关键词：
双卡套管路接头
光纤光栅
应力
密封性能
安装偏差
基础激励
摘要：
航空管路系统由管体、卡箍和管路接头组成,与泵、阀和作动器连接,实现飞机的各项操控任务。管路接头作为连接和密封部件,在泵源流体脉动和基础激励作用下,容易导致其密封性能会下降、渗漏、泄漏甚至失效,对于飞机系统可靠性和安全性构成重大威胁。航空管路接头类型主要有永久式管路接头、可分离式管路接头和柱端式管路接头,其中可分离式管路接头又分为扩口式管路接头和无扩口式管路接头。无扩口式卡套式管路接头因其安装过程简单、减少漏点、节省空间、降低成本等优点,得到了广泛应用。目前,国内外学者对扩口式管路接头的密封性能开展了研究,并取得了丰富的研究成果,其结果表明扩口锥面接触应力是评价接头密封性能最重要的指标,而且对于无扩口管路接头应力测试与密封性能分析报道较少,通过对接触应力的测试可以客4观的评议密封性能的衰减,但由于无扩口管路接头内部空间狭小,传统的传感器无法布置,因此,本文研究了基于光纤光栅的无扩口卡套式管路接头应力测试方法,并进行了不同工况下接头密封性能分析,为航空管路系统安全可靠运行提供了技术指导。
本文以卡套式管路接头为对象,采用仿真计算与试验测试相结合的方法,建立了考虑管路接头的管路系统有限元模型,分析了安装参数与结构参数对管路接头内部应力的影响,提出了基于光纤光栅传感的管路接头应力的测试方法,获得了不同装配状态、振动环境下管路接头应力的变化规律。具体进行的研究内容及其研究结果如下。
1)提出了基于等强度梁的光纤光栅应变传递系数标定试验方法,搭建了光纤光栅等强度梁试验系统,通过等间隔加载力作用,获得光纤光栅传感应变传递系数。在此基础上进一步进行了动态激振力对比试验,并于传统应变片测试结果进行了对比分析,验证了光纤光栅传感测量的有效性。
2)建立了考虑不同预紧力的管路系统有限元模型,分析了不同拧紧力矩下管接头的应力变化趋势和密封带宽变化,光纤光栅试验测试结果与仿真计算结果进行了对比验证。在此基础上,进一步讨论了管壁厚度、接触摩擦系数、材料参数管接头接触应力的变化规律。
3)建立了考虑初始安装角度偏差的管路接头有限元模型,分析了不同安装角度偏差对管路接头的应力变化趋势和密封带宽变化的影响,进一步分析了不同拧紧力矩下安装角度偏差对管路接头的应力变化影响,在此基础上,搭建了考虑初始安装角度偏差的管路接头应力测试系统,试验测试结果与仿真结算进行了对比验证。
4)考虑管路接头基础激励作用,搭建了基础激励下管路接头振动应力测试系统,开展了共振下和非共振状态下管路接头振动应力变化。并与仿真计算结果进行了对比验证。在此基础上,进一步讨论了不同激励幅值下管路接头振动应力的变化,揭示了基础激励下管接头振动应力的变化规律。
本文建立了管路接头的管路系统有限元模型,分析了不同拧紧力矩下管路接头的应力变化趋势和密封带宽变化,揭示了安装角度偏差对管路接头内部接触应力的影响规律,搭建了基础激励下管接头振动应力振动试验测试系统,获得了基础共振下和非共振状态下激励下管路接头振动应力的变化规律。本文的研究工作可为航空管路系统的运行状态监测与安全可靠运行提供技术指导。
