民用飞机机身结构排水设计研究

张刚;刘杰

【摘要】飞机机身结构的有效排水是防止飞机结构腐蚀的重要手段之一.文中阐述了机身结构排水设计的原则和技术要求,分析了机身主要区域的排水设计要点,说明了机身结构典型排水路径及其结构,以便为民用飞机排水结构的设计提供参考.

【期刊名称】《机械工程师》

【年(卷),期】2015(000)007

【总页数】3页(P130-132)

【关键词】民用飞机;机身结构;排水;路径

【作者】张刚;刘杰

【作者单位】中航沈飞民用飞机有限责任公司工程研发中心,沈阳110000;中航沈飞民用飞机有限责任公司工程研发中心,沈阳110000

【正文语种】中文

【中图分类】TH122

0 引言

空气在飞机内部结构寒冷表面上冷凝形成的水汽及飞机飞行过程中产生的各种废液是引起飞机多种腐蚀和诱发设备故障极为有害的介质。腐蚀可对飞机机体带来严重的损伤，并产生巨额的维修费用，甚至造成飞机发生灾难性事故。因此，在飞机研制过程中应满足飞机排水设计相关要求，为排除这些有害液体设计和布置排水路径及其相关结构，从而减缓或防止机体腐蚀的发生，保证飞机在寿命期内安全飞行［1］。

1 机身结构排水设计原则

1.1 机身结构排水设计目标

飞机机身结构需要控制和排放的液体主要包括：空气冷凝在各种表面所产生的凝聚水；因可能的冲刷，渗入或溅落到飞机内部的雨水或冲洗液；从系统中正常渗漏出来的燃油、液

压油和其它液体；机舱厨房和洗手间水槽中渗漏或溢出的灰水；地板上的灰水；马桶中的废水；登机门或服务门旁在地板上溶化的积雪或泥水；防冻液等。

机身结构排水设计的目标是保证飞机在必要的地方提供排水、密封及通风措施，以起到降低火患、防潮、防腐和防磨的作用，并避免在飞机特定部位形成危害性的结冰。

飞机机身结构的排水设计应满足相关的适航要求，如CCAR25.609“结构保护”、CCAR25.863“可燃液体的防火”、CCAR25.1185“可燃液体”、CCAR25.1187“火区的排液和通风”、CCAR25.1455“易冻液体的排放”等［2］，并符合结构耐久性和防腐蚀设计的有关要求。

1.2 机身结构排水设计原理

飞机在停机状态，依靠飞机自身的俯仰角度将所需排放的液体全部排出机外；在起飞时的地面滑行状态，利用飞机产生的俯仰运动，液体通过机身壁板上形成的纵向和环向排水路径由机身底部的排水阀排放至机外；飞机在下降阶段也可进行排水，但此时液体可能已经结冰。飞机机身结构排水设计原理如图1所示。

图1 飞机机身结构排水设计原理示意图

1.3 机身结构排水设计思路

飞机机身结构的排水必须保证结构元件上所凝结的弱腐蚀性水可以通过尽可能短的排水路径排向飞机机舱底部；从厨房等类似地方排出的腐蚀性液体能够直接排到机外，或收集到耐腐蚀的容器中，以便在着陆时进行处理。

从压力机舱向机外排水应使所聚集的液体能够完全排出，所采用的排水方法可以是自动的或手工的，并作为飞机阶段性维护程序中的一个环节进行处理；从飞机非压力区域向机外排水应保证液体持续排出。飞机机身结构的正确排水必须通过严密的设计而不是大量使用密封剂来保证。

飞机机身结构的排水设计应提供数据证明有合理且足够的排水路径和排水位置，并通过试验证实飞机的排水效率。

2 机身结构排水设计要求

2.1 通用设计要求

在机身的增压区域，机身的排水应满足以下要求：1）机身结构应该为排除冷凝液体设置通风或排水设施；2）通向机外的排放系统应设计成将舱内空气的泄漏最小化，总的空气泄漏量必须控制在座舱压力损失的许可范围内；3）机外排放口的设计应该满足飞机内部噪声控制的相应要求；4）卫生间的废水应该存储在指定的废水箱内，废水箱应该垂直于地面服务面板；5）厨房和卫生间水槽的废水应该通过排水管、排水杆排到舱外或者收集在指定的容器中，到地面后再排出，而不允许将水排到舱底；6）厨房、洗手间和登机区域的地板应密封以防止液体渗漏到相邻区域或地板下的设备或结构上；7）在客舱门和货舱门门槛底部应排水充分，以防止积水。

在机身的非压力区域，所有多余液体都应排到舱外；在正常飞行过程中，排水杆应保持正吸力。

机外排放口的设计应满足下列要求：1）排放口的设计和安装应对机身的影响最小，除已有的规定外，其位置应尽量位于机身底部；2）具有最小气动阻力外形；3）机外排放口排放的液体不能流入既定的安全区，如进入发动机罩上部位置等区域。

作为一项设计目标，易燃液体的排放装置和出口应位于机身的一侧（如左下部）；客舱和

辅助设备的通气管和进、出口应位于机身的一侧（如右侧）；水系统的加、排水口应和废水系统的冲洗、排放口的位置分开。在不具备排水系统的部位（例如驾驶舱顶部），应在结构和绝热隔音层之间保证新鲜空气的充分流动，以保证所聚集的水蒸发或被流动的空气带走。

2.2 具体设计要求

结构上的所有区域，包括接头、滑轨和系统元件，凡能引起凝露或积存雨水、防冻液、冲洗液、冷凝水或溢出液的结构死角或部位，都应设计适当的排水通路、排水孔或舱外排水管，以防腐蚀引起的机体损伤。

结构上的排水孔应设置得便于液体在长桁和其它构件之间流通，这些孔应符合结构耐久性设计要求。当最小直径的排水孔不符合结构要求时，可以采用椭圆孔代替，或提供多个总表面积更大的小尺寸排水孔。所有隔框之间不能提供排水功能的长桁上应设置排水孔。排水孔的尺寸和数量应接近，以保证所有的水在可能聚集的区域都能有效排出。所使用的最大排水孔尺寸不应影响零件的完整性。不能堵塞沿着长桁和穿过隔框的排水路径，以保证水的完全排出和减少水的聚集。应避免使用过量的密封剂，以保证排水所用的间隙和孔洞

保持开敞。

避免在封闭的空间里积水。如果不可避免，必须在型腔内提供排水孔，并且将零件设计成允许液体流到该排水孔；在设计难以满足这些目标的情况下，可以使用密封剂帮助水排向排水孔。所有可能积液的空隙或沟槽都应用密封剂填平，以让液体通过最近的排水孔排出。结构设计时应尽量减少密封剂的使用。

飞机机体（包括机身和机翼）上的凝聚物，应通过带有排放活门的排放孔或排放口排至机外。在增压区之内的结构，应通过通风或排放措施清除所有液体，在需要的区域应设置液体排放管路，并通往机外排放口。定位液体排出口时应做到排出的液体，不管是排到地上的还是排到空气中的，都不可以沿结构回流，也不可流到结构、机舱或驾驶舱的窗户上。在座舱的绝热隔音层和结构之间应有足够大的空间，以排除毛细管作用；并应采取有效办法清除凝聚物。

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