趙海濤

（中國(guó)商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，中國(guó) 上海 200000）

0 引言

大型客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛主要有2個(gè)作用，一是傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)載荷，二是滿足其內(nèi)部的系統(tǒng)布置，因此，吊掛區(qū)域的總體布置工作既要考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，也要考慮系統(tǒng)特性要求，且同時(shí)滿足安全性和維修性要求，確保吊掛區(qū)域的全局布置方案的最優(yōu)。本文根據(jù)一種典型的吊掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，提供2種吊掛盒段總體布置設(shè)計(jì)思路，并對(duì)這兩種思路優(yōu)劣進(jìn)行對(duì)比分析，供飛機(jī)設(shè)計(jì)參考。

1 方案基線

上述內(nèi)容中提到本文根據(jù)一種典型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，就是吊掛盒段前安裝節(jié)位于發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣頂端的布置形式。吊掛系統(tǒng)布置通道布置與吊掛結(jié)構(gòu)形式、發(fā)動(dòng)機(jī)AGB安裝位置聯(lián)系緊密，所以，本文對(duì)吊掛管線路布置通道布置的討論將基于以下3種情況：

1.1 吊掛結(jié)構(gòu)

目前主流的吊掛與發(fā)動(dòng)機(jī)連接形式有2種，一種是前安裝節(jié)位于發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣頂端，另一種是前安裝節(jié)位于發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇區(qū)與核心區(qū)交界位置的形式，這兩種形式會(huì)使吊掛結(jié)構(gòu)形式截然不同，研究將基于前安裝節(jié)位于風(fēng)扇機(jī)匣頂端的情況。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)布置

現(xiàn)役商用客機(jī)采用的發(fā)動(dòng)機(jī)附件齒輪箱（AGB）主要位于發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇區(qū)或發(fā)動(dòng)機(jī)核心區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)大部分與吊掛內(nèi)連接的管線路都與AGB相連，AGB安裝在核心區(qū)的發(fā)動(dòng)機(jī)相比AGB安裝在風(fēng)扇區(qū)的發(fā)動(dòng)機(jī)有更多的可燃液體管路和EWIS線束需要從發(fā)動(dòng)機(jī)核心區(qū)經(jīng)過吊掛，所以，其位置基本確定了管線路的主要布置通道，本文基于AGB安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)核心區(qū)的情況。

1.3 吊掛系統(tǒng)布置

吊掛內(nèi)部布置的典型系統(tǒng)包括氣源、燃油、液壓、防火和EWIS等，這些系統(tǒng)通常都會(huì)穿過物理分界面（防火墻）進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域。其中，氣源管路/設(shè)備占據(jù)空間較大，液壓、燃油管路數(shù)量和尺寸都較小，EWIS線束尺寸不大但數(shù)量較多。本文研究?jī)?nèi)容將主要基于上述五個(gè)系統(tǒng)。

2 吊掛系統(tǒng)管線路通道設(shè)計(jì)分析

2.1 吊掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吊掛結(jié)構(gòu)主要包括盒段、上整流罩、后緣三個(gè)主要部段，其中盒段主要傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)載荷，上整流罩和后緣不是主要受力件，主要承受振動(dòng)和氣動(dòng)力帶來的載荷。

通常來說，吊掛盒段與蒙皮之間設(shè)計(jì)可以采用下述兩種方式，一種是吊掛盒段側(cè)壁板與蒙皮貼合，另一種是吊掛盒段與蒙皮之間留出一定間隙，如圖1和圖2所示。僅對(duì)結(jié)構(gòu)而言，吊掛盒段的體積越大，對(duì)于吊掛盒段整體的剛度和發(fā)動(dòng)機(jī)安裝節(jié)的設(shè)計(jì)是有利的，這個(gè)特點(diǎn)會(huì)使得吊掛結(jié)構(gòu)的重量較輕。

2.2 管線路布置通道分析

發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的管線路進(jìn)入機(jī)體，必須經(jīng)過吊掛盒段，而經(jīng)過吊掛盒段通常有兩種方式，一種是管線路穿過吊掛盒段下壁板和上壁板，進(jìn)入吊掛上整流罩區(qū)域再進(jìn)入機(jī)翼；另一種是管線路布置在吊掛盒段兩側(cè)，豎直向上進(jìn)入吊掛上整流罩區(qū)域再進(jìn)入機(jī)翼。

從吊掛設(shè)計(jì)特點(diǎn)及性能要求來看，通常引氣管路尺寸較大，不大可能由吊掛盒段外側(cè)從發(fā)動(dòng)機(jī)核心區(qū)布置到吊掛上整流罩區(qū)域，因此，引氣管路的布置，無論采用什么方案，都必須穿過吊掛盒段上、下壁板，從發(fā)動(dòng)機(jī)核心區(qū)進(jìn)入吊掛上整流罩區(qū)域。

對(duì)于總體布置來說，需要綜合考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和系統(tǒng)布置的要求，接下來將對(duì)這兩種方案分別進(jìn)行描述和對(duì)比分析。

a）穿過盒段布置方案

管線路穿盒段方案，首先要求吊掛盒段兩側(cè)與蒙皮貼合，這樣可以保證吊掛盒段最寬，這一點(diǎn)對(duì)于吊掛剛度是有利的。其次，將所有的管線路接頭布置在吊掛盒段下壁板上，如果這些管線路采用快卸接頭，則布置時(shí)要考慮所有快卸接頭的手部操作空間，如果采用普通接頭，則需要考慮接頭的工具操作空間，如果采用穿墻接頭，則需要考慮振動(dòng)補(bǔ)償件的尺寸和管線路的振動(dòng)，確保所有的管線路和接頭充分隔離。該方案需要在吊掛盒段下壁板上開孔，其數(shù)量取決于管線路的數(shù)量。這對(duì)于吊掛的強(qiáng)度是很不利的，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成增重。

從維修性來看，所有的管線路布置在吊掛盒段內(nèi)部，會(huì)較大地影響他們的可達(dá)性，實(shí)際操作中，移除蒙皮之后，還需要移除盒段兩側(cè)的壁板或者從已有開孔接近管線路，開孔越多、越大，對(duì)于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越不利。

從安全性來看，需要在接頭附近采取排液措施，避免可燃液體與高溫引氣管路和EWIS線束接觸，由于所有管線路都位于盒段內(nèi)部，會(huì)使得可燃液體管路、會(huì)產(chǎn)生電弧的電纜以及高溫引氣管路彼此之間缺少足夠的隔離，這會(huì)對(duì)安全性設(shè)計(jì)帶來很大的挑戰(zhàn)，如果增加物理隔離，會(huì)使得原本就不好的可達(dá)性進(jìn)一步降低。該方案如圖2所示。

b）盒段兩側(cè)布置方案

管線路盒段兩側(cè)布置方案，首先要求吊掛盒段結(jié)構(gòu)的側(cè)面與蒙皮之間留出一定的空間，盒段寬度的減小量越小越好，并利用該空間布置燃油管路、液壓管路和EWIS線束，并將它們的分離面設(shè)置在吊掛盒段兩側(cè)，與盒段下壁板差不多的高度上；通常，將燃油、液壓管路布置在吊掛盒段的一側(cè)，EWIS線束布置在另外一側(cè)。該方案在給定吊掛寬度的情況下，會(huì)使得吊掛盒段結(jié)構(gòu)的寬度略微減小，減小量取決于管線路的接頭尺寸，這會(huì)對(duì)吊掛剛度產(chǎn)生略微的影響。為了盡可能減小接頭對(duì)于吊掛盒段寬度的影響，可以將所有管線路的接頭沿順氣流方向依次排開布置。由于大部分管線路布置在了吊掛盒段兩側(cè)，因此吊掛盒段下壁板的開孔數(shù)量將會(huì)比較少，從這一點(diǎn)來看，對(duì)于吊掛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，有一定的好處。

從維修性方面來看，該方案會(huì)對(duì)吊掛剛度略有影響，但是其內(nèi)部的燃油、液壓、EWIS線束具備非常好的可達(dá)性，在實(shí)際操作中，只需要移除管線路附近的蒙皮，即可對(duì)管線路進(jìn)行目視檢查，并且能夠很方便的對(duì)管線路的接頭進(jìn)行操作，從而節(jié)省維修時(shí)間。

圖1 管線路穿過吊掛盒段布置方案

從安全性方面來看，燃油、液壓這類可燃液體管路與EWIS線束、引氣管路之間都有結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離，一旦引氣管路發(fā)生爆破，吊掛盒段兩側(cè)的壁板可以為燃油、液壓管路以及EWIS線束提供一定的阻擋，降低風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于燃油管路或液壓管路液體泄漏這一事件，吊掛盒段本身可以提供保護(hù)，大大減小可燃液體與EWIS線束接觸的可能性。反過來，EWIS電纜如果產(chǎn)生電弧，也不會(huì)對(duì)可燃液體管路產(chǎn)生影響。該方案如圖2所示。

圖2 管線路在吊掛盒段兩側(cè)布置方案

2.3 總體布置設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)過程分析

吊掛盒段結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部管線路與發(fā)動(dòng)機(jī)直接進(jìn)行連接，與發(fā)動(dòng)機(jī)和其他系統(tǒng)性能有較大關(guān)系，因此，主制造商必須在飛機(jī)研制初期的聯(lián)合概念定義階段，就與發(fā)動(dòng)機(jī)、短艙供應(yīng)商共同確定吊掛與發(fā)動(dòng)機(jī)的物理界面的定義。要確定這些定義，需要同時(shí)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)、全機(jī)液壓用戶和EWIS用戶的需求，以便確定引氣、燃油、液壓、EWIS線束的數(shù)量和尺寸。如果不能獲得精確的管線路尺寸，可采用較保守的值進(jìn)行初步評(píng)估。

由于吊掛與動(dòng)力裝置的界面在早期就確定，而上述的兩個(gè)方案對(duì)界面定義非常重要，如果其中一個(gè)方案在研制過程中需要換成另外一個(gè)，則會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)、工程、商務(wù)帶來顛覆性的影響。

3 結(jié)論

本文介紹了兩種不同的吊掛盒段區(qū)域管線路布置通道方案，從分析結(jié)果來看，吊掛盒段兩側(cè)布置方案比管線路穿過吊掛盒段的布置方案更有利于滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、維修性、安全性和總體性能的要求。本文的分析過程能夠幫助工程師在工程研制的最初階段，在缺少設(shè)計(jì)輸入的情況下，即可對(duì)吊掛系統(tǒng)布置通道進(jìn)行評(píng)估，提前進(jìn)行相關(guān)問題的協(xié)調(diào)，避免后期更改對(duì)工程進(jìn)度和商務(wù)帶來較大的影響。