張 艷 琴

(石家莊職業(yè)技術(shù)學院 電氣與電子工程系，河北 石家莊 050081)

電纜通常是由幾根或幾組導線(每組至少兩根)絞合而成的，每組導線之間相互絕緣，常圍繞著一根中心扭成，整個外表包有高度絕緣的覆蓋層,具有內(nèi)通電、外絕緣的特征.飛機是常見的運輸設(shè)備.電纜用于連接飛機上的各種用電設(shè)備，是飛機傳遞動力的重要裝置.由于飛機結(jié)構(gòu)和負載的限制,機上電纜的體積、重量、性能和規(guī)格有嚴格的要求[1].本文主要圍繞飛機電纜的選用和換裝進行論證，以期為后續(xù)飛機換裝新的用電設(shè)備，新型號飛機研制過程中航電設(shè)備的選用和電纜換裝打下基礎(chǔ).

1 電纜的選用

飛機用電纜應根據(jù)用途、敷設(shè)環(huán)境、重量和保護等因素進行選擇[2].目前，廣泛采用的有美國瑞侃公司的55A型號電纜、國產(chǎn)航空用聚四氟乙烯電纜及耐熱涂漆電纜.Y5B(運五B)飛機目前使用的電纜是由上海熊貓線纜股份有限公司生產(chǎn)的FVN(聚氯乙烯絕緣尼龍護套電纜)和FVNP(聚氯乙烯絕緣尼龍護套電纜).LE500(小鷹500)飛機目前使用的是由泰興市宏基兆業(yè)線纜有限公司生產(chǎn)的UYS型系列電纜.

1.1 一般國外進口成件設(shè)備電纜的選擇

對于飛機上所安裝的一般國外進口成件設(shè)備而言，當進口成件的資料中包含設(shè)備安裝電纜圖時，其設(shè)備電纜的選用比較簡單，可以直接按照電纜圖中所明確標示的電纜標準、型號和規(guī)格進行選擇.如Y5B飛機和LE500飛機按照BENDIX/KING公司生產(chǎn)的KY196B(甚高頻通訊系統(tǒng))收發(fā)機設(shè)備安裝手冊中包含的KY196B電纜圖(見圖1)進行安裝即可.由KY196B的設(shè)備安裝手冊可以看出，KY196B所選用的電纜包括UYS11812-22-9-9，UYS11822-22-6/9-9和UYS10812-18-9，即UYS11812和UYS10812兩種類型.

1.2 電纜截面計算、載流量的選擇及其修正

對于飛機上所安裝的一般用電設(shè)備而言，即成件設(shè)備資料中沒有明確給出電纜圖時，選擇設(shè)備電纜時要進行電纜截面計算、載流量選擇及修正.

電纜截面的選擇原則是：電纜上的電壓損失必須在允許的范圍內(nèi)，電纜的溫度升高值不能超過允許的限度，要有足夠的機械強度.

用電設(shè)備的功率大小是電纜截面選擇的主要依據(jù).對于大功率的用電設(shè)備及距電源或匯流條較遠的用電設(shè)備，電纜截面的大小一般可以按給定的電壓損失計算，然后再校驗其允許的溫度升高值.在小負載或一些控制線路中的電纜，一般可以按載流量標準、機械強度來確定電纜的最小截面，且允許用電壓損失來進行校驗.

對電纜的基本要求為：一是電纜溫度在最惡劣的環(huán)境條件下，不允許超過電纜所規(guī)定的允許值；二是在短路故障情況下，電纜導電部分的最高溫度在保護裝置動作前不超過允許值；三是電網(wǎng)中線路的電壓損失不允許超過規(guī)定的范圍[3].

圖1 KY196B電纜圖

1.2.1 電纜截面選擇

因為同一根電線在通過路徑上可能處于不同的環(huán)境，所以按容許負載發(fā)熱情況計算電纜截面有相當大的困難.在實踐中，常按照航空電纜載流量表來選擇電纜的截面.航空電纜的載流量是在電纜發(fā)熱理論和試驗研究的基礎(chǔ)制定的[3].

對長期工作狀態(tài)，電纜截面按公式(1)選擇.

Iw≥I.

(1)

(1)式中，Iw為允許的最大載流量[4].

對短時和重復短時工作狀態(tài)，在同樣的容許發(fā)熱溫度時，電纜的載流量可以取的更大些，可按專用曲線據(jù)工作時間確定.

1.2.2 電纜負載電流計算

與用電設(shè)備相連的電纜負載電流等于用電設(shè)備的電流.在交流或直流供電情況下，若匯流條帶有多個用電設(shè)備，則向匯流條供電的電纜負載電流應選擇匯流條最大負載的電流值.

1.2.3 電纜載流量的選擇及其修正

導線的選取主要考慮其在一定環(huán)境下的最大載流量.影響導線載流量的因素很多[5]，主要分為兩方面：導線本身的品質(zhì)因素和導線所處的周圍環(huán)境因素.其中，導線的品質(zhì)因素包括導線的種類、導線的額定工作溫度、導線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；導線的環(huán)境因素包括導線周圍的環(huán)境溫度、導線周圍的散熱狀況、導線所處的高度等.單根導線在空氣中的載流量隨溫度的升高而減小，導線線束或電纜的載流量隨導線根數(shù)的增加而減小，導線或電纜的載流量隨導線高度的增加而減小.因此，精確確定導線在某一環(huán)境下的最大載流量是一個比較復雜的過程.

一般情況下，航空電纜的工作環(huán)境與典型條件(環(huán)境溫度60℃，海平面)不同，因此，在進行電纜截面選擇之前，需按照HB 5795(行業(yè)標準)對電纜的載流量進行修正.航空電纜的載流量應根據(jù)相應工作條件從HB 5795中查出數(shù)據(jù)(或按照相應電纜產(chǎn)品手冊中電纜的詳細參數(shù)得出數(shù)據(jù))，按公式(2)計算：

I=IdKshKg.

(2)

式(2)中，I為一般條件下的載流量，單位為A；Id為單根電纜在海平面的載流量(不一定是60 ℃)，單位為A；Ksh為成束修正系數(shù)；Kg為高度修正系數(shù)[4].

安徽宏源特種電纜集團公司生產(chǎn)的HYA系列導線的性能見表1-3.

表1 電纜單根導線在自由空氣中的額定載流量隨溫度的變化情況

由表1可知，HYA系列電纜單根導線在自由空氣中的額定載流量隨溫度的升高而減小.

表2 導線根數(shù)變化對載流量衰減系數(shù)的影響情況

由表2可知，HYA系列電纜導線線束的根數(shù)增加時，載流量的衰減系數(shù)減小.

表3 導線高度增加對載流量衰減系數(shù)的影響

由表3可知，導線或電纜隨高度的增加，載流量的衰減系數(shù)減小.

例如，求由16根AWG18(美國導線規(guī)格)導線組成的線束，在環(huán)境溫度為70 ℃，高度為6000 m，線束總電流為所有導線額定電流之和的80%時，每根導線的額定電流和整根線束的總電流.

求解時可從表1查出單根AWG18導線在70 ℃的額定電流為33.5 A.從表2查出AWG18在16根導線線束，80%的電流負載下，所對應的衰減系數(shù)為0.510，每根導線容許的電流為33.5×0.510=17.1 A.從表3中查出導線在高度為6000 m時載流量的衰減系數(shù)為0.845，每根導線的額定電流為17.1×0.845=14.4 A.整根線束在80%負載下的總電流為：16×14.4×80%=184.3 A.

2 電纜換裝

飛機電纜的換裝首先需要考慮電纜本身是否滿足中國民航適航規(guī)章.電纜換裝分兩種：取得CTSOA(技術(shù)標準規(guī)定項目批準書)的電纜換裝以及尚未取得CTSOA的電纜換裝.

2.1 取得CTSOA

當對飛機電纜進行換裝時，如果所選用電纜取得CTSOA，則需要考慮所需換裝的電纜能否滿足在飛機上的使用要求，如電纜的截面積、載流量、重量、成本、主要性能等.主要性能包括產(chǎn)品符合的標準、額定電壓、導體材料、使用溫度、絕緣結(jié)構(gòu)、導線外徑等.此外，還需要對換裝的電纜在飛機上進行試用，主要內(nèi)容包括剝線時對絕緣層的影響，壓接或焊接時有無異常，是否易斷等.當試用完成，即電纜實際裝機后，還需要對電纜進行地面通電檢查和空中試飛驗證.

2.2 未取得CTSOA

當對飛機電纜進行換裝時，如果所選用電纜尚未取得CTSOA，除了需要考慮電纜能否滿足飛機上的使用要求外，還需要對飛機電纜自身的特性進行試驗和驗證，即驗證電纜的性能是否滿足CCAR(China Civil Aviation Regulations,中國民航適航規(guī)章)的要求，并按照試航部門的要求做電纜可燃性試驗、煙密度試驗、燃燒產(chǎn)生的毒性氣體測定、電纜的絕緣性能檢測、電纜耐壓檢測、電纜阻燃性能檢測等.

3 電纜換裝實例及分析

本文以LE500飛機55A電纜換用國產(chǎn)UYS系列電纜，Y5B飛機FVN電纜和FVNP電纜換用HYA系列電纜，來論證飛機電纜的換裝.

3.1 LE500飛機電纜換裝實例分析(同標準換裝)

LE500飛機55A電纜換用國產(chǎn)UYS系列電纜屬于電纜尚未取得CTSOA的飛機電纜換裝.由于LE500飛機原裝電纜是美國Raychem公司生產(chǎn)的55A系列電纜，換裝目的是降低LE500飛機的電纜成本，在對國內(nèi)外電纜生產(chǎn)廠家進行大量篩選后，確定選擇泰興市宏基兆業(yè)線纜有限公司生產(chǎn)的UYS系列輻照交聯(lián)F40J絕緣電纜.如果電纜成功換裝，則可實現(xiàn)電纜國產(chǎn)化，降低成本.

UYS系列電纜是國際或國內(nèi)比較流行的電纜，能較好地適應LE500飛機.LE500飛機原裝55A系列電纜和換裝后的UYS系列電纜都是依照同一個MIL-W-22759/32-35/41-46標準生產(chǎn)的，但UYS系列電纜導體選用鍍銀銅，導電性能優(yōu)于55A的鍍錫銅，工作溫度上限由150 ℃提高到了200 ℃.55A系列電纜與UYS系列電纜外徑、重量、價格對比情況如表4所示.

經(jīng)過對飛機電纜自身特性進行試驗，按照試航部門要求所做的電纜可燃性試驗、煙密度試驗、燃燒產(chǎn)生毒性氣體測定、電纜的絕緣性能檢測、電纜耐壓檢測、電纜阻燃性能檢測等可知，UYS系列電纜與美國Raychem公司生產(chǎn)的55A電纜的主要性能相當，滿足GJB 1014.2-90，即飛機內(nèi)設(shè)備之間相互連接用電纜的選擇范圍[6].55A電纜換裝成UYS系列電纜后，單機成本可節(jié)約6 763.1元，單機重量僅增加0.028 kg.

3.2 Y5B飛機電纜換裝實例分析(不同標準換裝)

Y5B飛機目前所用電纜是由上海熊貓纜線股份有限公司生產(chǎn)的FVN和FVNP.為了對其電纜進行更新?lián)Q代，計劃將FVN電纜、FVNP電纜換裝成安徽宏源公司生產(chǎn)的HYA系列電纜.FVN和FVNP電纜是依照行業(yè)標準JB 1073-1970和企業(yè)標準Q/JBRE 05-2010生產(chǎn)的.而安徽宏源公司生產(chǎn)的HYA系列電纜是在國軍標GJB 773A+2000、國際航空航天組織標準SAE AS 22759/32～35-2007及SAE AS 22759/41～46-2007的基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)的新一代產(chǎn)品.由于兩種電纜的生產(chǎn)標準不同，且導線的選取主要考慮在一定環(huán)境下的最大載流量，因此，需要根據(jù)電纜的最大載流量進行換裝.表5、表6分別列出了FVN電纜、FVNP電纜和HYA系列電纜在一定環(huán)境下的最大載流量.

由表5、表6可知，F(xiàn)VN電纜、FVNP電纜、HYA系列的載流量隨溫度的升高而減小.

Y5B飛機所用FVN電纜、FVNP電纜與安徽宏源公司相應HYA系列電纜的對應關(guān)系見表7-8，其電纜的總重量和價格均發(fā)生了變化.

表4 55A系列電纜與UYS系列電纜外徑、重量、價格對比

表5 FVN電纜、FVNP電纜載流量隨溫度升高的變化情況

表6 HYA電纜載流量隨溫度升高的變化情況

表7 FVN電纜、FVNP電纜與HYA系列電纜重量對比情況

表8 FVN電纜、FVNP電纜與HYA系列電纜價格對比情況

由表7-8可知，將Y5B飛機所用FVN電纜、FVNP電纜換裝成安徽宏源公司生產(chǎn)的HYA系列電纜后，電纜的單機總重量由24.66 kg減輕為15.15 kg，總重量減輕了9.51 kg；電纜的單機總價格由4654.5元增加到36 378.3元；按“(1+10%)×單價”計算，電纜的單機總價格由5 119.9元增加到36 378.3元；按“(1+30%)×單價”計算，電纜的單機總價格由6 050.8元增加到36 378.3元.可見，F(xiàn)VN和FVNP電纜具有明顯的價格優(yōu)勢.

目前，HYA系列電纜僅在軍機配裝，未裝備過民用飛機，目前正在同適航部門協(xié)調(diào)取證問題；在電纜的重量方面，HYA系列電纜的單機總重量明顯減輕，具有重量優(yōu)勢而不具備價格優(yōu)勢.

4 結(jié)語

在實施電纜換裝時，除考慮電纜制造標準、是否取得CTSOA、截面積、載流量、重量、成本外，還需要對電纜自身的特性進行試驗，以驗證新?lián)Q電纜的主要性能是否與原電纜的主要性能相當，能否成功替代原電纜.