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飞机高压导管布置探讨

2017-10-09任重远

科技视界 2017年14期
关键词:轴向气压载荷

任重远

【摘 要】本文应用分析了飞机高压导管两种典型安装形式的受力特点,分析了不同安装形式对支撑载荷的影响。

【关键词】高压导管;载荷

0 前言

飞机高压空气导管用于将发动机的引气输送到空调设备,并由拉杆及支架固定在飞机主结构上。在系统工作时导管系统及结构将受到管路内部压力载荷、温度载荷及惯性载荷。不同的导管安装布置形式将决定导管支撑系统受到的载荷大小。由于飞机对系统的重量十分敏感,支撑系统受到的载荷越大也就意味着其重量也会跟随增加。选择合适的导管安装布置形式对飞机减重产生重要作用。

本文初步讨论了不同的导管安装布置形式与导管支撑系统间的受力分析,对导管的安装布置给出了指导性建议。

1 两种典型导管的导管安装形式

图 1给出了两种典型的高压导管支撑方案。压缩系统中,高压导管与设备间采用滑动连接接头连接,这种接头允许被连接的管路和设备可以沿轴向相对运动,同时不传递载荷。在导管远离设备的一端用固定支架固定在结构上,在接近滑动连接接头的位置设计有允许导管轴向移动的支撑以限制导管接口与设备接口间的径向移动。拉伸系统中,高压导管与设备间以及导管的直管与弯管连接处采用球形接头连接,这种接头允许被连接的管路和设备存在偏转角度,但限制导管与设备间的轴向和径向运动。在导管远离设备的一端同样采用固定支架固定在结构上。

a)典型布置安装方案-压缩系统 b)典型布置安装方案-拉伸系统

两种导管支撑方案中导管的受力分析图见图2。在压缩系统中,轴向上远端固定点完全承受导管内部的气压载荷Fp以及导管的惯性载荷。由于导管与设备的连接允许导管端口自由在轴向滑动,因此固定支撑点不受导管热膨胀产生的载荷;在拉伸系统中,导管内部的气压载荷将被球形接头给予的支反力Ft平衡;导管热膨胀产生的变形将会由三个球形接头的角变形补偿,因此导管的固定支撑点仅受关系的惯性载荷以及球形接头变形产生的抗力。

a)压缩系统导管受力图(轴向) b)拉伸系统导管受力图(轴向)

对于4”导管,当正常工作压力为4barg时,管内的正常工作气压载荷可以达到3243N,破坏气压载荷将会达到9729N。4”导管通常每米重量不超过10kg,承受破坏加速度不超过20g。按管段长度2m计算,则管路最大破坏惯性载荷为4000N。在球形接头变形抗力可以忽略时,导管受到的主要载荷为气压载荷。由此可见拉伸系统由于气压载荷被球形接头产生的反力平衡,因此固定点受到的载荷将比压缩系统小约71%。相应的支架可以做的更为轻巧。虽然由球形接頭平衡的气压载荷将会以内力的形式平衡在导管-设备组成的系统,但由于导管和设备都要承受气压载荷, 整个系统将不会过多增加重量。因此就飞机而言,拉伸系统将会比压缩系统的总体重量更轻。

2 结论

本文通过对比了两种典型的飞机导管安装布置方案的轴向受力,得出相比压缩系统采用拉伸系统的高压导管对结构施加的载荷更小,更利于飞机结构的减重。

[责任编辑:张涛]endprint

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