某型军用飞机外挂副油箱安定面的改进设计探讨

陶伟龙

（湖北三环汉阳特种汽车有限公司，湖北 武汉 430000）

1 军用飞机外挂燃油副油箱介绍

1.1 副油箱结构

副油箱用防锈铝材料作为受力蒙皮，由前段蒙皮、中段蒙皮、后段蒙皮、承力框、安定面、挂钩、输油管、增压管及各接头等组合而成。

1.2 安定面的作用

副油箱安定面的作用：保证副油箱在投放时的安定度，防止副油箱碰撞飞机，保证飞机的飞行安全；挂副油箱的飞机静安定不足时，副油箱安定面能平衡不稳定性，增加其安定性。

2 探讨由来

某型飞机在外场挂装副油箱进行若干架次飞行训练后，安定面前缘/主盒段过渡区域出现裂纹现象，针对此现象，研究副油箱安定面的改进设计方案。

3 原因分析

安定面前缘部分与安定面承力盒段的过渡处，急剧的截面突变、刚度突变致使该部位产生高的应力集中和高的应力，容易导致该部位在使用中过早产生裂纹。

4 改进设计方案

（1）将安定面边缘直段面悬臂结构改成平滑过度，形成的三角形剖面结构，增加其强度及刚度。

（2）对安定面进行加强，将安定面撑杆加长到安定面加强型材上，与安定面加强型材形成整体。

5 安定面改进前、后强度分析

计算所用载荷为设计载荷，不确定系数1.5。根据安定面受载分析，安定面最大载荷774.5kg（设计载荷），有限元计算时按均布压力加载，压强=总载荷/安定面面积。

5.1 安定面改进前强度分析

（1）改进前安定面结构由蒙皮、长型材、短型材、安定面加强筋、安定面撑杆等组成。所有结构材料均为5A02。

材料性能：5A02，E=69000MPa，σb=165MPa。

（2）应力分析。前缘/主盒段过渡区域（即外场产生裂纹区域）最大Von应力为200MPa，见图1。

图1 改进前前缘裂纹部位应力

M.S.=165/200-1=-0.18。

改进前，该区域应力水平高，不满足强度要求。

5.2 安定面改进后强度分析

（1）改进后的安定面由蒙皮、方筒型材、安定面撑杆、加强型材等组成。其中蒙皮、安定面撑杆材料为5A02，其余型材材料为2A12。

材料性能，5A02（LF2），E=69000MPa，σb=165MPa；

2A12（LY12），E=67600MPa，σb=390MPa。

（2）应力分析。安定面最高应力93MPa，位于2号方筒型材接头处。前缘/主盒段过渡区域（即外场产生裂纹区域）的应力集中情况已大大改善。

前缘/主盒段过渡区域最高应力47.2MPa。

M.S.=165/47.2-1=2.5。

改进后该区域应力水平大幅降低，满足强度要求。

6 结语

副油箱安定面改进前，安定面前缘部分与安定面承力盒段的过渡处，容易导致该部位在使用中过早产生裂纹。在实际气动载荷分布情况下，该部位的静强度不满足要求。改进后，安定面前缘部分与安定面承力盒段的过渡非常平缓，极大地降低了上述部位的应力集中与应力。改进后该部位的应力仅为改进前的约24%；安定面承力盒段骨架结构以及与副油箱箱体的连接也得到了优化加强，强度能满足使用要求。