马智勇1 薄维敏2
1海装驻南京地区第四军事代表室 ；2空军南京综合仓库；210000
摘要：本文介绍了一种具有双油面控制功能的摇臂式浮子，分析了双油面形成的原理，并通过输油实验验证了能够实现输油过程中的双油面控制功能，提高输油活门寿命，减少输油系统输油不平衡情况的发生。
关键词：双油面 浮子活门 输油平衡 可靠性
0 概述
本文以南京机电与611所签订的《某型飞机改进新成品技术协议》为契机，在借鉴单油面摇臂式浮子活门和双油面浮动滑阀的基础上加以改进，对浮子所控制的油面高度差进行计算分析。通过联合试验进行验证与优化，得到符合预期的具有双油面控制功能的摇臂式浮子。本文为具有双油面控制功能的摇臂式浮子设计提供了一种新的思路与方法。
1双油面摇臂式浮子设计的基础公式与思路
1.1摇臂式浮子设计的基础公式
1.1.1浮子功能的设计
摇臂式浮子在工作过程中实现两个功能：1、浮起，保证产品可靠关闭；2、落下，保证产品可靠开启。
a) 浮子活门重力矩大于最大压力矩，可以保证浮子活门可靠落下，即浮子活门打开；
b) 浮子活门浮力矩大于浮子活门重力矩，可以保证浮子活门可靠关闭。
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图1 双油面控制原理图
1.2 双油面设计的方案分析
根据浮子拉开双油面原理，设计三种拉开油面的方案。
1.2.1 增加浮子高度方案
通过增加浮子高度，增大V2 从而实现增加拉开工作油面ΔH的目的，该方案需要增加浮子的高度，结构设计相对简单。原有的钟形活门及活门杆等零组件无需改动可以直接借用，其中钟形活门组件技术成熟在多型浮子活门上使用，匹配性稳定。浮子增高后，整体重量与体积会相应增加。
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图2 增加
1.2.2 增加泄压活门空行程方案
当油面下降时，浮子随油面下降，活门杆压在钟形活门上，浮子重力克服钟形活门上的燃油压力，通过活门杆将钟形活门压开，钟形活门打开泄压。当油面上降时，浮子开始上浮时，活门杆随浮子向上运动，钟形活门在燃油力的作用下，也向上运动，变为关闭状态。
通过增加钟形活门上方活门杆的长度，从而达到增加泄压活门的空行程S，进一步实现双油面控制的目的，原理图见图6。
该方案在保证原有浮子尺寸基础上，对活门杆尺寸进行延长，活门整体体积与重量变化不大。钟形活门压力需要重新匹配。
1.2.3 增加浮子空行程方案
在保持泄压活门结构不变的基础上，更改浮子结构，将浮子装在滑套上，滑套行程大于浮子厚度。通过滑套上的空行程实现双油面控制的目的。原理见图3。
该方案钟形活门结构不变，对浮子进行重新设计，浮子为浮动滑阀式结构，对滑阀滑套间间隙要求较高。抗污染能力相对较弱。
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图3 增加浮子空行程方案原理图
1.2.4 双油面控制方案的选择
分析三种双油面控制方案，其中增加浮子高度方案，对钟形活门结构没有影响，由于浮子增加会造成整体尺寸增加，相对改动较小，技术成熟。通过对浮子厚度的增加实现双油面控制的目的，该方案可行。
其中增加泄压活门空行程方案，需要将钟形活门上方活门杆进行延长，传统单摇臂式浮子结构可靠，得到外场认可。因钟形活门打开是由活门杆压开，一旦活门杆向上运动，作用在钟形活门上的力消失后，钟形活门会在燃油压力的作用下运动到关闭位置，故靠在现有结构上，增加泄压力活门的行程来实现打开和关闭的双油面控制功能，不可行。
其中增加浮子空行程方案，浮子与滑套间的连接方式仍为浮动滑阀式结构，该结构对滑套和浮子间间隙要求比较苛刻，间隙过小会造成浮子卡滞，落不下来。该结构抗燃油污染能力差，不可行。
2 设计过程
2.1 双油面摇臂式浮子方案优化
拉开工作油面ΔH=(V2-V1)/S，从公式中推到，浮子截面S恒定的情况下，
ΔH为定值。因此具有双油面控制功能的摇臂式浮子活门方案为：采取上、下浮子分层方案。将单层浮子结构改为双层摇臂式浮子活门结构。
摇臂式浮子活门结构中无精密的导向运动配合，且运动的驱动力矩较大，抗燃油污染能力较浮动滑阀好。上、下浮子分层方案中间为支臂，支臂上通过安装配重块的方式，对油面可以进行微调。整体结构紧凑，空间利用率高。
2.2 双油面控制油面差设计
根据协议要求双油面控制中供油箱内油浮子控制输油油面差不低于40mm。针对重力矩、浮力矩、压力矩三者进行计算和匹配。通过建模仿真计算出：
设计匹配上均有较大余量。实现控制输油油面差不低于40mm，保证工作过程中浮子活门打开和关闭的可靠性。
控制腔压力的大小影响油面拉开的距离。控制腔压力应相对较高，稳定。当压力低于一定压力时（如在增压或引射输油时）或飞机剧烈振动动，无法实现双油面控制，由上浮子实现单油面控制。
3 试验验证
3.1 试验设备
具有双油面控制功能的摇臂式浮子，输油性能试验联试的某流量比例器，SD-105液动涡轮泵性能试验台。
3.2 试验原理
通过前组泵和机翼泵向流量比例器输油，通过回油泵将燃油返回油箱，摇臂式浮子控制流量比例器的打开和关闭。通过刻度尺记录摇臂式浮子打开和关闭的油面位置。实验原理图见图4。
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图4 试验原理图
3.3 试验过程
将油浮子和比例调节器安装在试验台上，启动前组泵、机翼泵和回油泵，调节T1控制供油箱回油的速度在合适范围（产品能够实现正常打开、关闭循环）。
当供油箱油面下降至油浮子下浮子位置时，油浮子能开启控制油路，比例调节器能同时开启前组油箱和机翼油箱输油管路，能按给定流量、比例向供油箱输油。在开始输油时，记录此时油面高度对应的高度尺上的值，记为h开。
当供油箱油面上升至油浮子下浮子位置时，油浮子能关闭控制油路，比例调节器能同时关断两个输油路，停止向供油箱输油。 在停止输油时，记录此时油面高度对应的高度尺上的值，记为h关。
3.4 试验结果
实验结果油面拉开距离为59mm，满足拉开油面不少于40mm的协议要求。达到了双油面控制的目的。
4 结论
本文通过对单油面摇臂式浮子活门的原理分析，并根据输油活门使用工况，采用了上下双浮子摇臂式浮子活门设计方案。实现了浮子活门双油面控制的功能，起到增加输油活门单次输油量，减小活门开关的频次，减小油箱间输油的不平衡量，通过试验和外场使用，很好的解决了输油不平衡、输油活门频繁工作问题，提高了产品的可靠性和耐久性，为以后输油设计提供一种切实可行的方法，为后期同类产品设计时提供一种可借鉴的方案。