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中国航空管线管路行业综述分析

来源:高瞻智库  浏览数:  发表日期:
  一、航空管线管路相关概念界定
  管路系统是飞机系统主要的基本组成部分之一,在现代飞机上,有多种以液体或气体作为工作介质的管路系统(如液压系统、冷气系统、燃油系统、滑油系统、氧气系统等),这些系统主要由硬管、软管、接头、连接件和管路的固定件组成的带有压力的封闭管路通道,以保证液体或气体在通道中流动和传递能量。针对发动机管路系统来说,是指由导管将发动机各部件之间、附件之间、部件与附件之间以及发动机与飞机之间相互连接、输送各自规定的流体,完成发动机运行、控制、操纵等功能的系统。
  航空管路系统一般由导管、管接头组件、管卡等组成,根据不同的类型,管接头组件可包含以下部件:接头、管螺帽、衬套筒、密封圈等。
  国内外对航空管路的范围界定有所区别。在国际标准分类中,航空管路涉及到航空航天发动机和推进系统、航空航天用流体系统和零部件、阀门。而在中国标准分类中,航空管路涉及到燃油系统及其附件、液压、冷气系统及其附件、机械量仪表、自动秤重装置与其他检测仪表、管件、卡箍、密封件。
  二、航空管线管路产品组成部件
  1、导管
  (1)铜管
  铜合金管主要使用在二战以前的飞机上,多用于气源、信号管路中。由于铜具有一定的耐腐蚀性、加工方便、连接牢靠、密封性和反复性好、工作安全可靠等特点,因此在当时使用的较多。但是由于铜本身重量较重,而且使用一段时间后材料会变脆,必须拆下来回火消除内应力,因此在铝制管路出现以后,飞机上基本上不适用铜制管路(除了个别地方)。
  (2)铝管
  铝合金管路是从二战到现在飞机上使用较多的一种管路。铝管的特点是重量轻、加工方便、具有一定的耐腐蚀性。缺点是强度低、耐腐蚀性不太好。铝合金管路常用在中、低压的系统,部分高压系统也使用这些材料。例如:仪表和通气管路,中、低压的燃油和滑油系统管路中。管体为绿色,接头为金色或者褐色。
  (3)不锈钢管
  不锈钢管的特点是强度高、耐腐蚀强。缺点是重量大、加工困难。在一些飞机上特别高压系统的液压装置上使用不锈钢管路,广泛地应用于起落架、襟翼、刹车等高压液压系统。外部的刹车管路应当由不锈钢制成,以使起飞和着陆中由机轮抛起的石子和地面操作不当所造成的损害减至最小。由于合金质量和加工手段的不断提高,钢制管路同铝制管路比较,在重量上的劣势越来越小,所以现在飞机上大部分承压管路,特别是高压系统管路基本上都是钢制管路。可能同时存在管体为绿色或者金属本色,按实际分析。
  (4)钛管
  钛合金管路:通常用于400摄氏度以下工作的管路。由于钛合金管具有强度高、比重小、有优良的抗腐蚀性能和抗热性能,低温韧性,所以在一些场合可代替不锈钢管路。管体为金属本色,接头为暗灰色。
  (5)非金属管
  非金属管多为软管,目前航空非金属管材质主要包括丁腈胶、氯丁胶、异丁胶和特氟隆(聚四氟乙烯)。对于聚四氟乙烯软管来说,主要具有体积小、耐腐蚀、抗疲劳等优点。除了在航空领域,也多应用于船舶、矿山、冶金、石油、工程机械等领域。由于聚四氟乙烯软管抗疲劳性能好,管内部液压油脉冲冲击次数可达25万次以上,因此聚四氟乙烯软管多应用于航空燃油、滑油等液压油管路系统,以解决液压管路系统热补偿问题。
  2、管接头
  航空管接头一般可分为永久式管接头、可分离式管接头和柱端式管接头三大类。永久式管接头是一类永久连接、不可拆卸式的管接头,具有较强的耐压能力和可靠性,质量和体积均很小,在飞机管路中使用十分广泛。可分离式管接头是一类可以拆装维护的管接头,具有较好的可维护性,但是其质量和体积相对较大,接头零件数多,可靠性一般。柱端式管接头是一类连接管路与柱端端口的专用管接头,通常位于管路系统的终端,需要较高的机械连接强度。其他类型的管接头一般只针对特定的场合,如旋转接头和柔性接头用于元件或管路存在较大旋转、位移或振动的场合,快速接头用于元件需要频繁更换维护的场合等。
  3、管卡
  航空管路连接卡箍在航空系统管路中承担着密封、对接作用,决定了飞机燃油、环控等系统的功能性能和长期使用的可靠性。随着近年来飞机性能的逐步提升,整机管路系统设计理念不断完善,对系统管路连接卡箍也提出了更高的可靠性要求。
  航空管路采用卡箍式连接已经历了好几代产品。第一代管路连接采用笨重的法兰盘连接,在两根管路连接处,至少用6个螺栓将法兰盘连接在一起,从而起到密封的作用。这种连接方式零件笨重,增加了飞机的重量,安装不方便。第2代管路连接采用2根导管外面套胶管,用2个卡箍进行连接,卡箍由箍带、螺栓、螺母、套管、垫圈组成,HB3-9可拆卸卡箍就属于这一代产品,卡箍零件还是笨重,安装不方便。第3代管路连接采用的是导管连接快卸卡箍,这种快卸卡箍是由箍带、螺栓、螺母、套管、垫圈、卡圈、2个刚性凸缘、密封圈等零件组成,具有零件重量轻,制造工艺性强,维修方便的特点。但该种连接方式,在装配过程中,对两导管间同心度要求较高,若有角度偏差,将增大安装应力水平,大大降低卡箍使用寿命,HB6521导管连接快卸卡箍属于这一代卡箍。同样,管路采用接头式的连接也已经历了好几代产品。接头的第一代产品是HB4-84规定的,由带顶圈外套螺母、外套螺母、顶圈、外套筒、挡圈、密封圈、卡圈7个零件组成的有螺纹的连接接头。第2代产品也是用螺纹连接,由6个零件组成,管子与管套是通过管套的环形槽,将管子的材料通过专用设备或专用工具挤压到管套的环槽中去,管套上分别有胶圈槽,放上胶圈后,通过螺套和螺母形成接头密封。第3代产品是扩口或无扩口接头。
  某新型飞机空调系统使用的高温高压导管连接卡箍(HB8093),为永久型刚性连接卡箍。在这种卡箍安装过程中,对各种零件的配合尺寸要求非常严格。在典型部位,导管凸缘和卡箍由螺母和拉紧螺栓连接,连接处的垫圈由铜料制成。卡箍与导管配合部位选用铜制材料作为密封介质,当在箍带和卡圈上施加力矩时,密封圈压缩变形,达到密封效果。该卡箍适合在工作温度为-50℃~650℃范围内、工作压力不大于1.18MPa的管路环境中使用,主要特点包括:耐高温、耐高压、高强度密封、耐腐蚀、免维护及使用可靠性高等。
  在刚性卡箍和柔性导管连接使用过程中,两者刚度匹配性问题一直难以解决。为了消除这一问题,也为了满足新型飞机总体设计使用要求,国外设计师研制出了柔性结构导管连接卡箍。该卡箍将对接处传统使用的橡皮管更换为金属零件,并采用0形圈进行密封,使密封的可靠性得到较大提升。具备一定的轴向(3mm~6mm)和径向(0°~3°)补偿能力,安装性和维修性得到大大改善。未来的导管连接中,将大量使用柔性卡箍连接技术,这种连接方式不仅零件重量减轻,而且维护使用更为方便,能够较好地保证管路系统密封性。
  目前,欧美等国家航空领域已开始采用铝合金柔性导管连接卡箍,如波音、空中客车、麦道以及F-16、F-22等飞机,均采用此种结构形式的连接卡箍作为燃油、环控系统的导管连接使用。该种结构形式卡箍结构简单、重量轻、安装方便、维护性高,可有效解决飞机燃油等系统导管连接可靠性低的问题。
  三、航空管线管路产品分类及特性
  飞机的管路按照软硬程度分为硬管和软管,硬管管路系统主要是为飞机各个系统输送液体、气体,其目的是为作动系统部件传递动力、为空调和增压系统传递空气、为防冰系统传递热空气和传递一些控制系统所需要的信号等等。现代飞机上使用的硬管材料主要有三种:铝合金、不锈钢和钛合金。铝合金管材主要用于低压系统,其特点是比重小,塑性高,强度适中,具有良好的抗腐蚀性和焊接性。不锈钢管路主要用于高压系统,其特点是强度较高,耐腐蚀性好。在飞机上,经过特殊处理的不锈钢管路可以用于操控主轮刹车,襟翼收放等主要液压系统;钛合金管路一般具有强度高、密度低、耐腐蚀、耐高温的特点,可在一定范围内替代不锈钢使用,注意不要使用钛合金修理氧气管路,会引起火灾。软管材质主要包括丁腈胶、氯丁胶、异丁胶和特氟隆(聚四氟乙烯)。