[发明专利]一种飞机液压管道用卡箍及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于飞机液压系统高频振动管路减振领域，具体涉及一种飞机液压管道用卡箍及其设计方法。

背景技术

由于飞机液压泵源脉动式的流量输出，飞机液压管道会受到流体的脉动冲击，过大的振动冲击会导致管道破裂造成飞机失事，因此对于飞机管道进行减振设计是亟待解决的问题。新机型设计之初，除了选择符合静强度和疲劳强度要求的支撑结构材料和管道材料外，还要对管道系统进行必要的测试和调整，使管道系统的固有频率避开流体脉动频率，排除流体的脉动引发管道系统疲劳破坏的可能性。由于飞机液压流体具有高压、高速、脉动大的特点，如果没有发生输液管道内流体脉动和固体管道的流固耦合振动，但是压力脉动或者谐振增强后的压力脉动幅值过大，使作用于管壁上的压力脉动超过了管道材料的允许应力极限，甚至超过了管道材料的屈服应力极限，则将在短时间内造成管壁的破裂。

以往对管道卡箍都采用经验设计，过多侧重卡箍刚度的设计，但忽视了两个因素：1)现代飞机液压泵转速较高，所对应的激振源频率值较高；2)由于管道是一种梁结构，同时管道充满油液，因此充液管道的固有频率很难达到激振源频率的2.5倍以上，有时甚至小于激振源频率，当管道卡箍设计不当时容易发生管道的共振，因此选择恰当的减振刚度与阻尼并降低卡箍重量是设计卡箍的重要依据。

目前国内飞机较多的采用加橡胶垫圈的金属卡箍，如图1所示，目前飞机采用的是HB3-25-2002带垫的夹紧卡箍，卡箍由外围卡箍块(带)和橡胶垫片组成，卡箍块(带)一般采用1Cr18Ni9材料，橡胶为丁腈橡胶材料。

此种结构卡箍具备了一定的刚性和阻尼性，橡胶可以吸收部分管道振动，但存在以下缺陷：

1)橡胶材料不耐高温，易老化，长时间管道振动会导致橡胶材料失效，导致卡箍支撑存在微动磨损，随着微动磨损的发展，支撑刚度逐渐下降，从而使管道的固有频率逐渐降低，当降低的管道固有频率与压力脉动频率接近或者重合时，发生流固耦合的振动，同样造成管路系统的失效。

2)飞机卡箍外围起固定作用的箍块(带)采用金属材料具有很高的刚度，但由于一架飞机的卡箍数量非常多，飞机的设计指标之一是尽最大可能减轻质量，过多的金属材料卡箍会带来额外的重量。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种飞机液压管道用卡箍及其设计方法，首先根据飞机飞行剖面确认激振源各频率点的权重，根据权重比计算卡箍的隔振率得到目标函数，对卡箍阻尼率参数进行优化，通过得到的最优阻尼率选取合适的材料，设计一种新型具有高阻尼、质量轻的复合结构卡箍，使其在飞机液压高频振动管道上发挥消振作用。

一种飞机液压管道用卡箍的设计方法，包括以下几个步骤：

步骤一：建立卡箍和液压管道振动学方程模型，获取隔振传递率；

建立卡箍模型，飞机液压充液管道为集中质量块m，k为卡箍刚度，c为卡箍阻尼系数，飞机液压管道中流体的脉动产生的激振力为F(t)，管道受到振动冲击位移为x(t)，F_b(t)表示传递到飞机基础支架上的力；

建立模型运动方程：

mx··(t)+cx·(t)+kx(t)=F(t)---(1)]]>

设作用在飞机液压管道激振力与位移为：

F(t)＝Fe^iωt                (2)

x(t)＝Xe^iωt                (3)