直升机燃油箱安装方式设计缺陷及改进探讨

王小阳，金 华，戴礼军，张爱军

(1.总参陆航部驻景德镇地区军事代表室,江西 景德镇 333002;2.中国直升机设计研究所, 江西 景德镇 333002)



直升机燃油箱安装方式设计缺陷及改进探讨

王小阳1，金 华1，戴礼军2，张爱军1

(1.总参陆航部驻景德镇地区军事代表室,江西 景德镇 333002;2.中国直升机设计研究所, 江西 景德镇 333002)

直升机燃油箱的主要功能是贮存直升机任务剖面所需的燃油。分析了直升机燃油箱安装方式的设计缺陷，进行了改进研究，解决了油箱顶部局部塌陷、吊绳磨损、吊耳脱落及尼龙搭扣脱落等故障，进一步探讨了过盈量、防爆安全、火焰抑制、坠撞安全性和战场生存力等技术。

直升机；燃油箱；安装方式

0 引言

直升机燃油箱的主要功能是贮存直升机任务剖面所需的燃油，制造燃油箱的主要材料一般为金属、尼龙或耐油橡胶。根据直升机任务使命的不同，直升机燃油箱可制成防弹抗坠毁橡胶软油箱和普通橡胶软油箱(以下简称燃油箱)。

燃油箱需通过一定的固定方式安装到油箱舱中，利用机体结构支撑并维持燃油箱空间形状。燃油箱的支撑面必须使油液载荷不集中作用在无支撑的油箱表面[1]。

1 燃油箱安装方式设计缺陷

直升机燃油箱可采用尼龙搭扣与吊绳并用的方式安装(见图1)在油箱舱中。尼龙搭扣可承受较大的剪切力、较小的拉脱力，分别粘贴在燃油箱的外表面、油箱舱的侧壁和顶部；吊绳穿过硫化在燃油箱上的吊环、吊杆和胶粘在燃油箱舱上的吊耳，并在端头拉紧打结。

在顾客使用过程中陆续出现油箱顶部局部塌陷、吊绳磨损、吊耳脱落及尼龙搭扣脱落等故障现象。

图1 吊绳固定燃油箱

通过对燃油箱安装方式进行分析和故障件检查，得出故障原因主要有以下几点：

1.1 胶粘质量分散性较大

通过对燃油箱舱上脱落的吊耳(见图2)进行观察，发现吊耳粘接面有部分未粘接区域，主要原因是胶粘为特殊过程，不易检查粘接质量，且在粘接吊耳时，不易对吊耳表面加压，导致实际粘接质量不好，降低了吊耳的拉脱力，造成吊耳脱落现象。

图2 燃油箱舱脱落吊耳

1.2 油箱吊绳在油箱舱内的余量较多

吊绳未完全系紧，起不到良好固定油箱的作用。受油箱安装空间的限制，在油箱安装系紧吊绳时，安装人员需双手进入油箱壁与油箱舱壁之间进行系绳操作，吊绳系紧完成后吊绳在舱内留有较多余量。此外，由于在油箱系绳的端点处需系“8”字结，此结在系紧时的位置较难控制，导致吊绳终点处的“8”字结与油箱舱的吊点之间存在一定的间隙，增加了吊绳在油箱舱内的余量。

吊绳在油箱舱内的余量如果较多，在直升机飞行一段时间后，特别是直升机在进行大机动飞行后，油箱壁与油箱舱壁的尼龙搭扣脱开，吊绳的余量会移动到油箱壁先脱开的一侧(见图3)，油箱壁上B处的吊点会顺吊绳下滑至下一个油箱舱吊耳处，导致油箱壁内部出现鼓包现象。而在油箱的另一侧A处由于无吊绳余量，油箱壁和油箱舱壁的尼龙搭扣更不易脱开，油箱壁与油箱舱壁贴合情况较好。

图3 燃油箱侧壁吊绳安装示例

1.3 油箱上部的尼龙搭扣不利于油箱壁的自动复位

直升机在机动飞行过程中，由于油箱上部箱壁刚度较差，燃油液面晃动会带动油箱壁运动，使油箱上的尼龙搭扣与油箱壁的尼龙搭扣脱开，同时油箱壁相对油箱舱壁会存在一定的位移，受油箱吊点限制，在局部会造成油箱壁集中。当直升机的机动飞行完成后，油箱壁的尼龙搭扣与油箱舱壁的尼龙搭扣在非初始位置粘接，造成箱壁无法复位，油箱壁形成鼓包(见图4)。

图4 油箱壁上尼龙搭扣错位粘接形成鼓包

此外，油箱顶部的尼龙搭扣在直升机使用一段时间后，会出现脱落，由于加油过程中，油面不会到达油箱顶部，致使油箱顶部的尼龙搭扣脱落后就再也不可能重新粘接，起不到固定箱壁的作用。

1.4 顶部吊绳受力状况恶劣

从力的合成与分解分析得出：

F合=T绳

式中，F合为油箱顶部吊环或油箱壁顶部吊耳所承受的拉力；T绳为吊绳的张力；α为绳子在吊耳或吊环处的张紧角。理论上α应为180°，而为了满足拉紧油箱壁的部分重量，吊绳的张力需要趋向于无穷大，显然是达不到的。在F合一定的情况下，绳子拉得越紧，T绳增加得越大。在通常拉紧的意义下，有T绳≫F合，表明顶部吊绳受力状况恶劣。

2 燃油箱安装方式改进研究

针对油箱安装问题进行深入分析，在综合考虑工艺性和维护性的基础上，进行油箱安装的改进设计工作。

2.1 油箱顶部四周采用吊挂方式安装

在每个油箱舱顶部四周安装型材，再通过螺栓将型材固定在结构平台上，型材装有吊钩并与油箱上的吊环连接。在油箱往油箱舱内安装前，先将油箱顶部的吊环与型材上的吊钩连接固定，吊钩的设计可保证在安装完成后油箱吊环不会从中脱落。

2.2 油箱舱吊耳更改为机械式安装

对油箱舱侧壁的吊耳按结构实际情况分别采用在油箱舱壁预埋镶嵌件(见图5)和与结构共铆(见图6)的方式安装，受力情况改善，质量稳定，可以杜绝由于粘接质量问题导致吊耳脱落的故障。

图5 预埋镶嵌件方式安装吊耳 图6 铆接方式安装吊耳

2.3 取消油箱顶部、油箱侧壁上部的尼龙搭扣

由于油箱顶部的尼龙搭扣在直升机飞行一段时间后就会脱开，起不到固定油箱的作用，且由于油箱安装更改为顶部固定式吊挂安装，同时油箱顶部有通气口、供油管路输出口等接口与平台连接，可保证油箱顶部不会出现塌陷问题，因此油箱顶部的尼龙搭扣可以取消。由于油箱上部刚度较差，在直升机机动飞行时，油箱壁会出现相对位移，在直升机机动飞行完成后，油箱壁因自身的弹性和承受燃油压力，会自动回复到初始状态，若有尼龙搭扣，反而会阻碍油箱壁的自动复位，因此取消油箱壁上部的尼龙搭扣有利于油箱壁的自动复位。

2.4 油箱顶部吊环的优化设计

吊环截面改进设计成圆形，可以有效防止吊环对油箱吊点及吊绳的磨损。

3 燃油箱安装方式几点思考

通过对燃油箱实际安装的操作和工艺思考，有几点体会：

3.1 过盈量要控制适当

GJB 5196-2003《直升机防弹抗坠毁燃油箱通用规范》[2]中规定燃油箱与油箱舱的最大过盈量不大于6.35mm。为保证油箱内的燃油载荷由油箱舱结构承受，油箱在油箱舱内的安装需要有一定的过盈量，因此油箱在油箱舱内安装完成后，油箱壁会存在局部轻微鼓包现象。但要特别注意的是，稍微过大的过盈量将导致死褶的出现，进一步带来降低油箱寿命和减小装油量等不利因素。所以，在油箱研制过程中，需要不断地与油箱舱进行协调装配，通过多轮的反复优化，最终确定合理的过盈量。

3.2 防爆安全和火焰抑制技术

通过分离空气中的惰性气体氮气，实施无油空间受控惰化，并利用氮气增压油箱内的无油空间，一方面可以增加燃油液面的压力，提高直升机的高空工作能力，另一方面主要成分为氮气油气的混合气可以抑制着火和爆炸。

从燃油箱逸出的易燃油气可能被雷击点燃，在油箱的通气口处增加火焰抑制器，可阻止坠毁情况时可能的火焰向内传播，降低次生灾害，提高飞行员的生存率[3]。

3.3 坠撞安全性和战场生存力

在满足整机的坠毁要求时，充分利用燃油附件盘底部的吸能结构，保证吸能结构的薄弱环节优先吸收坠毁动能而损坏。其次，油箱的附件接口连接部位采用柔性变形补偿结构，保证油箱在油箱舱内发生位移时，能够补偿变形。

此外，通过降低燃油箱的抗弹击自密封时间，减少燃油泄漏带来的次生灾害，从而提高整机战场生存力。

4 结束语

直升机燃油箱安装方式，随机型空间结构限定以及油箱本体外形结构不同而异，并非一成不变，但要保证一定的工艺性，便于安装操作和日常维护，以及容纳一定的燃油量。随着技术的累积，防爆、坠撞安全性、高空适应性、空中加油能力等技术都应不断研究并应用，以满足直升机高原和生存力需求，对增加飞行员的安全信心和完成任务使命有很大的作用。

[1] 蒋新桐，主编.飞机设计手册 第19册:直升机设计[M].北京:航空工业出版社,2005.

[2] GJB 5196-2003,直升机防弹抗坠毁燃油箱通用规范[S].

[3] 罗伊·兰顿，等，著.飞机燃油系统[M].上海:上海交通大学出版社,2010.

Study on Design Defect and Improvement for Installation Method of Helicopter Fuel Tank

WANG Xiaoyang1, JIN Hua1, DAI Lijun2, ZHANG Aijun1

(1.Military Representative Office of the Army Aviation Department for the Headquarters of the PLAGeneral Staff in Jingdezhen Region, Jingdezhen 333002, China；
2.China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001, China)

The main function of fuel tank is storing the necessary fuel for helicopter accomplish mission. The design defect of helicopter fuel tank installation was analyzed in this article, and the improvement was studied to solve the following defect of fuel tank installation, the fall down on local tank top skin, the abrasion of ropes, the drop down of lifting lug and Velcro. The improvement of the magnitude of interference, the explosion safety, the fire control, the drop safety, and the survivability on battlefield were discussed.

helicopter；fuel tank；installation method

2015-03-21

王小阳(1973-)，男，甘肃礼县人，研究生，高级工程师，主要研究方向：直升机总体。

1673-1220(2015)02-035-03

V228.1+1

A