現(xiàn)代飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)研發(fā)計(jì)劃研究

席勝

（航空工業(yè)一飛院機(jī)電設(shè)計(jì)研究所，陜西 西安 710089）

1 動(dòng)力裝置系統(tǒng)研制的準(zhǔn)備工作

現(xiàn)代飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)的研發(fā)通常分為準(zhǔn)備階段、詳細(xì)設(shè)計(jì)階段以及后續(xù)結(jié)尾階段，準(zhǔn)備階段主要包括對飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)研發(fā)的項(xiàng)目進(jìn)行立項(xiàng)討論與可行性分析工作、總體設(shè)計(jì)方案敲定工作以及初步設(shè)計(jì)的流程方法探討工作，本節(jié)按研發(fā)順序?qū)@三方面的準(zhǔn)備工作進(jìn)行簡單介紹。

立項(xiàng)討論與可行性分析主要是基于研發(fā)目的與研發(fā)意義進(jìn)行深入探討與假設(shè)推演，綜合考慮動(dòng)力裝置系統(tǒng)研發(fā)的經(jīng)濟(jì)成本、人工成本與未來收益情況，另外，還需要考慮的是關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的可行性。如果該設(shè)計(jì)方案需要面臨許多尚未攻克的技術(shù)設(shè)計(jì)難題，這無疑會對項(xiàng)目在未來進(jìn)行過程中的技術(shù)研發(fā)帶來極大的開發(fā)成本壓力，不利于項(xiàng)目的正常進(jìn)行。

敲定總體設(shè)計(jì)方案主要是依據(jù)以前的工作經(jīng)驗(yàn)，與供應(yīng)商、合作商充分交流，對總體方案的大方向進(jìn)行把關(guān)，討論在總體方案實(shí)施過程中可能會出現(xiàn)的一些問題，提前做好防范措施，思考在方案實(shí)施過程中可能會出現(xiàn)的一些意外情況，并針對性地實(shí)施一些應(yīng)急預(yù)案。最后，對總體方案進(jìn)行一個(gè)評估預(yù)測，并且需要給供應(yīng)商提供規(guī)范的信息征詢書，便于供應(yīng)商隨時(shí)查閱，準(zhǔn)備采購工作。同時(shí)，還有需要與多家動(dòng)力裝置系統(tǒng)供應(yīng)商保持聯(lián)系與互動(dòng)交流，通過招標(biāo)確定供應(yīng)商。詳細(xì)設(shè)計(jì)動(dòng)力裝置系統(tǒng)的研制需求與采購方案。

敲定總體方案后就需要完成初步設(shè)計(jì)，這個(gè)階段的主要工作是為了弄清楚飛機(jī)級需求，確定飛機(jī)動(dòng)力裝置的基本構(gòu)型設(shè)計(jì)方案，在此基礎(chǔ)上再聯(lián)合開發(fā)(JDP)確定系統(tǒng)方案、構(gòu)型、需求和接口，并且同時(shí)進(jìn)行動(dòng)力裝置系統(tǒng)初步的功能危害性評估。具體來說，首先需要建立動(dòng)力裝置系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并完成產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)的設(shè)計(jì)，反復(fù)試驗(yàn)確定動(dòng)力裝置研發(fā)過程中的一些標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)與安全范圍。在初步設(shè)計(jì)評審中需要對動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)方案、設(shè)計(jì)規(guī)范、試驗(yàn)方案等設(shè)計(jì)內(nèi)容的有效性以及完整性開展全方位的評審工作，確保初步設(shè)計(jì)方案的有效性與可行性。

2 動(dòng)力裝置系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)舉例

動(dòng)力裝置系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)主要是在初步方案的基礎(chǔ)上對動(dòng)力裝置系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵模塊進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)，本節(jié)主要以機(jī)械接口、安裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為主要舉例對象，詳細(xì)分析動(dòng)力裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容、設(shè)計(jì)原則與一般流程。

2.1 飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)的機(jī)械接口設(shè)計(jì)

機(jī)械接口通常而言依賴著能源設(shè)備的供應(yīng)商一方以及開發(fā)人員之間的工作與交流，主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容一般包括BFE設(shè)備和EBU引擎組件的安裝與接口設(shè)計(jì)。針對買方設(shè)備BFE發(fā)電機(jī)而言,主要需要考慮的是發(fā)電機(jī)和液壓泵如何在附件齒輪箱上正確的進(jìn)行安裝與相應(yīng)的附屬管路之上的接口設(shè)計(jì)，值得注意的是，關(guān)于火災(zāi)探測器如何在發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇區(qū)進(jìn)行分配與設(shè)計(jì)同樣也是非常重要的。對于屬于EBU組件的設(shè)備組件，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)接口和系統(tǒng)設(shè)備接口的總體布局配置。首先必須根據(jù)側(cè)系統(tǒng)設(shè)備配置程序(特別是附件中的變速箱)和飛機(jī)機(jī)庫內(nèi)系統(tǒng)設(shè)備的程序進(jìn)行全面處理和開發(fā)。后者主要用于設(shè)計(jì)管道，如液壓系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、消防安全系統(tǒng)、電纜和電力系統(tǒng)接口。機(jī)械接口的結(jié)果包括但絕不僅僅局限于接口的定義、連接組件的外觀和大小、接口連接點(diǎn)的位置和級別差異、材料信息、電纜信息等。

除了上面的系統(tǒng)類接口之外，一般的機(jī)械接口設(shè)計(jì)還需要重點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)類接口設(shè)計(jì)的內(nèi)容，舉例來說，結(jié)構(gòu)類接口包括引擎接口和懸吊結(jié)構(gòu)的安裝部分短艙結(jié)構(gòu)與吊掛結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)本體間的接口與支持系統(tǒng)類接口的安裝支架接口。該部分的接口設(shè)計(jì)特別需要關(guān)注關(guān)于接口兩邊的結(jié)構(gòu)和形狀、大小、接口位置、公差、材料信息。為了確保結(jié)構(gòu)類接口能夠完全安裝和正確操作，還需要對安裝的公差積累和裂縫進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，并基于此進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)與測試。

在具體設(shè)計(jì)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)機(jī)械接口的接口時(shí)，要提前決定飛行器上的動(dòng)力裝置系統(tǒng)總體上的布局關(guān)系。這種機(jī)械接口的設(shè)計(jì)通常是首先確定好飛行器坐標(biāo)系與引擎坐標(biāo)系，并確定好這兩者之間存在著的轉(zhuǎn)換關(guān)系，基于此，就可以輕松地找到該動(dòng)力裝置的安裝位置。為了確保飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)能夠得到正確的安裝與配置，首先必須保證地面支持設(shè)備與反推力裝置是正常工作的，其次還需要對飛機(jī)機(jī)體部分以及起落架等其它機(jī)械部分進(jìn)行必要的安裝維護(hù)以及工作狀態(tài)間隙檢查。

2.2 飛機(jī)動(dòng)力裝置安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)安裝設(shè)計(jì)的負(fù)載載荷及其傳輸路徑是安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。一般來說，負(fù)載分為三種：第一種是來源于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的推力和扭矩，以最合理的方式進(jìn)行運(yùn)輸，比如像機(jī)翼的梁柱，這是最有效的一種傳輸路徑。第二種是當(dāng)發(fā)送機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊載荷，這完全可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)隔離設(shè)計(jì)進(jìn)行控制，使被傳送至機(jī)體結(jié)構(gòu)的載荷處于所允許的安全范圍內(nèi)。第三種是發(fā)動(dòng)機(jī)工作和飛機(jī)飛行時(shí)產(chǎn)生的各種氣動(dòng)和慣性負(fù)載。荷重的傳送有4種負(fù)荷，即荷重、橫型荷重、扭矩荷重、推力負(fù)荷。設(shè)計(jì)安裝系統(tǒng)的傳送方式的關(guān)鍵在于通過各部分的載荷類型來決定安裝系統(tǒng)的構(gòu)成方式。當(dāng)確定安裝系統(tǒng)的負(fù)載傳輸時(shí)，必須基于發(fā)動(dòng)機(jī)安裝的設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)的匹配來確定安裝系統(tǒng)的負(fù)載傳輸路徑。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)安裝系統(tǒng)的熱補(bǔ)償設(shè)計(jì)。發(fā)動(dòng)機(jī)安裝系統(tǒng)的熱補(bǔ)償設(shè)計(jì)是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上是要求發(fā)動(dòng)機(jī)安裝系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)熱狀態(tài)下的自由膨脹現(xiàn)象，留出熱變形的自由度，確保發(fā)動(dòng)機(jī)安裝結(jié)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)不會因?yàn)闊嶙冃味a(chǎn)生過大的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力，破化動(dòng)力裝置系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，影響動(dòng)力裝置系統(tǒng)的正常工作。安裝節(jié)補(bǔ)償原理如圖1所示。

圖1 安裝節(jié)補(bǔ)償原理示意圖

某型發(fā)動(dòng)機(jī)安裝系統(tǒng)采用球型軸承，并且在前安裝節(jié)和后安裝節(jié)都留出10mm左右的間隙量，從而保證了前后安裝節(jié)連桿能夠在巡航狀態(tài)和起飛狀態(tài)下，對發(fā)動(dòng)機(jī)本體的膨脹進(jìn)行熱補(bǔ)償。

3 飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)研發(fā)的試制、試飛取證、生產(chǎn)階段

試制工作是指在詳細(xì)設(shè)計(jì)方案的引導(dǎo)下開始根據(jù)需求對一些關(guān)鍵零部件與系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)制造與裝配，生產(chǎn)過后對裝配好的模塊進(jìn)行參數(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)，對于不合格的部分仔細(xì)分析其原因，搞清楚是方案設(shè)計(jì)的缺陷還是生產(chǎn)過程的失誤造成的，各模塊裝配成功后完成動(dòng)力裝置系統(tǒng)首飛安全報(bào)告，確認(rèn)各項(xiàng)總指標(biāo)是否在安全范圍之內(nèi)，是否滿足首飛要求，是的話就準(zhǔn)備試飛取證工作。試飛取證階段的主要任務(wù)是通過全面試飛試驗(yàn)表明飛機(jī)對于適航條款的符合性。對整個(gè)試飛過程進(jìn)行詳細(xì)記錄，對出現(xiàn)的問題要進(jìn)行抽絲剝繭的分析，追根溯源的尋找問題根本所在，要從源頭解決問題，不能停留于表面。積極進(jìn)行試飛員培訓(xùn)工作，制定、編制飛行手冊、維修手冊。在飛機(jī)完成取證工作后，動(dòng)力裝置系統(tǒng)研制就可以開始進(jìn)行批生產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)化了，這階段需要注意不斷地收集整理飛機(jī)飛行運(yùn)營數(shù)據(jù)，這有利于系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)。

4 結(jié)語

本文從準(zhǔn)備階段、詳細(xì)設(shè)計(jì)階段以及后續(xù)結(jié)尾階段三個(gè)大的部分詳細(xì)介紹了現(xiàn)代飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)的研發(fā)，并著重對詳細(xì)階段進(jìn)行了舉例介紹，深入分析了機(jī)械接口設(shè)計(jì)與安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過程與技術(shù)關(guān)鍵，希望能對現(xiàn)代飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)提供一點(diǎn)幫助。