航空絞車尺寸鏈設(shè)計(jì)研究

蔣志華，李紅泉

（中國(guó)人民解放軍92419部隊(duì)，遼寧興城 125106）

0 引言

拖靶是指有人或無(wú)人駕駛飛機(jī)在空中拖帶的1種無(wú)動(dòng)力靶標(biāo)，用于模擬飛行器的特性，供部隊(duì)訓(xùn)練、射擊和校飛使用[1]。航空絞車是拖靶系統(tǒng)的核心部分，用來(lái)實(shí)現(xiàn)拖靶的收放和拖曳等功能。作為飛機(jī)的外掛物，其體積不大，結(jié)構(gòu)卻十分復(fù)雜，集合了機(jī)械、電氣、液壓和氣動(dòng)技術(shù)，內(nèi)部還留有容納為7～8 km的纜繩空間[2]。航空絞車吊裝在拖帶飛機(jī)的機(jī)翼下，拖纜一端纏繞在絞車的卷筒上，另一端連接拖靶。放靶時(shí)，打開(kāi)系統(tǒng)剎車并鎖定機(jī)構(gòu)，拖靶依靠重力及氣動(dòng)力自動(dòng)放出，隨之拖纜從卷筒中放出；收靶時(shí)，打開(kāi)渦輪排氣口蓋，飛機(jī)飛行產(chǎn)生的高速氣流沖擊動(dòng)力渦輪后產(chǎn)生動(dòng)力，經(jīng)變速傳動(dòng)系統(tǒng)減速后帶動(dòng)卷筒反向轉(zhuǎn)動(dòng)，將拖纜纏回到卷筒中，拖靶被收回并鎖定。絞車在收、放纜過(guò)程中還具有測(cè)量拖纜張力、長(zhǎng)度和斷纜等功能。

1個(gè)設(shè)備齊套的拖靶質(zhì)量約為50 kg，其外形猶如巡航導(dǎo)彈[3]。為了將其安全可靠地放出并收回，需要航空絞車的機(jī)械、電氣、液壓和氣動(dòng)各部分協(xié)調(diào)一致，這一切均要求航空絞車?yán)喂痰匕惭b于飛機(jī)外部。因此，采取了一系列保證飛行安全的措施[4]，包括安裝減震器和阻尼器，機(jī)身電纜和航空絞車內(nèi)部電纜連接的轉(zhuǎn)接插頭采用彈性設(shè)計(jì)[5]，以確保拖靶連接的可靠性。

本文利用仿真模擬和制造工藝技術(shù)，對(duì)航空絞車承力結(jié)構(gòu)以及與飛機(jī)接口進(jìn)行計(jì)算分析。

1 承力結(jié)構(gòu)

航空絞車的全部載荷作用于承力框架系統(tǒng)上，各分系統(tǒng)主要零部件的安裝定位均以承力框架為基礎(chǔ)，其橫梁上有2個(gè)吊掛點(diǎn)將絞車掛在飛機(jī)上，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

承力框架主要部件包括前承力盤、中承力盤、后承力盤、A型支撐、底蒙皮組件、連接板、橫梁組件和吊耳等。通過(guò)仿真計(jì)算，在滿足載荷要求的前提下，機(jī)構(gòu)上大量使用鋁合金材料，有效地減輕了質(zhì)量。主體結(jié)構(gòu)由3個(gè)承力盤和橫梁組件、連接板、底蒙皮組件組成的盒式框架組成，每個(gè)承力盤上部均有9個(gè)M6螺栓與連接板及橫梁組件連接，每個(gè)承力盤下部有16個(gè)M5螺栓與底蒙皮組件連接，連接板與橫梁組件之間共有86個(gè)M6螺栓連接。3個(gè)承力盤用鋁合金替代鋼板材料，質(zhì)量減輕30 kg。前、中承力盤之間使用由2根鋼管焊接而成的A型支撐來(lái)加強(qiáng)剛性，直徑分別為14、20 mm，壁厚2 mm。連接板為弧形鋼板，厚3.2 mm，橫梁組件由一方盒形鋼板與前、后擋板焊接而成，鋼板厚3.2 mm。底蒙皮組件由厚2.5 mm的鋁合金板與帶有折彎的加強(qiáng)鋁板鉚接在一起。

前承力盤由4個(gè)M10和12個(gè)M6螺栓將動(dòng)力渦輪固定在前端面。收纜系統(tǒng)的承力系統(tǒng)包括卷筒短軸、后梁中支架、左/右支板和A型支架，由卷筒短軸在后承力盤上定位，后梁中支架和A型支架分別由6個(gè)M10螺栓固定在后承力盤上。后承力盤后端面兩側(cè)各有1件鎖環(huán)，用來(lái)固定尾罩。

連接板上有3個(gè)直徑為82 mm的大孔，橫梁內(nèi)的電纜和油管可以從兩端的孔中引到橫梁外。左/右艙蓋分別通過(guò)長(zhǎng)/短鋼絲絞接在底蒙皮兩側(cè)，并用16件快卸釘固定在連接板兩側(cè)。

橫梁上部前端有一墊板，用來(lái)固定電纜插頭，以便連接飛機(jī)短電纜。橫梁中部裝有2個(gè)吊座，每個(gè)吊座用2個(gè)MJ22的螺栓固定在橫梁內(nèi)的定位塊上，同時(shí)4個(gè)凹形筋在橫梁兩側(cè)通過(guò)20個(gè)M10螺栓將吊座與橫梁連接。2個(gè)吊耳分別通過(guò)MJ64螺紋固定在吊座上，其材料為30CrMnSiA，表面鍍鎘防腐處理，用于吊掛在拖帶飛機(jī)上。

2 接口計(jì)算

吊耳是航空絞車與拖帶飛機(jī)惟一的連接物，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。飛機(jī)對(duì)2個(gè)吊耳的間距要求為480 mm，允許誤差為0.8%，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也成為航空絞車設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的基礎(chǔ)，各零組件裝配后的總體外形也應(yīng)控制，否則可能造成無(wú)法與飛機(jī)掛鎖順利對(duì)接，或產(chǎn)生其他干涉問(wèn)題。為此，必須進(jìn)行相關(guān)零組件的尺寸鏈計(jì)算，并由加工精度保證設(shè)計(jì)指標(biāo)。

外部接口計(jì)算采用極大極小值方法。

2.1 吊耳間最大容許間距

航空絞車尺寸鏈計(jì)算以圖2中橫梁上靠近吊耳的螺栓安裝孔（Φ=50.8）中心線為基準(zhǔn)，根據(jù)每個(gè)組成部件的上偏差，可以計(jì)算出吊耳間最大容許間距。

2.2 吊耳間最小容許間距

以同樣基準(zhǔn)，根據(jù)每個(gè)組成部件的下偏差，可以計(jì)算出吊耳間最小容許間距。

2.3 吊耳間容許間距范圍

根據(jù)最大和最小容許間距，可計(jì)算出吊耳間容許間距范圍，這是吊耳安裝后的可接受位置變化量。

2.4 合理性檢驗(yàn)

由于目前制造工藝和加工能力很高，所以在靜態(tài)環(huán)境下裝配航空絞車也易于滿足公差要求，而對(duì)于設(shè)計(jì)的合理性則需進(jìn)行大量試驗(yàn)檢驗(yàn)，以保證滿足實(shí)際使用要求。航空絞車完成整機(jī)裝配后，就承力結(jié)構(gòu)方面先后進(jìn)行了正弦波大載荷沖擊、渦輪超轉(zhuǎn)、結(jié)構(gòu)拉伸和有控制措施的4倍額定強(qiáng)度極限狀態(tài)運(yùn)行等試驗(yàn)，模擬在真實(shí)工作狀態(tài)下與飛機(jī)對(duì)接，接口如圖3所示。試驗(yàn)表明，航空絞車完成掛機(jī)帶飛，檢驗(yàn)了抗起降沖擊性能。最后檢查試驗(yàn)后的殘余變形，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。

3 結(jié)束語(yǔ)

航空絞車設(shè)計(jì)完成后，可以用計(jì)算機(jī)仿真軟件來(lái)模擬預(yù)期效果，但最終的產(chǎn)品還需要加工工藝技術(shù)來(lái)保證。所以，設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)加工的難、易程度和批產(chǎn)可行性有所認(rèn)識(shí)。一般來(lái)講，只要最終產(chǎn)品的吊耳間距在規(guī)定誤差范圍內(nèi)，各支撐點(diǎn)都可以調(diào)整到最佳位置，航空絞車就能夠與拖帶飛機(jī)牢固貼合。

綜上所述，航空絞車實(shí)際運(yùn)行結(jié)果證明了其設(shè)計(jì)和制造的合理性。經(jīng)過(guò)5年來(lái)的實(shí)際使用，每次均承受近10 kN的拉力載荷和機(jī)載起降沖擊，航空絞車始終保持了外形保持完好、內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、工作穩(wěn)定可靠的效果，從而驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性，為其后續(xù)升級(jí)改造奠定了的理論基礎(chǔ)，也為同類產(chǎn)品研發(fā)積累了工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

[1]李紅泉，劉學(xué)業(yè).拖靶的目標(biāo)模擬與隱身發(fā)展 [J].無(wú)人機(jī)，2008（3）：25-28.

[2]李紅泉，鄭成軍.航空絞車的控制關(guān)系研究[J].電子測(cè)量技術(shù)，2008（10）：1-3.

[3]丁立軍，薛劍飛.反艦導(dǎo)彈的模擬與航空拖靶的應(yīng)用[J].飛航導(dǎo)彈，2003（10）：1-5.

[4]國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).GJB 67.2-85軍用飛機(jī)強(qiáng)度和剛度規(guī)范——飛行載荷[S].北京：國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部，1994.

[5]國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).GJB 1188A-99飛機(jī)懸掛物電氣連接系統(tǒng)接口要求[S].北京：國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部，2000.