飛機吊艙設計技術研究

王　哲

（第一飛機設計研究院，陜西　西安　710089）

飛機吊艙設計技術研究

王哲

（第一飛機設計研究院，陜西西安710089）

從飛機吊艙總體布局、維修性、氣動外形、載機適配性等進行了全面論述，總結了吊艙結構設計、機械和電氣接口、吊耳型式、系統布置、重心控制等特點，并對吊艙靜力、振動、沖擊試驗進行了要求，形成了標準已發布。

飛機；吊艙；總體布局；結構設計

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

為拓展飛機功能和提高飛機外掛能力，加裝吊艙在飛機改裝或電子戰中應用越來越廣泛，如電子干擾、加油、導航、通信、照明、機載設備或武器等，并吊掛在機身或機翼下的流線形短艙段。如何確定設計準則、結構方案、吊掛形式、設備安裝、強度剛度、飛機相容性、維護等，是吊艙設計要解決的難點，另外，吊艙系統應嚴格按照通用化、系列化、模塊化（“三化”）的要求進行設計。吊艙結構應綜合考慮系統內設備的不同要求以及結構的強度剛度要求等，并進行優化設計。載機掛裝吊艙后應進行氣動性能、操縱、重量重心、電磁兼容、共振及顫振、強度剛度等分析。

1　設計要求

1.1設計準則

a）應滿足飛機對吊艙總體布置、外形、吊掛方式、重量重心、氣動特性等要求；

b）吊艙結構應滿足功能設備的安裝、結構完整性、強度剛度等要求；

c）所選材料及其強度數據應符合相關標準；

d）應符合飛機分系統或設備電磁兼容性設計要求；

e）應滿足地面安裝、維護、運輸要求，并應考慮維護的可達性；

f）應選用成熟工藝，減少技術風險，降低成本、提高結構效率。

1.2外形

吊艙作為飛機運載的一個懸掛物，其最有效的設計是在滿足系統的戰術要求的同時，使飛機性能的下降減到最小，一般吊艙外形多為流線旋轉體。吊艙應有合理的氣動外形和結構強度、剛度，應提高艙內空間利用率和吊艙的有效載荷/自重比。必須要適應亞、跨音速飛行狀態氣動載荷的氣動外形。表面外形應光滑、流線，對縫階差和間隙要小，特殊的連接區域宜設置整流罩。

1.3維修性

吊艙里邊裝備設備要執行特殊的任務，數據的加載、設備的更換與維修等很頻繁，維修性設計對提高吊艙的任務執行力很重要。應采用統一設計的設備安裝支架，提高空間利用率，縮短維修時間；口蓋布置要方便設備拆裝，經常需要打開的口蓋應是快卸式；懸掛裝置的裝掛程序應簡單、方便，盡量不需要調整。如果需要，調整應簡便、快速。

2　吊艙設計

2.1總體布置

設備的布局涉及到冷卻系統的效率、艙體模塊化組合、電氣設備單元模塊化組合、維修性以及電纜的拆裝有效性等。應考慮載機的氣動性能，包括外形尺寸、重量重心、懸掛方式、飛機上安裝位置等；同時載機掛吊艙后，應保持良好的操縱性能和機動性能。吊艙布置應緊湊，宜按GJB 1C-2006《機載懸掛物與懸掛裝置接合部位通用設計準則》選取標準掛點，應綜合考慮懸掛、環控、設備安裝及維護等方面要求。吊艙應設有飛機安裝與地面放置的裝置。設備安裝可達性和可維修性良好；設備布置應符合飛機外掛物重量、重心的要求；最大限度地發揮各分系統的性能，相關設備布置在一起；分別考慮T/R組件和其它電子設備模塊的散熱，重點保證T/R組件的散熱；冷卻系統的進風口和出風口應保持一定的壓差，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、機械接口要求，重視電子設備吊艙制造工藝技術。

2.2吊艙結構

艙體結構應綜合考慮系統內設備的不同要求以及結構的強度剛度要求，考慮目前的材料供應、工藝水平及受載情況，吊艙一般采用桁梁式結構，為了使用和維護的方便兩邊開有維護口蓋，并應考慮吊耳或支座等安裝孔和電連接器的安裝位置、止動區、彈射區、支撐區等的結構加強設計。結構布置應做到安全可靠、成本低，傳力路線短，主要受力構件應力求綜合利用。結構設計應滿足總體布局和性能的要求，并應具有良好的工藝性、維修性、高的結構效率。結構的布置應使吊艙具有良好的疲勞、損傷容限特性。應注重細節設計，避免出現偏心，剖面變化應緩和，避免在結構上出現剛度突變的硬點。結構設計應采用成熟技術并適當采用先進技術，這包括先進材料、先進設計技術與制造技術等，并應考慮系列化、通用化、組合化發展。

2.3天線罩

天線罩、受力結構滿足強度、剛度、疲勞和設備安裝要求。天線罩兼作整流罩，既要滿足氣動強度要求，以承受飛行中的氣動載荷，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計。天線罩的設計應符合HB 6186-1989《機載雷達罩通用規范》要求。在環境條件作用下，在天線罩的整個壽命期內，天線罩的性能、結構完整性或其它任何方面都不應有所下降；供強度分析和試驗用的復合材料力學性能應考慮環境條件的影響，且應是生產中所使用的復合材料抽樣進行力學性能測試結果，并應符合有關的試驗規范和條件；天線罩的靜強度用設計許用值控制時，要求在限制載荷作用下不超過結構的使用許用值，在極限載荷作用下不超過結構的設計許用值；結構設計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環境對結構材料強度的影響；應充分利用復合材料的可設計性，合理地選取鋪層角、鋪層比和鋪層順序，以達到比鋼度高。

2.4接口協調

電氣接口：吊艙與載機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/懸掛物電氣連接系統接口要求》，選用可快速分離電連接器。吊艙與載機的信號交換全部采用數字形式，除少數離散量信號外，吊艙通過GJB 289A-1997《數字式時分制指令/響應型多路傳輸數據總線》串行數據總線與載機綜合航電系統接口。

機械接口：吊艙與載機的機載接口按GJB 1C-2006要求設計，吊艙的止動區、彈射區、支撐區、重心位置和電連接器位置均滿足GJB 1C-2006的要求，并應考慮不同重量級的懸掛方式。吊耳設計應符合GJB 283-1987《第Ⅰ重量級懸掛物吊耳》～GJB 288-1987《飛機副油箱用762mm吊距的吊耳技術條件》、GJB 637-1988《第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ重量級機載懸掛物用吊耳》等要求。

吊艙的安裝與拆卸：吊艙設計應考慮與地面裝卸車、起吊設備和放置托架的接口協調。

2.5計算與分析

氣動力和載荷：進行飛機掛吊艙氣動特性計算，飛機掛吊艙對飛機氣動特性的影響評估。根據氣動力計算結果，計算飛機掛吊艙的各種載荷狀態。

飛行性能：按懸掛構型進行飛機掛裝吊艙飛行性能計算，評估飛機掛吊艙飛行性能情況，包括起飛、著陸性能。

飛行品質：進行飛機掛裝吊艙飛行品質計算檢查和分析，包括橫航向、縱航向飛行品質。

重量重心：計算飛機掛吊艙隨燃油消耗的質量特性數據及重量重心變化，根據飛機重心限制條件，計算是否滿足重心限制要求。

靜強度分析：吊艙靜強度計算的應力應變水平是否滿足強度剛度要求。

顫振計算：根據全機地面共振試驗結果，進行飛機掛吊艙顫振計算，是否能夠滿足顫振要求。

3　試驗驗證

應對吊艙結構進行靜強度、動強度和淋雨試驗驗證。

3.1靜強度試驗

在限制載荷作用下，保持載荷30s，卸載后結構不允許出現永久變形；在極限載荷作用下，持續3s，結構允許出現永久變形，但不應發生破壞。

3.2動強度試驗

吊艙結構動強度試驗包括振動、沖擊、共振等試驗。吊艙應總裝完畢，設備可用模擬件。

振動試驗：在預期的振動環境條件下，驗證吊艙性能不降低，結構不出現損壞，振動試驗按GJB 150.16A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第16部分：振動試驗》規定的要求執行。

沖擊試驗：在預期的沖擊環境條件下，驗證吊艙功能是否滿足要求，結構是否產生殘余變形、出現裂紋及其他機械損傷。沖擊按GJB 150.18A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第18部分：沖擊試驗》規定的要求執行。

試驗內容包括正弦掃頻試驗、隨機振動試驗和沖擊試驗。通過振動及沖擊動應力試驗，保證在實際使用過程中不會因振動而出現性能降低，并在所規定的振動及沖擊條件下具有良好的工作適應性和結構完整性。

共振試驗：應將吊艙掛在飛機上，預期振動環境下，測量飛機結構、外掛物的固有特性，包括各階固有頻率、振型和阻尼。試驗按照GJB 67.9A-2008《軍用飛機結構強度規范 第9部分：地面試驗》的要求進行。

3.3淋雨試驗

吊艙應總裝完畢，吊艙所有的口蓋應鎖閉完好，對電連接插座進行遮擋保護，試驗前口蓋縫隙處不允許用圖樣規定以外的任何密封材料封堵。應將吊艙安裝在運輸起掛車上，推入試驗場地，按GJB 5431-2005《飛機結構防水和排水設計要求》進行淋雨試驗。

4　結束語

吊艙是外掛物，是飛機功能的拓展，各式各樣的吊艙應運而生。但不外乎，一與載機適配性，總體和氣動性能的影響，重量重心的平衡，顫振特性分析等；二是吊艙本身設計，結構強度、系統協調、設備維修及與載機的連接等，將規律性的設計方法與試驗進行固化，設計中應考慮因素及要求進行總結，不斷提高設計水平，減少問題發生。此外，外掛物可能引起機翼顫振，將會限制飛機的飛行速度和過載。外掛物還會使飛機的雷達反射面積增加。為了減少外掛物對飛行阻力和雷達反射面的不利影響，可考慮半埋式或全埋式保形外掛法，通過以上研究，總結編制出《飛機吊艙通用要求》標準可以規范設計，提高設計質量。

（編輯：雨晴）

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1003-6660（2016）04-0012-03

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