劉學(xué)杰　呂超　牛亞宏　王宏旭

摘 要：APU在現(xiàn)在飛機設(shè)計中占有很重要的位置，但是由于APU本體工作時產(chǎn)生熱變形從而引起安裝系統(tǒng)的機械變形，這是在APU系統(tǒng)設(shè)計中必須解決的一大難題。文章針對APU工作時會產(chǎn)生熱變形從而引起APU安裝系統(tǒng)的機械變形的問題，提出一種補償設(shè)計方法以抵消APU安裝系統(tǒng)的機械變形，避免APU工作時在安裝系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。文章首先介紹某型APU安裝系統(tǒng)在飛機上一般安裝形式，然后針對這一安裝形式會產(chǎn)生的熱變形難題進行補償設(shè)計，最后通過某型APU在飛機上的安裝實例對APU安裝系統(tǒng)補償設(shè)計進行驗證。

關(guān)鍵詞：APU；APU安裝系統(tǒng)；變形補償

1 概述

APU（Auxiliary PowerUnit，輔助動力裝置）在現(xiàn)代飛機設(shè)計中占有很重要的位置，它主要用于在主發(fā)動機未啟動時提供飛機所需液壓、電源及環(huán)控系統(tǒng)的動力，降低飛機對電源車等地面保障設(shè)備的需求。APU安裝系統(tǒng)是一種使APU本體可靠地安裝在飛機上的承載結(jié)構(gòu)，由于APU本體工作時產(chǎn)生熱變形從而引起安裝系統(tǒng)的機械變形，所以APU安裝系統(tǒng)要具備熱變形補償功能以消除APU工作時產(chǎn)生的誤差。文章首先介紹了某型APU安裝系統(tǒng)補償設(shè)計通過某型APU在飛機上的安裝實例對APU安裝系統(tǒng)補償設(shè)計進行驗證。

2 APU安裝系統(tǒng)補償設(shè)計

2.1 APU安裝系統(tǒng)

圖1為一種典型的3-2-2式APU安裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，APU本體由三個安裝節(jié)通過4根拉桿及1個轉(zhuǎn)接支座安裝固定在飛機的APU容納艙，為了使APU可靠地安裝固定，我們將左側(cè)安裝節(jié)固定下來，限制APU的三個自由度，右側(cè)安裝節(jié)及后安裝節(jié)限制APU的另外三個自由度。在該APU安裝系統(tǒng)設(shè)計中，如果每個安裝節(jié)固定，APU本體的安裝點隨著工作時產(chǎn)生的熱變形而移動，引起安裝節(jié)內(nèi)的減震單元扭曲變形，隨著APU服役時間的增加，勢必引起減震部件損壞，這在飛機設(shè)計中是不允許的，因此我們必須在APU安裝系統(tǒng)設(shè)計時考慮APU本體的熱變形補償。

2.2 APU安裝系統(tǒng)補償設(shè)計

為了清晰表示APU工作熱變形時各桿系間的變化關(guān)系，將APU本體簡化成一個細長的剛體，本體與APU安裝接口間使用細長桿連接，如圖2（a）所示。APU工作時產(chǎn)生的熱變形表現(xiàn)在橫向和縱向變形，對于混合式的APU安裝系統(tǒng)而言，熱膨脹變形可以用圖2（b）表示，δ為縱向變形，t為橫向變形。一般情況下著兩個值均為毫米級，其補償也可以通過錐形螺紋設(shè)計裝配間隙及安裝節(jié)內(nèi)減震部件的變形完成。但是該補償效果有限，而且隨著APU服役時間的增加，在減震部件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力有可能導(dǎo)致減震部件損壞，所以必須考慮采取其他的補償措施。

文章設(shè)計的APU安裝設(shè)計系統(tǒng)的補償方式見圖2（c）、2（d），通過在連接拉桿的桿頭安裝關(guān)節(jié)軸承來實現(xiàn)。APU本體工作時受熱膨脹伸長了δmm，由于APU左安裝節(jié)不能沿縱向移動，所以其所有的變形量都傳遞至后安裝節(jié)上，后安裝節(jié)帶動拉桿搖臂沿關(guān)節(jié)軸承的軸線擺動為角度α，橫向補償角度為β。

2.3 某型APU安裝系統(tǒng)補償設(shè)計實例

某型APU安裝設(shè)計中，關(guān)節(jié)軸承縱向補償角α設(shè)計角度為±2.3°，回轉(zhuǎn)半徑R長度為303mm，可以補償APU工作時沿縱向±12mm熱變形量。APU的橫向擺動角度β的設(shè)計角度為±2°，回轉(zhuǎn)半徑R長度為551mm，可以補償APU工作時沿橫向±19mm伸長量。一般情況下，APU在工作時其熱變形不超過5mm，該變形補償設(shè)計的安全裕度滿足使用要求。

3 結(jié)束語

文章首先引入APU及其安裝系統(tǒng)在飛機設(shè)計中的作用，提出熱變形補償設(shè)計在APU安裝系統(tǒng)設(shè)計中的重要意義，然后詳細介紹APU補償設(shè)計的原理及其計算過程，最后通過某個實例進行驗證該變形補償設(shè)計對于類似的飛機設(shè)計具有很大的借鑒意義。

參考文獻

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[4]唐振寰.橡膠隔振器動力學(xué)建模及動態(tài)特性研究[D].南京航空航天大學(xué)，2013.

作者簡介：劉學(xué)杰（1982-），男，工程師，碩士研究生，從事試驗機改裝設(shè)計與研究工作。