某型飛機(jī)起動(dòng)接觸器盒設(shè)計(jì)研究

吳利華

（海軍駐閻良地區(qū)航空軍事代表室，陜西 西安 710089）

飛機(jī)上的電氣盤箱是配電盤、斷路器板、開關(guān)板、起動(dòng)箱、接觸器盒、繼電器盒、接線盒等的統(tǒng)稱，用于集中安裝繼電器、接觸器、二極管、匯流條等電氣元件，是電氣系統(tǒng)集成的一個(gè)重要組件。盤箱設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到飛機(jī)電氣系統(tǒng)是否安全穩(wěn)定地運(yùn)行。某型飛機(jī)的起動(dòng)接觸器盒是某型飛機(jī)改裝更換發(fā)動(dòng)機(jī)后起動(dòng)電氣系統(tǒng)新增的盤箱，用于存放起動(dòng)系統(tǒng)所需的控制元件和保護(hù)器件。

本文將綜合考慮盤箱設(shè)計(jì)中“電氣功能”、“可靠性和維修性”、“盒內(nèi)成品布置”、“接口引線”、“熱分析”等因素，借助CATIA、AUTOCAD、ANSYS等計(jì)算機(jī)軟件完成起動(dòng)接觸器盒的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

1 起動(dòng)接觸器盒設(shè)計(jì)要求

某型飛機(jī)起動(dòng)接觸器盒主要存放發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需的控制器件和保護(hù)器件以及其他系統(tǒng)的個(gè)別器件。盒內(nèi)元件包括：接觸器ZLJ－1000 1件、JC－2 1件、分流器QFL－3 2件、接觸器 MZJ－600A1件、接觸器HZJ－600A4件、接觸器HZJ－50A1件、HZJ－50B4件以及慣保、特保、二極管、接線模塊等。為滿足電氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，接觸器盒設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

（1）集中安裝起動(dòng)系統(tǒng)所需元器件，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)功能；

（2）安裝位置在發(fā)動(dòng)機(jī)右短艙內(nèi)；

（3）滿足四性要求，拆卸方便，便于維護(hù)；

（4）滿足環(huán)境熱要求，盒體溫度不超過130℃［1］。

2 可靠性和維修性

盤箱的可靠性設(shè)計(jì)主要是指盤箱內(nèi)元器件、導(dǎo)線的選擇和使用。按已制定的元器件控制大綱，優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)元器件，并實(shí)現(xiàn)通用化、系列化、模塊化，盡量采用經(jīng)過產(chǎn)品驗(yàn)證的可靠性保證的器件［1］。在選用接觸器大小、導(dǎo)線牌號(hào)時(shí)，按國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB／Z 35《元器件降額準(zhǔn)則》執(zhí)行，由于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)電氣控制系統(tǒng)幾乎只在地面工作，其設(shè)備故障對(duì)飛行任務(wù)完成有小的影響，所以采用Ⅲ級(jí)降額等級(jí)，接觸器和導(dǎo)線牌號(hào)的選擇上按額定電流的75%設(shè)計(jì)。

盤箱的維修性是指盤箱及內(nèi)部元器件在規(guī)定的條件下、按規(guī)定的方法進(jìn)行維修時(shí)，能保持和恢復(fù)其良好的技術(shù)狀態(tài)的可能性，或表示對(duì)可修件所進(jìn)行維修的難易程度［2］。其具體要求包括：盒體安裝方便、固定可靠、拆卸快速，經(jīng)常維修的部位有最佳的可達(dá)性，并留有合理的維修空間；盒內(nèi)小標(biāo)牌根據(jù)維修需要采用文字或電氣序號(hào)標(biāo)注在安裝點(diǎn)，在飛機(jī)使用、存放、運(yùn)輸?shù)葪l件下保持清晰牢固；電線接頭防水、可達(dá)，容易插錯(cuò)的插頭座具有防差錯(cuò)安裝設(shè)計(jì)。起動(dòng)接觸器盒選用螺接式安裝方式，用螺釘和托板螺母將盒體固定在右短艙貼蒙皮的支架上，盒體從支架后端安裝拆卸，前端用水平L型材防止盒體滑落（見圖1）。盒內(nèi)小標(biāo)牌注明電氣元件的電氣序號(hào)，用88號(hào)膠粘接在對(duì)應(yīng)的元件旁，保持清晰牢固，方便維修；盒蓋安裝線路標(biāo)牌，能夠清楚表示盒內(nèi)元件接線關(guān)系。

圖1 短艙內(nèi)起動(dòng)接觸器盒安裝圖

3 盒內(nèi)成品的布置

一般盤箱成品布置規(guī)則：根據(jù)盒內(nèi)所裝成品的數(shù)量、種類、體積、重量等因素，均勻布局，同類產(chǎn)品盡量集中安裝，重量均勻布置［2］。有左、右對(duì)稱應(yīng)用的產(chǎn)品盡量左、右位置安裝，并且產(chǎn)品之間要考慮間隙，一般在1－2mm范圍內(nèi)。而且要適當(dāng)考慮盒內(nèi)布線的路徑空間，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)緊湊［3］。并應(yīng)根據(jù)盒子安裝的空間位置來確定盒子的形狀和尺寸。

起動(dòng)接觸器盒內(nèi)成品有接觸器ZLJ－1000 1件、JC－2 1件、分流器QFL－3 2件、接觸器MZJ－600A1件、接觸器HZJ－600A4件、接觸器HZJ－50A1件、HZJ－50B4件以及慣保、特保、二極管、接線模塊等。由于飛機(jī)的起動(dòng)電流高達(dá)上千安培，ZLJ－1000、JC－2、分流器 QFL－3、MZJ－600A、HZJ－600A接觸器等元件是主要發(fā)熱元件，設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮元件之間的距離保證散熱［3］，將這些元件均勻平放在盒體底部，保證相互的距離至少50mm。而HZJ－50A和HZJ－50B、慣保等器件所通電流不大，為了節(jié)省空間，方便布線，將其靠盒壁均勻分布。同時(shí)，為了方便導(dǎo)線敷設(shè)，同一個(gè)系統(tǒng)盡量靠攏分布。盒內(nèi)右上的接觸器MZJ－600A、繼電器JN－1、慣保GB－15、接觸器HZJ－50A為電源系統(tǒng)的元件，故集中放在一起。盒內(nèi)器件具體分布如圖2所示。

圖2 起動(dòng)接觸器盒盒內(nèi)元件分布圖

4 接口引線設(shè)計(jì)

箱盒內(nèi)往外引線，電線截面在5mm以下者，盡量采用電連接器，將電連接器（插座）裝在盒子的側(cè)板或底板上；若安裝位置緊張或操縱板等，可以將線束甩出盒外，留適當(dāng)長度（裝插頭）；粗電線（6mm以上）需在盒殼體適當(dāng)位置安裝轉(zhuǎn)接螺栓或開孔，將線直接穿出，孔周圍要安裝橡膠鑲?cè)B2－6或加防磨邊進(jìn)行保護(hù)。在盒體開孔敷設(shè)導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線最小拐彎半徑（不小于導(dǎo)線直徑的6倍）要求選擇開孔位置。盒內(nèi)如果導(dǎo)線直徑太大，可以考慮用匯流條代替，以節(jié)省空間。

起動(dòng)接觸器盒引線的難度主要在大功率電源線的走線。電源線的直徑高達(dá)17mm，按導(dǎo)線拐彎半徑不小于導(dǎo)線直徑6倍計(jì)算，每根導(dǎo)線至少需要150mm以上的空間［4］。如果在盒內(nèi)走線，勢(shì)必占用很大空間，造成盒體體積龐大，導(dǎo)線敷設(shè)凌亂，無法滿足設(shè)計(jì)要求。故考慮在盒內(nèi)用匯流條代替導(dǎo)線連接，接觸器HZJ－600A處連接用直角匯流條將兩端的導(dǎo)線從一端引出，大大避免了導(dǎo)線不必要的拐彎，節(jié)省了空間。接觸器 HZJ－1000、MZJ－600A接線端的導(dǎo)線也就近開孔引出盡量減少在盒內(nèi)纏繞。具體設(shè)計(jì)引線如圖3所示。

5 盒內(nèi)元器件熱分析

對(duì)盒體重要發(fā)熱元件的熱分析可以了解不同工作條件下，不同材料及幾何形狀對(duì)溫度場(chǎng)變化的影響，防止設(shè)計(jì)中不合理的元器件分布，造成工作中的熱量隱患［5］。

ANSYS作為新穎的有限元分析軟件在處理熱分析問題方面具有強(qiáng)大的功能，在能源、化工、航空航天、制冷等方面都有重要應(yīng)用。

借助ANSYS軟件對(duì)接觸器盒的重要發(fā)熱接觸器ZLJ－1000、JC－2、HZJ－600A的分析，盒體內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布如圖4所示。

圖3 起動(dòng)接觸器盒接口引線設(shè)計(jì)圖

圖4 接觸器盒內(nèi)部溫度場(chǎng)分布圖

圖4列舉了主要幾個(gè)主要發(fā)熱元件：ZLJ－1000（1件）、JC－2（1件）、HZJ－600A（1件）布局及周圍溫度分布。其中，接觸器的接觸電阻按5×10－4Ω，起動(dòng)電流以500A估算每個(gè)器件的發(fā)熱功率。從圖中可以看出，重要發(fā)熱元件的熱量集中在元器件內(nèi)部（紅色區(qū)域），溫度達(dá)到50℃左右，而幾個(gè)元件中間（中間淺綠色區(qū)域），溫度達(dá)到39℃，元件的外圍溫度已經(jīng)接近室溫。由此說明，設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮元件本身的散熱，優(yōu)選抗熱性能優(yōu)秀的元件；布線也盡量繞盒壁走線，減少發(fā)熱對(duì)電線的影響。

在今后的工作中，可以分析排氣管、接觸器等熱源，對(duì)接觸器盒的工作環(huán)境進(jìn)行熱分布模擬，進(jìn)行更完善的散熱設(shè)計(jì)。

6 結(jié)語

本文根據(jù)盤箱設(shè)計(jì)的基本流程完成了對(duì)安裝在某型飛機(jī)右短艙的起動(dòng)接觸器盒的設(shè)計(jì)，并就設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)提出合理的解決方案，同時(shí)提出了設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)，為電氣系統(tǒng)的盤箱設(shè)計(jì)提供一定的參考。最后，提出今后研究的方向，繼續(xù)盒體工作環(huán)境熱分析，使設(shè)計(jì)更加完善。

［1］飛機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝通用規(guī)范GJB7T8－1989中國標(biāo)準(zhǔn)書號(hào)［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

［2］張宏鵬，陳明，謝栓勤.軍用飛機(jī)電氣系統(tǒng)控制與管理技術(shù)概述［J］.計(jì)測(cè)技術(shù)，2006（3）：1－4.

［3］孫鵬，馬少華.電器學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2012.

［4］江靜.機(jī)電設(shè)備控制技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2012.

［5］王仁祥.現(xiàn)代電氣控制與PLC應(yīng)用教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［6］楊號(hào).綜合化儀表測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.西安航空技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2012（1）：14－17.

［7］韓索民，王永超，楊海成.航空制造多項(xiàng)目優(yōu)先級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方法［J］.航空計(jì)算技術(shù)，2010，40（5）44－47.

［8］孟飛，楊繼恩.航空設(shè)備"未發(fā)現(xiàn)故障"的診斷與排除［J］.西安航空技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2012（1）18－20.