趙海濤

【摘 要】發(fā)動機AGB的安裝位置是飛機吊掛總體布置的重要因素，本文根據(jù)現(xiàn)役大型客機的發(fā)動機調(diào)研結(jié)果，結(jié)合型號研制經(jīng)驗，分析了在飛機設(shè)計概念階段、初步設(shè)計階段進行總體布置工作過程中，AGB的安裝位置對氣動、結(jié)構(gòu)、安全性、維修性設(shè)計的影響，并得出相關(guān)結(jié)論，為大型客機相關(guān)工作提供參考。

【關(guān)鍵字】大型客機；發(fā)動機；附件齒輪箱；AGB；總體布置

中圖分類號： U469.6 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0035-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.016

0 引言

對于當今大型客機研制追求優(yōu)良性能的過程中，發(fā)動機是非常重要的因素之一。對于一款成熟的發(fā)動機，通常會提供給不同型號的飛機，但由于不同型號飛機的設(shè)計要求不一樣，對于某個特定型號的飛機，需要飛機制造商和發(fā)動機供應(yīng)商共同定義機體/發(fā)動機界面，以便發(fā)動機裝機性能能夠滿足飛機的要求。吊掛的設(shè)計不僅要考慮飛機制造商和發(fā)動機供應(yīng)商在合同中規(guī)定的要求，更要從總體布置的層面考慮發(fā)動機安裝在機體上帶來的非直接影響，而這些非直接影響通常無法在合同中予以體現(xiàn)。根據(jù)某型號飛機研制經(jīng)驗，發(fā)動機AGB的安裝位置是飛機吊掛總體布置的重要因素。基于上述內(nèi)容，本文將根據(jù)現(xiàn)役大型客機發(fā)動機AGB的安裝位置，分析其對吊掛總體布置設(shè)計的影響。

1 概述

1.1 AGB的定義

飛機的很多系統(tǒng)功能都必須依靠發(fā)動機的工作來實現(xiàn)，比較重要的系統(tǒng)如液壓系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)等等，而這些系統(tǒng)位于發(fā)動機的部分大都集成在發(fā)動機附件齒輪箱上，英文全稱是Accessory Gear Box，縮寫為AGB。AGB作為發(fā)動機的一部分，通常由發(fā)動機供應(yīng)商自行決定其安裝位置，而AGB的安裝位置直接決定了與飛機性能、安全性、維修性有關(guān)系的短艙外形、發(fā)動機/機體接口定義以及吊掛和機翼區(qū)域的總體布置設(shè)計。

1.2 AGB的安裝位置

根據(jù)表1，現(xiàn)役大型客機所采用的發(fā)動機AGB布置位置主要集中在以下兩個區(qū)域：發(fā)動機風扇區(qū)和發(fā)動機核心區(qū)，如圖1所示。從圖中可以看出目前全球主要的大型客機通常配備2至3個型號的發(fā)動機。根據(jù)研制經(jīng)驗，飛機制造商對于某型號飛機多型發(fā)動機性能的需求和要求大致相同，但由于各家公司發(fā)動機設(shè)計理念的不同，使得AGB會安裝在發(fā)動機的不同區(qū)域以提高發(fā)動機性能。例如，GE公司CF6、GE90、GEnx系列發(fā)動機AGB都安裝在發(fā)動機核心區(qū)[1-2]，而RR公司Trent700/800/900/1000/XWB系列發(fā)動機的AGB都安裝在發(fā)動機風扇區(qū)[3-7]。

1.3 發(fā)動機/吊掛的物理分界面

發(fā)動機和吊掛的物理分界面通常是作為飛機機體和發(fā)動機的物理分界面，也是飛機制造商和發(fā)動機供應(yīng)商工作內(nèi)容和責任的分界面，飛機制造商在界面上要對系統(tǒng)的接口進行控制，以便雙方可以在相同的基準下各自進行工作。同時，這個物理分界面也充當發(fā)動機火區(qū)和吊掛非火區(qū)的隔離，通常具備防火功能，所以在某些部位，物理分界面也成為防火墻。

1.4 吊掛總體布置設(shè)計

發(fā)動機吊掛主要有兩個功能，一個是傳遞發(fā)動機和機體的載荷，另一個是滿足吊掛內(nèi)部各個系統(tǒng)的布置?？傮w布置設(shè)計要保證結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、發(fā)動機在集成過程中，保證飛機的性能最優(yōu)，而保證飛機性能是在滿足各個系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，通過以下3個主要方面進行評價：系統(tǒng)布置（包括安全性、維修性）、氣動特性和總體布局。

1.5 假設(shè)條件

本位介紹的內(nèi)容有以下1個假設(shè)條件：發(fā)動機前安裝節(jié)位于發(fā)動機風扇區(qū)頂部。

2 AGB安裝位置對吊掛總體布置設(shè)計的影響分析

2.1 AGB風扇區(qū)安裝的影響分析

a）對系統(tǒng)布置的影響分析：

AGB風扇區(qū)安裝：使得大部分管線路由風扇機匣上方的空間進入吊掛，發(fā)動機管線路通過在發(fā)動機機匣頂部和吊掛前端附近設(shè)置的物理分界面（防火墻）并沿著吊掛上整流罩內(nèi)部的空間進入機翼內(nèi)部，這樣的布置方案在拆除吊掛上整流罩蒙皮后，使得大部分管線路和設(shè)備具有良好的可視性、可達性；

AGB核心區(qū)安裝：使得大部分管線路需要通過底部防火墻和BIFI（定義）進入吊掛，對于液壓管路、燃油管路和EWIS線束位于底部防火墻的接頭而言，可達性較差，而且很有可能需要在主吊掛結(jié)構(gòu)上開口以方便接頭的操作。對于發(fā)動機核心區(qū)，除了AGB，還有很多發(fā)動機自身的管線路需要布置，對于一些體積較大的設(shè)備，如PCE（預(yù)冷器）、FAV（風扇空氣活門）等，無論他們位于發(fā)動機內(nèi)或是吊掛內(nèi)，都沒有太多調(diào)整的空間，位置會受到較大的約束，所以，眾多位于底部防火墻的接頭的位置也沒有太多可以調(diào)整的空間，對于吊掛結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，就必須考慮為這些管線路的布置留出足夠的空間，必要時需要做出讓步；大量的管線路從底部防火墻進入吊掛后的通道，需要與這些管線路在吊掛/機翼區(qū)域的接口統(tǒng)籌考慮，盡量避免在吊掛內(nèi)部出現(xiàn)交叉，導致較差的維修性。

b）對飛機氣動特性的影響分析

AGB風扇區(qū)安裝：越小的飛機截面積對氣動阻力的降低越有利，若上整流罩區(qū)域布置太多管線路和設(shè)備，特別是在防火墻處，通常會布置體積相對較大的管線路快卸接頭，會使得吊掛上整流罩區(qū)域截面積增大。為了減少對氣動的不利影響，如果采用壓縮接頭間距的方法，會降低接頭的可操作性，上整流罩內(nèi)部系統(tǒng)之間的間距也會被迫壓縮，不利于安全性設(shè)計以及管線路的安裝；若風扇區(qū)AGB安裝在風扇機匣側(cè)面，則風扇機匣處的短艙外形高度可以略小，這樣節(jié)省出來的空間可以用于增加流道高度或增加短艙離地高度。若AGB安裝在風扇區(qū)下方，則風扇機匣處的短艙外形高度就相對較大，這樣類型的發(fā)動機很難適用于座級較少或起落架較短的大型客機，否則短艙或發(fā)動機會有擦地的風險，或者也會出現(xiàn)發(fā)動機流道高度較低的情況，并很有可能引起流道處氣動阻力的增加。

AGB核心區(qū)安裝：由于在風扇區(qū)沒有液壓、燃油、氣源系統(tǒng)的管路和大部分的EWIS線束，上整流罩在前安裝節(jié)附近的氣動外形設(shè)計的系統(tǒng)管線路和接頭的約束就比較少，有利于此處的氣動外形設(shè)計。由于發(fā)動機BIFI位于發(fā)動機外涵道內(nèi)，所以較寬的BIFI勢必會對外涵道的流量產(chǎn)生影響。設(shè)計過程中需要盡可能地控制BIFI的寬度，不要影響發(fā)動機自身的性能。

c）對飛機總體布局的影響分析

AGB風扇區(qū)安裝：為了能夠既滿足氣動特性和系統(tǒng)布置要求，根據(jù)流道高度、機翼前緣高升力面參數(shù)等需求，通過布置手段將吊掛上整流罩內(nèi)的系統(tǒng)進行合理排布，將上整流罩截面設(shè)計成較高較窄、較低較寬或折中的形狀。對于較高較窄的方案，有可能使得吊掛上整流罩最高點超過機翼前緣線，影響升力特性，若降低發(fā)動機高度則可能引起發(fā)動機擦地（前起落架折斷情況下）的風險；對于較低較寬的吊掛，會使得機翼前緣增升裝置的長度減少，并且使得發(fā)動機下沉量減少，引起激波阻力的可能，但是可以保證足夠的短艙的離地高度；

AGB核心區(qū)安裝：管線路在由底部防火墻進入吊掛上整流罩時需要轉(zhuǎn)彎，在這個過程中，需要注意各個不同系統(tǒng)管線路不同的轉(zhuǎn)彎要求，合理布置，與氣動外形相協(xié)調(diào)。

d）對重心的影響分析

AGB風扇區(qū)安裝的發(fā)動機重心較靠前，AGB核心區(qū)安裝的發(fā)動機重心較靠后，靠后的重心距離發(fā)動機和機翼連接點的位置更近，有利于吊掛、機翼結(jié)構(gòu)的減重設(shè)計。

2.2 現(xiàn)役發(fā)動機AGB安裝方案的分析

AGB風扇區(qū)安裝方案對于短艙外形的影響較大，進而會影響機翼前緣增升裝置、流道高度、機翼上表面外形等對氣動特性影響較大的幾個因素，但是對于系統(tǒng)布置而言會相對容易，內(nèi)部系統(tǒng)具備相對較好的維修性。根據(jù)表1，可以看出AGB風扇區(qū)安裝的發(fā)動機既適用于A320、B737這類200座級以下的飛機，也適用于A350、B777、B787這類300座級的飛機。

AGB核心區(qū)安裝方案對于短艙外形的影響較小，但是會影響發(fā)動機系統(tǒng)布置難度較大，從表1可以看出AGB核心區(qū)安裝的發(fā)動機主要應(yīng)用在B777、B787這類300座級的飛機。

值得注意的是，A320、B737這類200座級以下的飛機并沒有采用AGB核心區(qū)安裝的發(fā)動機，根據(jù)研制經(jīng)驗，是由于200座級以下飛機的起落架較短，發(fā)動機離地高度較小，這兩個因素限制了發(fā)動機的尺寸，將AGB安裝在風扇區(qū)，可以有效減少BIFI內(nèi)部的布置空間需求，以便增加外涵道截面積，可以在有限的尺寸下提高發(fā)動機性能；對于300座級的飛機而言，由于受到發(fā)動機離地高度，起落架長度的限制較小，所以發(fā)動機尺寸相對較大，雖然AGB安裝在核心區(qū)，BIFI內(nèi)布置更多的管線路和設(shè)備，其尺寸會較寬，但是較大的發(fā)動機尺寸也意味著更大的外涵道截面積，所以BIFI寬度增加對發(fā)動機推力影響不大。

2.3 總體布置設(shè)計協(xié)調(diào)過程分析

由于AGB的設(shè)計屬于發(fā)動機供應(yīng)商，根據(jù)本章上述分析內(nèi)容，AGB安裝位置涉及到的專業(yè)很多，在初期大量協(xié)調(diào)和大量數(shù)據(jù)交換過程中，利用數(shù)字樣機進行相關(guān)設(shè)計工作，利用其多方案配置等功能，可以保證數(shù)據(jù)的有效性、唯一性等，極大地提高協(xié)同工作效率。

3 結(jié)論

本文基于兩種不同AGB安裝位置，分析了其對吊掛總體布置設(shè)計的影響，在飛機概念設(shè)計階段（供應(yīng)商選擇）和初步設(shè)計階段，將這些影響納入到設(shè)計考慮中，可以有效預(yù)見后期可能出現(xiàn)的問題，幫助飛機制造商選擇合適型號的發(fā)動機，并及早與發(fā)動機供應(yīng)商進行協(xié)調(diào)，優(yōu)化AGB的位置，避免出現(xiàn)設(shè)計反復(fù)和資源浪費，最終保證飛機研制進程可以順利推進。

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