飛機(jī)吊艙設(shè)計(jì)技術(shù)研究

王　哲

（第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，陜西　西安　710089）

飛機(jī)吊艙設(shè)計(jì)技術(shù)研究

王哲

（第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710089）

從飛機(jī)吊艙總體布局、維修性、氣動(dòng)外形、載機(jī)適配性等進(jìn)行了全面論述，總結(jié)了吊艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械和電氣接口、吊耳型式、系統(tǒng)布置、重心控制等特點(diǎn)，并對(duì)吊艙靜力、振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)進(jìn)行了要求，形成了標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布。

飛機(jī)；吊艙；總體布局；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

［DOI編碼］10.13237/j.cnki.asq.2016.04.003

為拓展飛機(jī)功能和提高飛機(jī)外掛能力，加裝吊艙在飛機(jī)改裝或電子戰(zhàn)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如電子干擾、加油、導(dǎo)航、通信、照明、機(jī)載設(shè)備或武器等，并吊掛在機(jī)身或機(jī)翼下的流線形短艙段。如何確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)方案、吊掛形式、設(shè)備安裝、強(qiáng)度剛度、飛機(jī)相容性、維護(hù)等，是吊艙設(shè)計(jì)要解決的難點(diǎn)，另外，吊艙系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格按照通用化、系列化、模塊化（“三化”）的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。吊艙結(jié)構(gòu)應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的不同要求以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剛度要求等，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。載機(jī)掛裝吊艙后應(yīng)進(jìn)行氣動(dòng)性能、操縱、重量重心、電磁兼容、共振及顫振、強(qiáng)度剛度等分析。

1　設(shè)計(jì)要求

1.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

a）應(yīng)滿足飛機(jī)對(duì)吊艙總體布置、外形、吊掛方式、重量重心、氣動(dòng)特性等要求；

b）吊艙結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足功能設(shè)備的安裝、結(jié)構(gòu)完整性、強(qiáng)度剛度等要求；

c）所選材料及其強(qiáng)度數(shù)據(jù)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；

d）應(yīng)符合飛機(jī)分系統(tǒng)或設(shè)備電磁兼容性設(shè)計(jì)要求；

e）應(yīng)滿足地面安裝、維護(hù)、運(yùn)輸要求，并應(yīng)考慮維護(hù)的可達(dá)性；

f）應(yīng)選用成熟工藝，減少技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，降低成本、提高結(jié)構(gòu)效率。

1.2外形

吊艙作為飛機(jī)運(yùn)載的一個(gè)懸掛物，其最有效的設(shè)計(jì)是在滿足系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)要求的同時(shí)，使飛機(jī)性能的下降減到最小，一般吊艙外形多為流線旋轉(zhuǎn)體。吊艙應(yīng)有合理的氣動(dòng)外形和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度，應(yīng)提高艙內(nèi)空間利用率和吊艙的有效載荷/自重比。必須要適應(yīng)亞、跨音速飛行狀態(tài)氣動(dòng)載荷的氣動(dòng)外形。表面外形應(yīng)光滑、流線，對(duì)縫階差和間隙要小，特殊的連接區(qū)域宜設(shè)置整流罩。

1.3維修性

吊艙里邊裝備設(shè)備要執(zhí)行特殊的任務(wù)，數(shù)據(jù)的加載、設(shè)備的更換與維修等很頻繁，維修性設(shè)計(jì)對(duì)提高吊艙的任務(wù)執(zhí)行力很重要。應(yīng)采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)的設(shè)備安裝支架，提高空間利用率，縮短維修時(shí)間；口蓋布置要方便設(shè)備拆裝，經(jīng)常需要打開的口蓋應(yīng)是快卸式；懸掛裝置的裝掛程序應(yīng)簡(jiǎn)單、方便，盡量不需要調(diào)整。如果需要，調(diào)整應(yīng)簡(jiǎn)便、快速。

2　吊艙設(shè)計(jì)

2.1總體布置

設(shè)備的布局涉及到冷卻系統(tǒng)的效率、艙體模塊化組合、電氣設(shè)備單元模塊化組合、維修性以及電纜的拆裝有效性等。應(yīng)考慮載機(jī)的氣動(dòng)性能，包括外形尺寸、重量重心、懸掛方式、飛機(jī)上安裝位置等；同時(shí)載機(jī)掛吊艙后，應(yīng)保持良好的操縱性能和機(jī)動(dòng)性能。吊艙布置應(yīng)緊湊，宜按GJB 1C-2006《機(jī)載懸掛物與懸掛裝置接合部位通用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》選取標(biāo)準(zhǔn)掛點(diǎn)，應(yīng)綜合考慮懸掛、環(huán)控、設(shè)備安裝及維護(hù)等方面要求。吊艙應(yīng)設(shè)有飛機(jī)安裝與地面放置的裝置。設(shè)備安裝可達(dá)性和可維修性良好；設(shè)備布置應(yīng)符合飛機(jī)外掛物重量、重心的要求；最大限度地發(fā)揮各分系統(tǒng)的性能，相關(guān)設(shè)備布置在一起；分別考慮T/R組件和其它電子設(shè)備模塊的散熱，重點(diǎn)保證T/R組件的散熱；冷卻系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口應(yīng)保持一定的壓差，減少管路，盡可能降低管路的流阻；艙段電纜、管路等可按要求方便拆裝；滿足干擾吊艙的使用條件、掛載方式、安裝尺寸和重量、重心諸方面的物理、機(jī)械接口要求，重視電子設(shè)備吊艙制造工藝技術(shù)。

2.2吊艙結(jié)構(gòu)

艙體結(jié)構(gòu)應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的不同要求以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剛度要求，考慮目前的材料供應(yīng)、工藝水平及受載情況，吊艙一般采用桁梁式結(jié)構(gòu)，為了使用和維護(hù)的方便兩邊開有維護(hù)口蓋，并應(yīng)考慮吊耳或支座等安裝孔和電連接器的安裝位置、止動(dòng)區(qū)、彈射區(qū)、支撐區(qū)等的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)做到安全可靠、成本低，傳力路線短，主要受力構(gòu)件應(yīng)力求綜合利用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足總體布局和性能的要求，并應(yīng)具有良好的工藝性、維修性、高的結(jié)構(gòu)效率。結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)使吊艙具有良好的疲勞、損傷容限特性。應(yīng)注重細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)偏心，剖面變化應(yīng)緩和，避免在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)剛度突變的硬點(diǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)采用成熟技術(shù)并適當(dāng)采用先進(jìn)技術(shù)，這包括先進(jìn)材料、先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)與制造技術(shù)等，并應(yīng)考慮系列化、通用化、組合化發(fā)展。

2.3天線罩

天線罩、受力結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度、剛度、疲勞和設(shè)備安裝要求。天線罩兼作整流罩，既要滿足氣動(dòng)強(qiáng)度要求，以承受飛行中的氣動(dòng)載荷，又要滿足天線的電性能要求。需要采用滿足電性能要求的透波材料，天線罩外形與吊艙殼體外形一體化設(shè)計(jì)。天線罩的設(shè)計(jì)應(yīng)符合HB 6186-1989《機(jī)載雷達(dá)罩通用規(guī)范》要求。在環(huán)境條件作用下，在天線罩的整個(gè)壽命期內(nèi)，天線罩的性能、結(jié)構(gòu)完整性或其它任何方面都不應(yīng)有所下降；供強(qiáng)度分析和試驗(yàn)用的復(fù)合材料力學(xué)性能應(yīng)考慮環(huán)境條件的影響，且應(yīng)是生產(chǎn)中所使用的復(fù)合材料抽樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果，并應(yīng)符合有關(guān)的試驗(yàn)規(guī)范和條件；天線罩的靜強(qiáng)度用設(shè)計(jì)許用值控制時(shí)，要求在限制載荷作用下不超過(guò)結(jié)構(gòu)的使用許用值，在極限載荷作用下不超過(guò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)許用值；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)許用值的確定必須考慮溫度和濕度的影響、制造缺限和沖擊損傷以及可能的振動(dòng)環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度的影響；應(yīng)充分利用復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性，合理地選取鋪層角、鋪層比和鋪層順序，以達(dá)到比鋼度高。

2.4接口協(xié)調(diào)

電氣接口：吊艙與載機(jī)的電纜連接器分為主電連接器和輔助電連接器。按GJB 1188A-1999《飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)接口要求》，選用可快速分離電連接器。吊艙與載機(jī)的信號(hào)交換全部采用數(shù)字形式，除少數(shù)離散量信號(hào)外，吊艙通過(guò)GJB 289A-1997《數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線》串行數(shù)據(jù)總線與載機(jī)綜合航電系統(tǒng)接口。

機(jī)械接口：吊艙與載機(jī)的機(jī)載接口按GJB 1C-2006要求設(shè)計(jì)，吊艙的止動(dòng)區(qū)、彈射區(qū)、支撐區(qū)、重心位置和電連接器位置均滿足GJB 1C-2006的要求，并應(yīng)考慮不同重量級(jí)的懸掛方式。吊耳設(shè)計(jì)應(yīng)符合GJB 283-1987《第Ⅰ重量級(jí)懸掛物吊耳》～GJB 288-1987《飛機(jī)副油箱用762mm吊距的吊耳技術(shù)條件》、GJB 637-1988《第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ重量級(jí)機(jī)載懸掛物用吊耳》等要求。

吊艙的安裝與拆卸：吊艙設(shè)計(jì)應(yīng)考慮與地面裝卸車、起吊設(shè)備和放置托架的接口協(xié)調(diào)。

2.5計(jì)算與分析

氣動(dòng)力和載荷：進(jìn)行飛機(jī)掛吊艙氣動(dòng)特性計(jì)算，飛機(jī)掛吊艙對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)特性的影響評(píng)估。根據(jù)氣動(dòng)力計(jì)算結(jié)果，計(jì)算飛機(jī)掛吊艙的各種載荷狀態(tài)。

飛行性能：按懸掛構(gòu)型進(jìn)行飛機(jī)掛裝吊艙飛行性能計(jì)算，評(píng)估飛機(jī)掛吊艙飛行性能情況，包括起飛、著陸性能。

飛行品質(zhì)：進(jìn)行飛機(jī)掛裝吊艙飛行品質(zhì)計(jì)算檢查和分析，包括橫航向、縱航向飛行品質(zhì)。

重量重心：計(jì)算飛機(jī)掛吊艙隨燃油消耗的質(zhì)量特性數(shù)據(jù)及重量重心變化，根據(jù)飛機(jī)重心限制條件，計(jì)算是否滿足重心限制要求。

靜強(qiáng)度分析：吊艙靜強(qiáng)度計(jì)算的應(yīng)力應(yīng)變水平是否滿足強(qiáng)度剛度要求。

顫振計(jì)算：根據(jù)全機(jī)地面共振試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行飛機(jī)掛吊艙顫振計(jì)算，是否能夠滿足顫振要求。

3　試驗(yàn)驗(yàn)證

應(yīng)對(duì)吊艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度和淋雨試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.1靜強(qiáng)度試驗(yàn)

在限制載荷作用下，保持載荷30s，卸載后結(jié)構(gòu)不允許出現(xiàn)永久變形；在極限載荷作用下，持續(xù)3s，結(jié)構(gòu)允許出現(xiàn)永久變形，但不應(yīng)發(fā)生破壞。

3.2動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)

吊艙結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)包括振動(dòng)、沖擊、共振等試驗(yàn)。吊艙應(yīng)總裝完畢，設(shè)備可用模擬件。

振動(dòng)試驗(yàn)：在預(yù)期的振動(dòng)環(huán)境條件下，驗(yàn)證吊艙性能不降低，結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)損壞，振動(dòng)試驗(yàn)按GJB 150.16A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第16部分：振動(dòng)試驗(yàn)》規(guī)定的要求執(zhí)行。

沖擊試驗(yàn)：在預(yù)期的沖擊環(huán)境條件下，驗(yàn)證吊艙功能是否滿足要求，結(jié)構(gòu)是否產(chǎn)生殘余變形、出現(xiàn)裂紋及其他機(jī)械損傷。沖擊按GJB 150.18A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第18部分：沖擊試驗(yàn)》規(guī)定的要求執(zhí)行。

試驗(yàn)內(nèi)容包括正弦掃頻試驗(yàn)、隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)。通過(guò)振動(dòng)及沖擊動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)，保證在實(shí)際使用過(guò)程中不會(huì)因振動(dòng)而出現(xiàn)性能降低，并在所規(guī)定的振動(dòng)及沖擊條件下具有良好的工作適應(yīng)性和結(jié)構(gòu)完整性。

共振試驗(yàn)：應(yīng)將吊艙掛在飛機(jī)上，預(yù)期振動(dòng)環(huán)境下，測(cè)量飛機(jī)結(jié)構(gòu)、外掛物的固有特性，包括各階固有頻率、振型和阻尼。試驗(yàn)按照GJB 67.9A-2008《軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范 第9部分：地面試驗(yàn)》的要求進(jìn)行。

3.3淋雨試驗(yàn)

吊艙應(yīng)總裝完畢，吊艙所有的口蓋應(yīng)鎖閉完好，對(duì)電連接插座進(jìn)行遮擋保護(hù)，試驗(yàn)前口蓋縫隙處不允許用圖樣規(guī)定以外的任何密封材料封堵。應(yīng)將吊艙安裝在運(yùn)輸起掛車上，推入試驗(yàn)場(chǎng)地，按GJB 5431-2005《飛機(jī)結(jié)構(gòu)防水和排水設(shè)計(jì)要求》進(jìn)行淋雨試驗(yàn)。

4　結(jié)束語(yǔ)

吊艙是外掛物，是飛機(jī)功能的拓展，各式各樣的吊艙應(yīng)運(yùn)而生。但不外乎，一與載機(jī)適配性，總體和氣動(dòng)性能的影響，重量重心的平衡，顫振特性分析等；二是吊艙本身設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、設(shè)備維修及與載機(jī)的連接等，將規(guī)律性的設(shè)計(jì)方法與試驗(yàn)進(jìn)行固化，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮因素及要求進(jìn)行總結(jié)，不斷提高設(shè)計(jì)水平，減少問(wèn)題發(fā)生。此外，外掛物可能引起機(jī)翼顫振，將會(huì)限制飛機(jī)的飛行速度和過(guò)載。外掛物還會(huì)使飛機(jī)的雷達(dá)反射面積增加。為了減少外掛物對(duì)飛行阻力和雷達(dá)反射面的不利影響，可考慮半埋式或全埋式保形外掛法，通過(guò)以上研究，總結(jié)編制出《飛機(jī)吊艙通用要求》標(biāo)準(zhǔn)可以規(guī)范設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（編輯：雨晴）

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1003-6660（2016）04-0012-03

2016-03-03