王　哲

（第一飛機設計研究院，陜西　西安　710089）

飛機吊艙設計技術(shù)研究

王哲

（第一飛機設計研究院，陜西西安710089）

從飛機吊艙總體布局、維修性、氣動外形、載機適配性等進行了全面論述，總結(jié)了吊艙結(jié)構(gòu)設計、機械和電氣接口、吊耳型式、系統(tǒng)布置、重心控制等特點，并對吊艙靜力、振動、沖擊試驗進行了要求，形成了標準已發(fā)布。

飛機；吊艙；總體布局；結(jié)構(gòu)設計

［DOI編碼］10.13237/j.cnki.asq.2016.04.003

為拓展飛機功能和提高飛機外掛能力，加裝吊艙在飛機改裝或電子戰(zhàn)中應用越來越廣泛，如電子干擾、加油、導航、通信、照明、機載設備或武器等，并吊掛在機身或機翼下的流線形短艙段。如何確定設計準則、結(jié)構(gòu)方案、吊掛形式、設備安裝、強度剛度、飛機相容性、維護等，是吊艙設計要解決的難點，另外，吊艙系統(tǒng)應嚴格按照通用化、系列化、模塊化（“三化”）的要求進行設計。吊艙結(jié)構(gòu)應綜合考慮系統(tǒng)內(nèi)設備的不同要求以及結(jié)構(gòu)的強度剛度要求等，并進行優(yōu)化設計。載機掛裝吊艙后應進行氣動性能、操縱、重量重心、電磁兼容、共振及顫振、強度剛度等分析。

1　設計要求

1.1設計準則

a）應滿足飛機對吊艙總體布置、外形、吊掛方式、重量重心、氣動特性等要求；

b）吊艙結(jié)構(gòu)應滿足功能設備的安裝、結(jié)構(gòu)完整性、強度剛度等要求；

c）所選材料及其強度數(shù)據(jù)應符合相關(guān)標準；

d）應符合飛機分系統(tǒng)或設備電磁兼容性設計要求；

e）應滿足地面安裝、維護、運輸要求，并應考慮維護的可達性；

f）應選用成熟工藝，減少技術(shù)風險，降低成本、提高結(jié)構(gòu)效率。

1.2外形

吊艙作為飛機運載的一個懸掛物，其最有效的設計是在滿足系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)要求的同時，使飛機性能的下降減到最小，一般吊艙外形多為流線旋轉(zhuǎn)體。吊艙應有合理的氣動外形和結(jié)構(gòu)強度、剛度，應提高艙內(nèi)空間利用率和吊艙的有效載荷/自重比。必須要適應亞、跨音速飛行狀態(tài)氣動載荷的氣動外形。表面外形應光滑、流線，對縫階差和間隙要小，特殊的連接區(qū)域宜設置整流罩。

1.3維修性

吊艙里邊裝備設備要執(zhí)行特殊的任務，數(shù)據(jù)的加載、設備的更換與維修等很頻繁，維修性設計對提高吊艙的任務執(zhí)行力很重要。應采用統(tǒng)一設計的設備安裝支架，提高空間利用率，縮短維修時間；口蓋布置要方便設備拆裝，經(jīng)常需要打開的口蓋應是快卸式；懸掛裝置的裝掛程序應簡單、方便，盡量不需要調(diào)整。如果需要，調(diào)整應簡便、快速。

2　吊艙設計

2.1總體布置

設備的布局涉及到冷卻系統(tǒng)的效率、艙體模塊化組合、電氣設備單元模塊化組合、維修性以及電纜的拆裝有效性等。應考慮載機的氣動性能，包括外形尺寸、重量重心、懸掛方式、飛機上安裝位置等；同時載機掛吊艙后，應保持良好的操縱性能和機動性能。吊艙布置應緊湊，宜按GJB 1C-2006《機載懸掛物與懸掛裝置接合部位通用設計準則》選取標準掛點，應綜合考慮懸掛、環(huán)控、設備安裝及維護等方面要求。吊艙應設有飛機安裝與地面放置的裝置。設備安裝可達性和可維修性良好；設備布置應符合飛機外掛物重量、重心的要求；最大限度地發(fā)揮各分系統(tǒng)的性能，相關(guān)設備布置在一起；分別考慮T/R組件和其它電子設備模塊的散熱，重點保證T/R組件的散熱；冷卻系統(tǒng)的進風口和出風口應保持一定的壓差，減少管路，盡可能降低管路的流阻；艙段電纜、管路等可按要求方便拆裝；滿足干擾吊艙的使用條件、掛載方式、安裝尺寸和重量、重心諸方面的物理、機械接口要求，重視電子設備吊艙制造工藝技術(shù)。

2.2吊艙結(jié)構(gòu)

艙體結(jié)構(gòu)應綜合考慮系統(tǒng)內(nèi)設備的不同要求以及結(jié)構(gòu)的強度剛度要求，考慮目前的材料供應、工藝水平及受載情況，吊艙一般采用桁梁式結(jié)構(gòu)，為了使用和維護的方便兩邊開有維護口蓋，并應考慮吊耳或支座等安裝孔和電連接器的安裝位置、止動區(qū)、彈射區(qū)、支撐區(qū)等的結(jié)構(gòu)加強設計。結(jié)構(gòu)布置應做到安全可靠、成本低，傳力路線短，主要受力構(gòu)件應力求綜合利用。結(jié)構(gòu)設計應滿足總體布局和性能的要求，并應具有良好的工藝性、維修性、高的結(jié)構(gòu)效率。結(jié)構(gòu)的布置應使吊艙具有良好的疲勞、損傷容限特性。應注重細節(jié)設計，避免出現(xiàn)偏心，剖面變化應緩和，避免在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)剛度突變的硬點。結(jié)構(gòu)設計應采用成熟技術(shù)并適當采用先進技術(shù)，這包括先進材料、先進設計技術(shù)與制造技術(shù)等，并應考慮系列化、通用化、組合化發(fā)展。

2.3天線罩

天線罩、受力結(jié)構(gòu)滿足強度、剛度、疲勞和設備安裝要求。天線罩兼作整流罩，既要滿足氣動強度要求，以承受飛行中的氣動載荷，又要滿足天線的電性能要求。需要采用滿足電性能要求的透波材料，天線罩外形與吊艙殼體外形一體化設計。天線罩的設計應符合HB 6186-1989《機載雷達罩通用規(guī)范》要求。在環(huán)境條件作用下，在天線罩的整個壽命期內(nèi)，天線罩的性能、結(jié)構(gòu)完整性或其它任何方面都不應有所下降；供強度分析和試驗用的復合材料力學性能應考慮環(huán)境條件的影響，且應是生產(chǎn)中所使用的復合材料抽樣進行力學性能測試結(jié)果，并應符合有關(guān)的試驗規(guī)范和條件；天線罩的靜強度用設計許用值控制時，要求在限制載荷作用下不超過結(jié)構(gòu)的使用許用值，在極限載荷作用下不超過結(jié)構(gòu)的設計許用值；結(jié)構(gòu)設計許用值的確定必須考慮溫度和濕度的影響、制造缺限和沖擊損傷以及可能的振動環(huán)境對結(jié)構(gòu)材料強度的影響；應充分利用復合材料的可設計性，合理地選取鋪層角、鋪層比和鋪層順序，以達到比鋼度高。

2.4接口協(xié)調(diào)

電氣接口：吊艙與載機的電纜連接器分為主電連接器和輔助電連接器。按GJB 1188A-1999《飛機/懸掛物電氣連接系統(tǒng)接口要求》，選用可快速分離電連接器。吊艙與載機的信號交換全部采用數(shù)字形式，除少數(shù)離散量信號外，吊艙通過GJB 289A-1997《數(shù)字式時分制指令/響應型多路傳輸數(shù)據(jù)總線》串行數(shù)據(jù)總線與載機綜合航電系統(tǒng)接口。

機械接口：吊艙與載機的機載接口按GJB 1C-2006要求設計，吊艙的止動區(qū)、彈射區(qū)、支撐區(qū)、重心位置和電連接器位置均滿足GJB 1C-2006的要求，并應考慮不同重量級的懸掛方式。吊耳設計應符合GJB 283-1987《第Ⅰ重量級懸掛物吊耳》～GJB 288-1987《飛機副油箱用762mm吊距的吊耳技術(shù)條件》、GJB 637-1988《第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ重量級機載懸掛物用吊耳》等要求。

吊艙的安裝與拆卸：吊艙設計應考慮與地面裝卸車、起吊設備和放置托架的接口協(xié)調(diào)。

2.5計算與分析

氣動力和載荷：進行飛機掛吊艙氣動特性計算，飛機掛吊艙對飛機氣動特性的影響評估。根據(jù)氣動力計算結(jié)果，計算飛機掛吊艙的各種載荷狀態(tài)。

飛行性能：按懸掛構(gòu)型進行飛機掛裝吊艙飛行性能計算，評估飛機掛吊艙飛行性能情況，包括起飛、著陸性能。

飛行品質(zhì)：進行飛機掛裝吊艙飛行品質(zhì)計算檢查和分析，包括橫航向、縱航向飛行品質(zhì)。

重量重心：計算飛機掛吊艙隨燃油消耗的質(zhì)量特性數(shù)據(jù)及重量重心變化，根據(jù)飛機重心限制條件，計算是否滿足重心限制要求。

靜強度分析：吊艙靜強度計算的應力應變水平是否滿足強度剛度要求。

顫振計算：根據(jù)全機地面共振試驗結(jié)果，進行飛機掛吊艙顫振計算，是否能夠滿足顫振要求。

3　試驗驗證

應對吊艙結(jié)構(gòu)進行靜強度、動強度和淋雨試驗驗證。

3.1靜強度試驗

在限制載荷作用下，保持載荷30s，卸載后結(jié)構(gòu)不允許出現(xiàn)永久變形；在極限載荷作用下，持續(xù)3s，結(jié)構(gòu)允許出現(xiàn)永久變形，但不應發(fā)生破壞。

3.2動強度試驗

吊艙結(jié)構(gòu)動強度試驗包括振動、沖擊、共振等試驗。吊艙應總裝完畢，設備可用模擬件。

振動試驗：在預期的振動環(huán)境條件下，驗證吊艙性能不降低，結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)損壞，振動試驗按GJB 150.16A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第16部分：振動試驗》規(guī)定的要求執(zhí)行。

沖擊試驗：在預期的沖擊環(huán)境條件下，驗證吊艙功能是否滿足要求，結(jié)構(gòu)是否產(chǎn)生殘余變形、出現(xiàn)裂紋及其他機械損傷。沖擊按GJB 150.18A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第18部分：沖擊試驗》規(guī)定的要求執(zhí)行。

試驗內(nèi)容包括正弦掃頻試驗、隨機振動試驗和沖擊試驗。通過振動及沖擊動應力試驗，保證在實際使用過程中不會因振動而出現(xiàn)性能降低，并在所規(guī)定的振動及沖擊條件下具有良好的工作適應性和結(jié)構(gòu)完整性。

共振試驗：應將吊艙掛在飛機上，預期振動環(huán)境下，測量飛機結(jié)構(gòu)、外掛物的固有特性，包括各階固有頻率、振型和阻尼。試驗按照GJB 67.9A-2008《軍用飛機結(jié)構(gòu)強度規(guī)范 第9部分：地面試驗》的要求進行。

3.3淋雨試驗

吊艙應總裝完畢，吊艙所有的口蓋應鎖閉完好，對電連接插座進行遮擋保護，試驗前口蓋縫隙處不允許用圖樣規(guī)定以外的任何密封材料封堵。應將吊艙安裝在運輸起掛車上，推入試驗場地，按GJB 5431-2005《飛機結(jié)構(gòu)防水和排水設計要求》進行淋雨試驗。

4　結(jié)束語

吊艙是外掛物，是飛機功能的拓展，各式各樣的吊艙應運而生。但不外乎，一與載機適配性，總體和氣動性能的影響，重量重心的平衡，顫振特性分析等；二是吊艙本身設計，結(jié)構(gòu)強度、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、設備維修及與載機的連接等，將規(guī)律性的設計方法與試驗進行固化，設計中應考慮因素及要求進行總結(jié)，不斷提高設計水平，減少問題發(fā)生。此外，外掛物可能引起機翼顫振，將會限制飛機的飛行速度和過載。外掛物還會使飛機的雷達反射面積增加。為了減少外掛物對飛行阻力和雷達反射面的不利影響，可考慮半埋式或全埋式保形外掛法，通過以上研究，總結(jié)編制出《飛機吊艙通用要求》標準可以規(guī)范設計，提高設計質(zhì)量。

（編輯：雨晴）

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1003-6660（2016）04-0012-03

2016-03-03