CN110816819A - 一种用于航空刹车机轮的放气嘴组件及设计方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于航空刹车机轮的放气嘴组件及设计方法。本发明提出的放气嘴组件中，转接螺塞安装放气嘴体出口端。管接嘴内有直径为1.2mm的排油孔，该排油孔的两个进口均位于该转接螺塞的集油腔内，该排油孔的出口位于所述管接嘴外端端面上。本发明将现有技术的排气嘴更换成管接嘴，同时对航空刹车机轮的放气嘴组件结构参数和排气孔尺寸进行优化，从而使在进行排气时定量器不关闭，既能够保证正常排气，也能够避免油液外漏，并具有操作简单、灵活的特点。

Description

一种用于航空刹车机轮的放气嘴组件及设计方法
技术领域
本发明涉及飞机刹车制动领域，具体是一种用于航空刹车机轮的放气嘴组件及其设计方法。
背景技术
刹车机轮安装到飞机起落架上时，要与飞机液压系统管路连接，为了保证机轮的刹车功能，刹车系统与刹车机轮的连接腔为密封结构，刹车系统管路完成连接后需对刹车装置进行排气。如果不进行排气，存留在刹车装置中的空气会使油液刚性下降，造成液压系统响应缓慢，效率降低，影响飞机的刹车制动性能，严重时会使飞机在刹车时有冲出跑道的危险；同时刹车装置中液压系统的高压油中含有一定量的空气，高压油中的空气由于高压会产生高温，造成油液温度高，会加速液压油和液压系统部件氧化。
现有技术刹车机轮的放气嘴组件安装在机轮的刹车装置上，刹车装置在飞机起落架安装时放气嘴组件相对位置处在最高处。采用直排式结构，该放气嘴组件结构简单，安装、操作方便，但该结构排气时要求有足够的操作空间。而由于起落架结构紧凑，安装空间小，刹车装置嵌入到机轮内部的刹车机轮上，直排式结构就难以操作，给外场维护带来很大的困难。且在刹车系统管路排气时，易造成刹车油液外漏污染刹车盘，降低机轮的刹车性能，并可能发生失火事故，带来飞行安全隐患。随着飞机战术指标的不断升级，对刹车机轮的体积要求和重量要求越来越高，刹车机轮可安装空间被进一步压缩，刹车装置嵌入机轮组件后，现有技术的放气嘴组件没有操作空间，给外场维护带来极大困难，现有放气嘴组件已不能满足操作空间小的飞机刹车机轮。
现有刹车机轮的放气嘴组件存在以下几个问题，第一，采用直排式结构安装在刹车装置上，由于安装空间小，在不拆卸机轮的情况下，外场难以维护；第二、该放气嘴组件在进行放气操作时，容易造成刹车油液外漏；第三、该放气嘴组件在进行放气操作时，需要借助工具进行操作。
经检索，申请号为201910317107.1的发明创造一种用于航空刹车机轮的按压式排气组件，顶杆位于放气嘴体的顶杆工作腔室内，在该顶杆弹簧安装段的外圆周表面套装有顶杆回位弹簧，并使顶杆回位弹簧位于放气嘴体和顶杆之间。所述活门和活门回位弹簧位于放气嘴体的活门安装腔室内，并使活门堵头段的端面与所述顶杆的内端面相对应。活门回位弹簧的一端套装在所述活门一端的弹簧安装段上，另一端与弹簧座的内端面贴合。该发明创造改变了排放嘴的朝向，能够将排放嘴旋转到合适的位置，方便套软管；改进了排放嘴的连接方式，排气过程不需要拆、打保险，只需按压顶杆即可实施排气，增强了飞机维护的操作性，便于结构紧凑型的刹车机轮排气。但是，该发明创造在排气过程需要借助软管的配合，增加了排气操作的工作量。首先该发明创造在实际排气过程中需要持续按压顶杆，在狭小的操作空间中持续进行该操作，对于使用维护人员需要耗费大量时间和体力。其次，机轮刹车装置中压力值一般都为10MPa左右，手动按压接通排气组件进行排气时，需要使用很大的作用力来克服这个压力值，这对持续按压才能保证正常排气操作带来了很大挑战。
申请号为201910317109.0的发明创造中提出了一种用于航空刹车机轮的放气组件，包括放气嘴体、锁紧螺母、转接螺塞和排气嘴。其中，转接螺塞的内端安装在所述放气嘴体出口端的转接螺塞安装孔中。所述排气嘴的内端装入转接螺塞的内孔中，并使该排气嘴的进油孔孔口位于该转接螺塞的集油腔内。所述放气嘴体的入口端与汽缸座的放气孔连接。该发明创造增加了弯管式放气嘴体，改变了放气嘴的安装方向，使得原朝向轮毂的放气嘴露出轮毂端面，排气操作不再受轮毂和刹车装置之间间隙的限制，使得排气位置更加方便灵活，增强了飞机维护人员排气操作的便捷性，方便结构紧凑型刹车机轮的排气。但是，该放气组件在进行排气时容易造成刹车油液外漏和必须借助工具进行排气，并且在排气过程中，容易发生定量器关闭故障，使得气缸中的气体不能彻底排出。
发明内容
为克服现有技术中存在的在外场难以维护、容易造成刹车油液外漏和借助工具进行排气的不足，本发明提出了一种用于航空刹车机轮的放气嘴组件及设计方法。
本发明提出的用于航空刹车机轮的放气嘴组件包括放气嘴体、转接螺塞和管接嘴。所述转接螺塞位于所述放气嘴体出口端，并使该转接螺塞的内端安装在转接螺塞安装孔内，该转接螺塞位于该放气嘴体出口端端面。
在该放气嘴体内有贯通的油路通道。所述管接嘴位于该转接螺塞的外端面，内端通过螺纹装入所述转接螺塞外端面的内孔中，并使该该管接嘴的排油孔的两个进口均位于该转接螺塞的集油腔内。所述放气嘴体入口端装入汽缸座中，在该放气嘴体入口端的外圆周表面套装有密封圈和垫圈。
所述放气嘴体弯折处的角度为85°～95°。所述放气嘴体内有贯通该放气嘴体入口端与出口端的油路通道。
所述转接螺塞内端的孔径与所述放气嘴体上的油路通道的直径相同；外端的孔径与所述管接嘴的外螺纹配合；在该转接螺塞内的中部有集油腔，该集油腔的直径为6.5mm，轴向长度为3mm。
所述管接嘴内有直径为1.2mm的排油孔，该排油孔呈T形，内端为径向通孔，该径向通孔两端的孔口为该排油孔的两个管接嘴排油孔进口；在该管接嘴外端端面中心有轴向孔，该轴向孔的内端与所述径向通孔贯通，该轴向孔的孔口为该管接嘴排油孔出口；该排油孔的出口位于所述管接嘴外端端面上。所述两个管接嘴排油孔进口的中心线距管接嘴内端端面的距离为3.5mm。
本发明提出的所述用于航空刹车机轮的放气嘴组件的设计方法是：
步骤1、确定油路通道的孔径：
所确定的油路通道的孔径须满足所述放气嘴体的强度能否保证在最大刹车压力下不会产生破裂或变形。
通过公式(1)确定放气嘴体壁厚：
Figure BDA0002287240950000031
公式(1)中：δ为壳体壁厚，单位为mm；Pmax为2.5倍的工作压力；D为放气嘴体的最大孔径，单位为mm；σs为放气嘴体的许用应力。
步骤2、确定密封圈的参数：
密封圈压缩率yb由公式(2)确定
Figure BDA0002287240950000032
公式(2)中，h为密封圈槽深度，b为密封圈椭圆截面的长轴。
密封圈椭圆截面的长轴b由公式(3)确定，
Figure BDA0002287240950000033
其中d为密封圈公称截面直径；α为密封圈拉伸率。
密封圈拉伸率α由公式(4)确定，
D1为密封圈槽公称直径；D2为密封圈公称内径；
密封圈槽深度h由公式(5)确定，
Figure BDA0002287240950000042
其中，D1为密封圈槽公称直径；DD为密封圈槽的直径；
步骤3、确定管接嘴排油孔孔径D3：
通过公式(6)确定管接嘴排油孔横截面面积W
Figure BDA0002287240950000043
公式(6)中：
ΔP为管接嘴进口与出口的压差；Q为管接嘴口的油液输出流量，Q小于1L/min；ρ为油液密度；Cq为流量系数；W为管接嘴进油通道横截面面积，
Figure BDA0002287240950000044
其中n为所述管接嘴排油孔进油口的数量；D3为管接嘴排油孔孔径；
通过以上步骤，完成了所述用于航空刹车机轮的放气嘴组件的设计。
本发明将现有技术的排气嘴更换成管接嘴，转接螺塞的内端安装在放气嘴体出口端的转接螺塞安装孔中。管接嘴的内端装入转接螺塞的内孔中，并使该管接嘴的进油孔孔口位于该转接螺塞的集油腔内。所述放气嘴体的入口端与汽缸座的放气孔连接。所述放气嘴体为有85°～95°度的弯角的管状结构，以适应狭小的安装空间
经过对所述用于航空刹车机轮的放气组件存在缺陷的试验分析，认定当流入定量器中的流量低于1L/min时，定量器就不会关闭。
现有技术中的放气组件易发生定量器关闭故障的原因是该放气组件的排气孔不合理(该放气组件的排油孔径为1.5mm)。在实际排气操作中，为了避免排气操作中引发刹车系统定量器起作用，导致刹车系统中油路关闭，需要在机上对定量器进行维护操作，重新接通油路，增加了操作难度和维护时间。
本发明采用管接嘴，操作时手动扭动管接嘴进行排气操作，当气体排放完毕后，重新拧紧管接嘴。在整个操作过程中无需使用其它工具进行排气操作，使排气位置更加灵活，可操作范围增大，增强了飞机维护人员排气时操作的便捷性。有效解决了因机轮安装空间小而造成的产品难以维护的缺陷；同时对航空刹车机轮的放气嘴组件结构参数和排气孔尺寸进行优化，设计的排油孔孔径为1.2mm，从而保证在进行排气时定量器不关闭，既能够保证正常排气，也能够避免油液外漏。
附图说明
图1是现有技术中的放气装置。
图2是本发明与刹车机轮的配合示意图。
图3是本发明的放气嘴体的结构示意图。
图4是本发明的锁紧螺母的结构示意图。
图5是本发明管接嘴的结构示意图。
图中：1.放气嘴体；2.密封圈；3.垫圈；4.锁紧螺母；5.转接螺塞；6.管接嘴；7.气缸座；8.管接嘴排油孔进口；9.管接嘴排油孔出口。
具体实施方式
本实施例是一种用于航空刹车机轮的放气嘴组件，包括放气嘴体1、锁紧螺母4、转接螺塞5、管接嘴6。所述转接螺塞5位于所述放气嘴体1出口端，并使该转接螺塞的内端通过螺纹安装在转接螺塞安装孔内，该转接螺塞位于该放气嘴体出口端端面。
在该放气嘴体内有贯通的油路通道。所述管接嘴6位于该转接螺塞5的外端面，内端通过螺纹装入所述转接螺塞5外端面的内孔中；该管接嘴6的排油孔的两个进口均位于该转接螺塞5的集油腔内。所述放气嘴体1入口端的外表面为螺纹面，该螺纹面轴向分为两段，一段用于安装所述锁紧螺母4，另一段用于连接汽缸座7；在两段螺纹面之间有用于安放密封圈2和垫圈3的凹槽。
所述放气嘴体为管状，其外形呈倒置的“L”形；弯折处的角度为85°～95°。所述放气嘴体内有贯通该放气嘴体入口端与出口端的油路通道。所述放气嘴体1的入口端分别与汽缸座的放气孔和锁紧螺母4连接时，将所述放气嘴体的入口端装入汽缸座的放气孔内，在该放气嘴体入口端的外圆周表面套装有垫圈3和锁紧螺母4，通过该锁紧螺母将垫圈压紧在所述汽缸座的表面，从而将所述放气嘴体的入口端与汽缸座紧固。在该放气嘴体入口端的外表面与汽缸座放气孔的表面之间放置密封圈2。在汽缸座与锁紧螺母4之间装有密封圈2和垫圈3。
安装所述排气组件到刹车装置排气孔时，先将所述锁紧螺母4、所述垫圈3、所述密封圈2依次安装在所述放气嘴体1汽缸座配合端上，再将所述放气嘴体1与汽缸座连接，并通过锁紧螺母4紧固。所述转接螺母5装入放气嘴体1内，所述管接嘴6装入转接螺母5内。工作时缓慢扭开所述管接嘴6进行排气。排气完成后，扭紧所述管接嘴6。
所述转接螺塞5为中空回转体。该转接螺塞的内孔为阶梯孔，内端的孔径与所述放气嘴体1上的油路通道的直径相同；外端的孔径与所述管接嘴6的外螺纹配合；在该转接螺塞内的中部有集油腔，该集油腔的直径为6.5mm，轴向长度为3mm。
所述管接嘴6内有直径为1.2mm的排油孔，该排油孔呈T形，内端为径向通孔，该径向通孔两端的孔口为该排油孔的两个管接嘴排油孔进口8；在该管接嘴外端端面中心有轴向孔，该轴向孔的内端与所述径向通孔贯通，该轴向孔的孔口为该管接嘴排油孔出口9；该排油孔的出口位于所述管接嘴外端端面上。所述管接嘴内端端面为锥面，用于所述转接螺塞中油路通道孔口的封堵。装配后，通过该锥面与转接螺塞中油路通道孔口的接触或分离，实现该油路通道的打开或封闭；并且管接嘴内的两个排油孔的进口均与所述集油腔贯通，当排气时，打开所述油路通道使集油腔内的油液进入所述排油孔的进口并排出。所述管接嘴6外端的外圆周上有蝶形的旋钮，以方便操作。本实施例中，所述管接嘴内端的锥面60°；所述两个排油孔进口的中心线距管接嘴内端端面为3.5mm。
本实施例还提出一种所述航空刹车机轮放气嘴组件的设计方法，其具体过程是：
步骤1、确定油路通道的孔径：
在气缸座上预留的放气嘴组件安装孔确定的情况下，所述放气嘴体的外径亦确定；本实施例中，气缸座上预留的放气嘴组件安装孔孔径为M12×1mm，放气嘴体直径为Φ13mm。
所确定的油路通道的孔径须满足所述放气嘴体的强度能否保证在最大刹车压力下不会产生破裂或变形。首先通过公式(1)确定放气嘴体壁厚：
Figure BDA0002287240950000061
公式(1)中：
δ为壳体壁厚，单位为mm；Pmax为2.5倍的工作压力，Pmax＝2.5×10＝25MPa；
D为放气嘴体最大孔径，D＝12-δ×2，单位为mm；σs为放气嘴体的许用应力σs。
本实施例中：所述放气嘴体为2A50铝合金材料，其许用应力σs为333MPa；所述放气嘴体的最小壁厚δ大于0.42mm方能满足其强度要求，所对应的孔径D＝(12-4.3×2)＝11.6mm。要保证放气嘴体强度，孔径D必须小于11.16mm，本实施例取孔径D为3mm。
步骤2、确定密封圈参数：
外螺纹端密封圈计算：按照HB 4-57-87选择密封圈：Ⅰ型密封结构，该密封结构为轴沟槽形，且属于螺纹连接件密封，螺纹连接件密封圈压缩率为40％～45％。密封圈材料：5880。
密封圈压缩率yb由公式(2)确定
Figure BDA0002287240950000071
公式(2)中，h为密封圈槽深度，b为密封圈椭圆截面的长轴。
密封圈椭圆截面的长轴b由公式(3)确定，
其中d为密封圈公称截面直径；α为密封圈拉伸率。
密封圈拉伸率α由公式(4)确定，
Figure BDA0002287240950000073
D1为密封圈槽公称直径，D1＝10.3mm；D2为密封圈公称内径，D2＝9.3mm；
密封圈槽深度h由公式(5)确定，
Figure BDA0002287240950000074
其中，D1为密封圈槽公称直径；DD为密封圈槽的直径；
本实施例中，密封圈槽公称直径D1＝10.3mm；密封圈槽的直径DD＝12.5；密封圈公称截面直径d＝2mm；密封圈拉伸率
Figure BDA0002287240950000075
密封圈椭圆截面的长轴b＝d
Figure BDA0002287240950000076
密封圈槽深度
Figure BDA0002287240950000077
密封圈压缩率
Figure BDA0002287240950000078
本实施例中选用的密封圈型号为HB 4-57J6-13。
步骤3、确定管接嘴排油孔孔径D3：
在进行液压系统排气时，如果油液排出量超过定量器的工作门槛值1L/min，定量器关闭。当流量低于1L/min时，定量器不会关闭。
故管接嘴排油孔横截面面积W由公式(6)确定。
Figure BDA0002287240950000081
公式(6)中：
ΔP为管接嘴排油孔的进口与出口的压差，考虑工程实际中刹车装置中压力存在超出正常压力的情况，本实施例按1.5倍系数计算压力差。
ΔP＝1.5×10Mpa≈153kgf/cm2
Q为管接嘴排油孔输出流量，本实施例取0.5L/min。Q＝0.5L/min＝8.35cm3/s
ρ为油液密度，ρ＝0.99g/cm3
Cq为流量系数，Cq＝0.62
W为管接嘴排油孔横截面面积，
Figure BDA0002287240950000082
其中n为所述管接嘴排油孔进油口的数量；本实施例中，n＝2，
D3为管接嘴排油孔孔径；
在系统排气时，要求定量器不关闭，则输出口流量需小于1L/min，即要求
Figure BDA0002287240950000084
因此管接嘴排油孔孔径D3＝1.24mm，即管接嘴排油孔孔径需小于1.24mm。
本实例中管接嘴进油孔孔径取1.2mm。
通过以上步骤，完成了所述用于航空刹车机轮的放气嘴组件的设计。

Claims (5)

1.一种用于航空刹车机轮的放气嘴组件，其特征在于，包括放气嘴体、转接螺塞和管接嘴；所述转接螺塞位于所述放气嘴体出口端，并使该转接螺塞的内端安装在转接螺塞安装孔内，该转接螺塞位于该放气嘴体出口端端面；在该放气嘴体内有贯通的油路通道；所述管接嘴位于该转接螺塞的外端面，内端装入所述转接螺塞外端面的内孔中；所述管接嘴内有直径为1.2mm的排油孔，并使该该管接嘴的排油孔的两个进口均位于该转接螺塞的集油腔内；所述放气嘴体入口端装入汽缸座中，在该放气嘴体入口端的外圆周表面套装有密封圈和垫圈。
2.如权利要求1所述用于航空刹车机轮的放气嘴组件，其特征在于，所述放气嘴体弯折处的角度为85°～95°；所述放气嘴体内有贯通该放气嘴体入口端与出口端的油路通道。
3.如权利要求1所述用于航空刹车机轮的放气嘴组件，其特征在于，所述转接螺塞内端的孔径与所述放气嘴体上的油路通道的直径相同；外端的孔径与所述管接嘴的外螺纹配合；在该转接螺塞内的中部有集油腔，该集油腔的直径为6.5mm，轴向长度为3mm。
4.如权利要求1所述用于航空刹车机轮的放气嘴组件，其特征在于，所述排油孔呈T形，内端为径向通孔，该径向通孔两端的孔口为该排油孔的两个管接嘴排油孔进口；在该管接嘴外端端面中心有轴向孔，该轴向孔的内端与所述径向通孔贯通，该轴向孔的孔口为该管接嘴排油孔出口；该排油孔的出口位于所述管接嘴外端端面上；所述两个管接嘴排油孔进口的中心线距管接嘴内端端面的距离为3.5mm。
5.一种如权利要求1所述用于航空刹车机轮的放气嘴组件的设计方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1、确定油路通道的孔径：
所确定的油路通道的孔径须满足所述放气嘴体的强度能否保证在最大刹车压力下不会产生破裂或变形；
通过公式(1)确定放气嘴体壁厚：
Figure FDA0002287240940000011
公式(1)中：δ为壳体壁厚，单位为mm；Pmax为2.5倍的工作压力；D为放气嘴体的最大孔径，单位为mm；σs为放气嘴体的许用应力；
步骤2、确定密封圈的参数：
密封圈压缩率yb由公式(2)确定
公式(2)中，h为密封圈槽深度，b为密封圈椭圆截面的长轴；
密封圈椭圆截面的长轴b由公式(3)确定，
其中d为密封圈公称截面直径；α为密封圈拉伸率；
密封圈拉伸率α由公式(4)确定，
Figure FDA0002287240940000023
D1为密封圈槽公称直径；D2为密封圈公称内径；
密封圈槽深度h由公式(5)确定，
其中，D1为密封圈槽公称直径；DD为密封圈槽的直径；
步骤3、确定管接嘴排油孔孔径D3：
通过公式(6)确定管接嘴排油孔横截面面积W
公式(6)中：
ΔP为管接嘴进口与出口的压差；Q为管接嘴口的油液输出流量，Q小于1L/min；
ρ为油液密度；Cq为流量系数；W为管接嘴进油通道横截面面积，
Figure FDA0002287240940000026
其中
n为所述管接嘴排油孔进油口的数量；D3为管接嘴排油孔孔径；
通过以上步骤，完成了所述用于航空刹车机轮的放气嘴组件的设计。
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