复合材料机翼液压管路设计影响分析.pdf

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1、2013年5月机械设计与制造工程Mav．2013第42卷第5期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．42No．5DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2013．05．013复合材料机翼液压管路设计影响分析夏鹤鸣，朴学奎，范平，杨化龙(上海飞机设计研究院液压系统设计研究部，上海210201)摘要：随着复合材料在民用飞机结构设计中使用比例的不断提高，为适应现代民用飞机发展的需求，研究了复合材料机翼相对于传统金属材料机翼在液压系统设计方面的变化，着重介绍了液压管路安装设计、闪电防护设计以及管路应力等方面面临的新挑战，并针对这些课

2、题展开了讨论分析。关键词：复合材料；液压管路；机翼中图分类号：V37文献标识码：A文章编号：2095—509X(2013)05—0052—03液压能源系统具有比功率大、响应速度快、抗渐采用在翼盒内与机翼后缘均布置液压管路的方负载刚性大及容易控制等特点⋯，为飞机上飞控案，例如A320与ERJ190就在翼盒中布置了一套系统、起落架系统以及反推力系统等负载提供动力液压管路，后缘布置了两套，我国自主研制的新型源，是飞机的二次能源之一，在保证飞机的飞行支线飞机也采用了类似布置。基于这样的布置方安全上有着非常重要的地位。液压能源系统的案，液压管路在机翼上需要穿过外翼、中央翼的前、用户广泛布置于飞机机翼与

3、尾翼部分，机翼上布置后梁，隔板以及肋板等结构件，并固定在肋板、长桁有大量的液压管路，因此机翼液压管路布局的合理等结构件上，典型的安装形式如图1所示。性对飞机安全有着巨大的影响j。复合材料具有质量轻，较高的比强度、比模量5J，更好的抗疲劳、抗腐蚀特性等许多优异特性。随着一系列先进复合材料研究技术的转化应用，民用飞机复合材料的使用比例逐年提高。大量应用复合材料可较大幅度地减轻结构质量，降低燃油消耗，改善飞机的维修性，提高飞机的寿命和安图1某型飞机液压管路安装的结构形式全性。目前，波音B787和空客A350客机的复合机翼上液压能源系统管路的安装设计需要对材料的使用比例都超过了50％。人们对复合材料

4、结构进行开孔，典型连接形式一般有以下两种：研究的不断深入，其使用部位逐渐由飞机的次承力a．液压管路安装固定在结构件上。液压管路构件向更为复杂的机翼、机身等主承力构件转移。通过支架安装于结构件上，需要在结构件上加工管在机翼区域复合材料的使用比例不断提高的同时，路支架的紧固件孔。给机翼区域液压管路的布置带来了一系列新的课b．液压管路穿过结构件。可分为两种情况：题。本文主要从液压管路的安装设计、闪电防护以(1)液压管路穿过密封区，一般采用过框接头，该及管路应力分析等角度进行了探讨。类型过框接头直径较大，并且多根管路并行，需要l复合材料机翼上液压管路的安装设计在复合材料上布置多个孔；(2)液压管路穿

5、过非密现代飞机机翼翼型正向薄翼型发展，机翼封区，一般多根管路并行通过结构件，需要在结构内部空间逐渐变小，同时适航条款对机翼上液压能件上布置较大的通过孔。源系统安全性的要求逐渐提高，对各子系统之间冗由于复合材料机翼与传统金属机翼材料特性余设计要求越来越高。因此，液压能源系统设计逐不同，复合材料开孔会切断复合材料纤维，破坏了收稿日期：2o12一lO一08作者简介：夏鹤鸣(1983一)，男，江苏如皋人，上海飞机设计研究院工程师，硕士，主要从事民用飞机液压能源系统的设计工作。·52-2013年第3期夏鹤鸣：复合材料机翼液压管路设计影响分析原有应力和变形的连续性，由此产生的应力集中使源系统管路布置时逐

6、渐采用新型的管路连接件复合材料结构强度降低，因此复合材料开孑L相对于(隔离接头)替代传统的管路连接件，该种新型接金属机翼要更为复杂。其中口中紧固件的结构开头由金属材料和复合材料组成，典型的结构形式如孑L，由于该类型开孔直径较小，可以在复合材料上图2所示。管路设计时将隔离接头布置于管路进直接开孔，一般无需进行补强。而b中的通过孔，目出机翼油箱的位置以及燃油箱内部。该种新型接前一般采用的解决措施是：首先对机翼的复合材料头金属法兰一侧与结构件充分接触，形成良好的搭使用情况进行合理配置，在需要通过较多管路的位接通路，闪电电流优先通过结构件传导到飞机，中置仍采用传统的金属结构，便于各系统的安装设间为复

7、合材料，电阻值大，可以有效地降低闪电作计；第二，复合材料密封区同一个位置集中开孔时，用在管路上的电流，其简化电路图如图3所示，其采用金属口框补强形式，管路通过孔在金属件上进中R为隔离接头的阻值。通过合理的布置隔离行加工，避免在复合材料结构件的同一个位置多次接头可有效地避免闪电对液压能源系统中电气设开孑L；第三，尽量减少采用卫星孔较多的过框接头，备造成危害，避免液压管路因闪电引起局部过热，降低在复合材料上的开孔