机载储液罐固定卡带强度分析

王红州

摘 要：文章建立了卧式储液罐固定卡带受力模型，分析了典型使用状态下卡带受力情况，为储液罐卡带强度设计提供了方法参考。

关键词：储液罐；卡带；强度分析

1 引言

飞机在飞行试验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。卧式储液罐通过卡带固定在安装结构上，是一种结构简单、拆装方便的储液装置。卡带连接结构是储液罐连接装置强度设计的主要环节。不同使用情况下，卡带强度设计具有不同的设计过载系数。文章根据特定使用状态的过载系数作为强度设计指标，简化卡带受力情况，建立受力分析模型，对卡带及其连接螺栓强度进行分析，保证卡带设计能够满足使用要求。

2 使用过载及其它数据

（1）飞机飞行滚转角度范围±40°和±90°。

（2）飞机飞行俯仰角范围±30°。

（3）飞机纵向、侧向过载1g。

（4）飞机法向过载-1～2.5g。

（5）过载安全系数1.5。

（6）橡胶与铝合金摩擦系数0.25。

3 储液罐安装结构

储液罐为筒形卧式结构，由两条卡带固定在安装架上。安装架圆弧底座与罐体间加橡胶垫，减震的同时增加摩擦力。卡带由两段组成，每段通过螺栓固定在安装架弧形底座两端，两段间通过螺栓连接。储液罐安装结构如图1所示。

（a）正视图 （b）侧视图

图1 储液罐安装结构

4 储液罐卡带及连接螺栓受力情况分析

由于飞机在滚转时储液罐卡带受力明显大于在俯仰时受力值，所以将飞机滚转时储液罐卡带受力值作为校核卡带强度的标准值。将固定储液罐的两侧卡带预紧力设为相同值；将卡带与储液罐连接产生的预紧力以法向力处理。

4.1 飞机滚转40°，法向承受-1g过载，侧向承受1g过载时储液罐受力

由图2可得以下公式：

（1）

（2）

（3）

式中：f1、f2-储液罐的两侧卡带最小预紧力，N；N1、N2-储液罐支架对储液罐支撑力，N；f摩-摩擦力，N；G=300kg（290kg配重液重量、10kg储液罐重量），D为储液罐重量，kg；GV-法向过载重量；GH-侧向过载；？兹=40°，滚转角度；K=0.25，儲液罐与固定橡胶摩擦系数；S=1.5，安全系数。

由公式（1）、（2）、（3）得f1=f2=1250N

4.2 飞机滚转90°，侧向承受1g过载时储液罐受力

由图3可得以下公式：

由上述公式可得：

（4）

（5）

（6）

由公式（4）、（5）、（6）得f1=f2=3675N

4.3 分析结果

当飞机滚转90°、侧向承受1g过载时储液罐卡带需设置预紧拉力最大为3675N。此时，卡带受拉应力为81MPa。卡带所用材料为1Cr18Ni9Ti，许用应力≥520MPa，满足使用要求；M6连接螺栓所受拉应力130MPa，螺栓所用材料为45#钢，许用应力≥550MPa，可以满足使用要求；M6连接螺栓所受剪应力65MPa，螺栓所用材料为45#钢，许用应力≥550MPa，可以满足使用要求。

图3 储液罐滚转90°时受力图

5 结束语

卡带固定是卧式储液罐最常用的固定方式。本文通过简化储液罐受力形式，建立了典型飞机飞行状态下储液罐受力模型，对固定卡带受力进行分析，计算方法简单有效，能够保证卡带强度满足使用要求。