法向过载：向下4.5，向上2.0。

储液罐强度设计过程中，需根据设计载荷对不同工况下储液罐受力进行分析，保证结构形式满足使用强度要求。储液罐生产完成后进行静力试验，确保储液罐强度满足设计要求。