飞机整体油箱口盖密封失效形式分析及措施应用

飞机整体油箱口盖密封失效形式分析及措施应用

作者：陈颖

来源：《科学与信息化》2020年第11期

摘要整体油箱可以更合理的利用飞机空间结构，同时也可减轻飞机总重量。飞机整体油箱口盖密封性能对飞机飞行安全和续航能力有很大影响，本文结合生产实际对飞机整体油箱口盖失效形式及原因进行分析，并提出了解决措施，对提高飞机整体油箱密封质量有一定的指导意义。

关键词整体油箱;密封失效;口盖

现代飞机为提高空间结构利用率增加储油量，将机身或机翼设计为整体油箱，从而提升飞机的续航能力。目前波音777和空客A380等大型民用旅客机、战斗机均采用机翼整体油箱。如F22战斗机主要结构包括机翼和驾驶舱及两个发动机，整体结构十分紧凑，但储油量却能达到8.2t，如此大的储油能力归功于机翼整体油箱的设计。虽然整体油箱的优点一目了然，但飞机整体油箱的密封技术非常复杂，近几年因飞机整体油箱密封失效造成的事故屡屡发生，而油箱口盖属于整体油箱的薄弱环节，也是密封失效的多发区，因此对整体油箱口盖的密封失效分析研究就变得相当重要。

1 飞机整体油箱口盖密封形式

飞机整体油箱口盖多为口盖、口框结构形式，口盖通常是依靠四周胶圈来密封，然后用紧固件固定。口盖胶圈密封有沟槽密封和胶垫密封两种。沟槽密封：在口盖或口框上设置沟槽，沟槽内安放密封材料实现密封。胶垫密封：在口盖和口框之间夹弹性密封胶垫。另一种常用的密封形式为密封胶口盖挤压密封。密封胶密封法即将密封胶刮涂在口框上，再将口盖压紧到密封胶上，使密封胶完全填满口盖、口框之间，从而起到密封作用。目前我国飞机整体油箱口盖密封形式大多采用密封胶圈密封法和密封胶口盖挤压密封法[1]。

2 油箱口盖失效的原因分析

由于飞机飞行时整体油箱受力较大且复杂，飞行环境及停放环境恶劣，飞行时间较长，特别是油箱口盖为可拆卸结构，多次拆卸更易造成油箱口盖密封失效，导致飞机整体油箱出现漏油的风险。因此，对飞机整体油箱口盖密封失效形式进行分析总结，并制定行之有效的应对措施，是提高飞机整体油箱口盖密封性能的重要途径。

2.1 设计因素

密封胶圈密封法。此类结构对胶圈与口框接触面积大小及接触位置的要求都较高，胶圈与口框接触面积过小，或接触位置不合理，都会降低口盖密封性能。某型飞机曾采用弯边-直边相结合的口框结构形式，由于弯边和直边过渡处需设置止裂孔，导致此处密封胶圈与口框接触面积过小，出现密封性能差的现象。

口盖挤压密封法。此类结构要求涂覆较厚的密封胶，以至口盖挤压密封操作时，足够厚度的密封胶能够均匀的从口盖边挤出，密封胶能填满整个口框。某型飞机口盖挤压密封操作曾出现过胶层厚度过薄的现象，导致密封失效的情况。

2.2 装配因素

口盖密封圈因素。在飞机装配过程中，出现带密封胶圈口盖安装完成后，口盖边缘处渗油现象，更换同型号口盖后，口盖边缘渗油现象消失。此类口盖密封失效问题，多由于口盖密封胶圈失效造成。

密封胶涂覆厚度因素。飞机整体油箱口盖大多位于飞机外表面，由于外表面直接影响飞机整体气动外形，因此对飞机表面口盖的阶差及间隙要求非常严格。挤压密封形式的口盖，对密封胶的涂覆厚度也有较高的要求。密封胶胶层厚度不够会直接导致密封失效[2]。

紧固件安装因素。无论哪种形式的口盖密封，都需要通过口盖与口框间的紧固件来辅助密封。口盖螺栓安装时过紧或未拧紧到位都会影响口盖密封性能，同时螺栓安装顺序也会影响口盖密封性。

3 改进措施

3.1 口盖、口框结构优化

密封胶圈密封法。对胶圈与口框接触面积大小及接触位置的要求都较高，口盖密封圈边缘相比口框弯边位置，不应超过弯边位置，且尽量采用一体式弯边口框，避免弯边-直边式口框止裂孔处接触面积过小影响密封性能。

挤压密封型密封方式。在进行口盖与口框设计时，口框的下陷设计要预留足够的密封胶涂覆空间，建议下陷量一般不小于1mm。

3.2 口盖存储方法的改進

口盖上的密封胶圈多为丁腈橡胶，根据丁腈橡胶的物理特性，带密封胶圈的口盖应存放在密封的塑料袋中，口盖安装前，不要打开包装，勿使口盖胶圈长期暴露在空气中，以免影响胶圈的弹性。如有必要，按使用规范用航空燃油浸泡胶圈的方法，恢复或加强密封圈的弹性，保证口盖密封性能。

3.3 涂胶工艺方法的改进

严格按照口盖挤压密封的工艺流程进行密封胶的涂覆，控制涂胶现场的温、湿度要求，温度控制在15℃～30℃，相对湿度为30%～70%。以HM109密封胶为例，口盖挤压密封的一般工艺流程为：打磨漆层→涂润滑脂→除油清洗→涂底涂→刮涂密封剂→涂润滑脂→安装口盖→清理多余物。

3.4 密封胶层厚度的控制

装配时可对口盖、口框进行无胶状态预装配，将不小于1mm的金属垫片安装在口盖、口框之间，模拟密封胶层厚度，以保证口盖挤压密封装配时密封胶层厚度符合要求。

3.5 紧固件安装的改进

安装密封口盖紧固件时，不应过度拧紧螺栓，应根据密封胶圈或密封胶的抗拉、抗压性能，选择合理的拧紧力矩，避免因拧紧力矩过大，造成密封胶圈的压缩永久变形及对密封胶层的破坏，进而导致口盖密封失效。

安装密封口盖紧固件时，应先预拧紧螺栓，再依次拧紧到位，不要一次将某一螺栓拧紧到位，以免因螺栓拧紧力不均匀影响胶层或胶圈密封性能[3]。

4 结束语

对飞机整体油箱口盖密封失效形式及原因进行分析，是提高飞机整体油箱密封性能的基础。飞机飞行过程中受力复杂，工作环境恶劣，油箱口盖密封失效，会对飞机的飞行安全及使用寿命造成较大的影响及经济损失。因此，在试验和理论计算判断密封结构的密封性能的基础上，结合生产实际对油箱口盖密封失效形式及原因进行分析研究，并在口盖、口框结构设计优化、密封胶涂覆工艺、紧固件安装工艺等方面进行改进，对降低油箱口盖失效风险，提高油箱口盖密封性能有着重要意义。

参考文献

[1] 李绪忠，李素琴.大飞机整体油箱用密封剂性能分析及应用[J].航空工程进展，2015（3）：372-376.

[2] 胡荣霞.无人机金属燃油箱的设计方法研究[J].航空科学技术， 2012（3）：53-55.

[3] 赵宝华.金属整体油箱结构密封性能分析[D].南京：南京航空航天大学，2012.