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    民用飛機(jī)APU系統(tǒng)電搭接設(shè)計(jì)研究

    2015-02-20 13:47:12
    裝備制造技術(shù) 2015年7期
    關(guān)鍵詞:作動(dòng)器排氣管風(fēng)門

    (上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院動(dòng)力燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究部,上海 201210)

    APU(輔助動(dòng)力裝置)在民用飛機(jī)上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,已成為民用飛機(jī)為滿足適航要求所必需的設(shè)備之一。APU作為飛機(jī)的輔助動(dòng)力源,主要為飛機(jī)提供電源和氣源,使飛機(jī)不依靠地面的支持設(shè)備提供電源或氣源,更具有獨(dú)立性、舒適性,增大了飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性和靈活性[1]。

    作為民用飛機(jī)必需的機(jī)載設(shè)備,APU系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須要考慮電搭接的問(wèn)題。電搭接是指在兩金屬物體之間建立一條供電流流動(dòng)的低阻抗通路。其目的在于為飛機(jī)金屬構(gòu)件之間以及構(gòu)件、設(shè)備、附件與基本結(jié)構(gòu)之間提供穩(wěn)定的低阻抗電流通路,從而防止它們之間產(chǎn)生電磁干擾電平,提供電源電流返回通路,也是保護(hù)人身安全防電擊以及提供靜電防護(hù)、雷電防護(hù)、保證低阻抗的天線地網(wǎng)的必要措施。電搭接良好與否,直接影響飛機(jī)的安全和性能[2]。

    電搭接通常可以分為兩大類:直接電搭接和間接電搭接。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),直接電搭接應(yīng)作為首選項(xiàng)。直接電搭接是指通過(guò)熔接、焊接等形成永久性的或通過(guò)螺接、鉚接等形成半永久性的金屬對(duì)金屬的緊固連接。當(dāng)直接電搭接設(shè)計(jì)不可行時(shí),如兩個(gè)被搭接零件間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有非金屬零件相隔等情況,這時(shí)必須采用間接電搭接設(shè)計(jì)[3]。間接電搭接是指通過(guò)金屬材質(zhì)的搭接件將兩個(gè)被搭接零件連接起來(lái)形成一個(gè)低阻抗的電流通路。搭接件有搭接條和搭接線兩種,搭接條通常應(yīng)用于需傳導(dǎo)大電流的場(chǎng)合,而搭接線通常用于不需傳導(dǎo)大電流的場(chǎng)合。

    本文將詳細(xì)探討APU系統(tǒng)進(jìn)行電搭接設(shè)計(jì)時(shí)所需遵循的設(shè)計(jì)要求以及典型的間接電搭接設(shè)計(jì)方案。

    1 設(shè)計(jì)要求

    民用飛機(jī)的設(shè)計(jì),首先要考慮適航條款要求,表1給出了APU系統(tǒng)電搭接設(shè)計(jì)相關(guān)的適航條款及內(nèi)容。

    表1 APU系統(tǒng)電搭接設(shè)計(jì)相關(guān)的適航條款

    除了適航條款要求外,APU系統(tǒng)的電搭接設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮以下通用要求[3]:

    (1)應(yīng)盡可能選擇可兼容的材料以最小化腐蝕;

    (2)不同類金屬的電搭接可通過(guò)選擇可兼容的導(dǎo)電表面處理來(lái)完成;

    (3)在振動(dòng)和熱膨脹情況下,電搭接電阻必須保持在規(guī)定的允許值范圍內(nèi);

    (4)電搭接連接應(yīng)盡量位于受保護(hù)區(qū),并應(yīng)位于可接近區(qū)域,以便于檢查和更換;

    (5)電搭接連接不應(yīng)嚴(yán)重妨礙航線可更換部件的拆卸和重新安裝;

    (6)設(shè)計(jì)和定位搭接件時(shí)要考慮部件的運(yùn)動(dòng)情況,以防止它們和其他部件之間的干擾和間歇接觸。

    2 APU系統(tǒng)典型電搭接設(shè)計(jì)

    2.1 進(jìn)氣風(fēng)門

    進(jìn)氣風(fēng)門為APU系統(tǒng)的活動(dòng)部件,如圖1所示,在APU工作時(shí)打開,在APU不工作時(shí)關(guān)閉。由于進(jìn)氣風(fēng)門暴露在飛機(jī)外表面,在飛行過(guò)程中可能遭遇閃電,因此進(jìn)氣風(fēng)門需進(jìn)行電搭接處理。進(jìn)氣風(fēng)門通過(guò)兩個(gè)鵝頸連接件鉸接在進(jìn)氣風(fēng)門框后緣支架上,進(jìn)氣風(fēng)門可繞著進(jìn)氣風(fēng)門框后緣支架軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣風(fēng)門的打開和關(guān)閉。因此,實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣風(fēng)門到進(jìn)氣風(fēng)門框的直接電搭接是不可行的,這里只能通過(guò)間接電搭接來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于需傳導(dǎo)大電流,因此需選用搭接條來(lái)實(shí)現(xiàn)電搭接。如圖2所示,可以通過(guò)兩個(gè)電搭接條將鵝頸連接件搭接到進(jìn)氣風(fēng)門框上,從而形成低阻抗的電流通路。

    圖1進(jìn)氣系統(tǒng)

    圖2進(jìn)氣風(fēng)門搭接

    2.2 安裝拉桿

    APU的典型安裝形式是通過(guò)6到8根拉桿懸掛在飛機(jī)基本結(jié)構(gòu)上,6根桿稱為靜定桿系結(jié)構(gòu),大于6根桿稱為超靜定桿系結(jié)構(gòu),圖3展示了一種超靜定安裝桿系結(jié)構(gòu)。APU及拉桿都處于飛機(jī)尾錐內(nèi),由于APU本身可能有燃油和滑油的泄露,有可能在尾錐內(nèi)形成可燃蒸汽,因此APU和拉桿均需進(jìn)行電搭接處理以消除靜電積聚。為減小APU和飛機(jī)之間的振動(dòng)或沖擊的傳遞,通常會(huì)在APU的安裝節(jié)處設(shè)置隔振器,隔振器的核心減振部件通常為橡膠件,從而阻斷了APU到拉桿的電流通路,因此此處需通過(guò)間接電搭接的形式實(shí)現(xiàn)低阻抗電流通路。拉桿的飛機(jī)端的安裝形式通常為通過(guò)螺栓的鉸接機(jī)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)安裝時(shí)欄桿的小角度轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整,因此此處亦需通過(guò)間接電搭接的形式實(shí)現(xiàn)拉桿到飛機(jī)基本結(jié)構(gòu)的低阻抗電流通路。由于不需傳導(dǎo)大電流,因此可選用搭接線來(lái)實(shí)現(xiàn),圖4展示了一種典型的搭接線實(shí)現(xiàn)方式。圖中的搭接線可以分為兩段,一段連接APU和拉桿,另一段連接拉桿和飛機(jī)基本結(jié)構(gòu)。

    圖3安裝系統(tǒng)

    圖4安裝拉桿搭接

    2.3 排氣管

    排氣系統(tǒng)將APU產(chǎn)生的高溫燃?xì)馀懦鰴C(jī)外,同時(shí)還需具有降噪功能。目前,典型的民用飛機(jī)排氣系統(tǒng)從降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可以分為兩類:整合式消音器和獨(dú)立式消音器,如圖5所示。整合式消音器利用尾錐蒙皮作為消音腔的外殼,和排氣管一起組成消音腔起到降噪的作用。獨(dú)立式消音器的排氣管自身已設(shè)計(jì)成帶有消音腔,不利用尾錐蒙皮作為降噪結(jié)構(gòu)的一部分。無(wú)論是整合式消音器還是獨(dú)立式消音器,由于排氣管起到將APU燃?xì)馀懦龅綑C(jī)外的作用,排氣管的末端通常會(huì)暴露在飛機(jī)外表面,因此在飛行過(guò)程中可能遭遇閃電,因此排氣管末端需進(jìn)行電搭接處理。由于排氣管屬于航線可更換部件,排氣管末端通常采用接觸式支撐而非緊固連接以便于拆裝和維護(hù),因此此處需采用間接電搭接。由于需傳導(dǎo)大電流,因此需選用搭接條來(lái)實(shí)現(xiàn)電搭接。圖6展示了一種典型的搭接條實(shí)現(xiàn)方式。

    圖5排氣系統(tǒng)

    圖6排氣管搭接

    2.4 進(jìn)氣風(fēng)門作動(dòng)器

    進(jìn)氣風(fēng)門的打開和關(guān)閉通常由進(jìn)氣風(fēng)門作動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖7展示了一種進(jìn)氣風(fēng)門作動(dòng)器及其安裝形式。圖中的進(jìn)氣風(fēng)門由作動(dòng)器的作動(dòng)桿頂開,作動(dòng)桿頂端采用鉸接連接形式,以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣風(fēng)門打開和關(guān)閉時(shí)作動(dòng)桿相對(duì)于進(jìn)氣風(fēng)門的小角度轉(zhuǎn)動(dòng);同時(shí),作動(dòng)器本身的也需通過(guò)鉸接的形式安裝在進(jìn)氣風(fēng)門框上,以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣風(fēng)門打開和關(guān)閉時(shí)作動(dòng)器本身相對(duì)于進(jìn)氣風(fēng)門框的小角度轉(zhuǎn)動(dòng)。由于作動(dòng)器通過(guò)作動(dòng)桿頂端和進(jìn)氣風(fēng)門有直接接觸,在進(jìn)氣風(fēng)門遭遇閃電時(shí)會(huì)有部分電流傳導(dǎo)到作動(dòng)器上,因此進(jìn)氣風(fēng)門作動(dòng)器需進(jìn)行電搭接處理。由于作動(dòng)器本身是通過(guò)鉸接的形式安裝在進(jìn)氣風(fēng)門框上的,因此此處只能通過(guò)間接電搭接來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于需傳導(dǎo)大電流,因此需選用搭接條來(lái)實(shí)現(xiàn)電搭接。圖8展示了一種典型的搭接條實(shí)現(xiàn)方式。

    圖7進(jìn)氣風(fēng)門作動(dòng)器

    圖8進(jìn)氣風(fēng)門作動(dòng)器搭接

    2.5 電流路徑分析

    綜上所述,圖9給出了電搭接電流傳導(dǎo)路徑框圖。對(duì)于圖中所示的鉸接連接或接觸支撐都不可以作為電流傳導(dǎo)的主通道,均需設(shè)計(jì)有通過(guò)搭接條或搭接線所形成的低阻抗電流通路作為電流傳導(dǎo)主通道,并且圖中所示的電流傳導(dǎo)路徑最終都要終結(jié)到了飛機(jī)基本結(jié)構(gòu)上,滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求。

    圖9 電搭接電流路徑框圖

    3 結(jié)束語(yǔ)

    本文梳理了APU系統(tǒng)電搭接設(shè)計(jì)所需遵循的適航條款要求和通用要求,以這些要求作為指導(dǎo)思想,詳細(xì)分析了APU系統(tǒng)中不能通過(guò)直接電搭接滿足要求的部件,給出了通過(guò)搭接條或搭接線等間接電搭接實(shí)現(xiàn)低阻抗電流通路的設(shè)計(jì)案例,并以電流路徑框圖的形式分析了電流傳導(dǎo)路徑,結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。本文所闡述的方法可為民用飛機(jī)APU系統(tǒng)電搭接設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

    [1]《航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì).輔助動(dòng)力裝置及動(dòng)力機(jī)[M].北京:航空工業(yè)出版社,2000.

    [2]《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì).航空電子系統(tǒng)及儀表[M].北京:航空工業(yè)出版社,2001:141.

    [3]SAE.ARP1870 Aerospace Systems Electrical Bonding and Grounding for Electromagnetic Compatibility and Safety[S].USA:SAE International,1999.

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