民用飛機動力裝置系統機械接口設計研究

朱 巖 王厲哲∕ZHU Yan WANG Lizhe

(上海飛機設計研究院，上海201210)

民用飛機動力裝置系統機械接口設計研究

朱 巖 王厲哲∕ZHU Yan WANG Lizhe

(上海飛機設計研究院，上海201210)

研究了民用飛機動力裝置系統機械接口的設計技術，提出了動力裝置系統機械接口的三種分類并總結了相應特點。根據民用飛機和動力裝置系統的設計特點，總結了機械接口設計的主要內容，提出了一般設計流程，并以液壓泵機械接口設計作為實例，詳細描述了機械接口設計的內容和流程。為民用飛機動力裝置系統安裝集成設計提供了支持和技術積累。

機械接口；動力裝置系統；民用飛機

0 引言

機械接口設計是民用飛機動力裝置系統安裝集成設計中的關鍵技術之一，尤其是隨著現代民用飛機的發展，飛機與發動機之間的電氣信號傳輸日益復雜，飛機液壓、電源、引氣系統等對發動機的動力能源需求日益提高，而上述系統功能實現所必須的管路線纜均需通過狹小的飛機吊掛結構與動力裝置系統進行連接。此外，發動機本體與短艙結構等也需要牢固可靠地固定在吊掛結構上，從而確保發動機向飛機提供包括推力在內的所有功能[1-2]。

從“主制造商-供應商”關系而言，明確飛機方和供應商之間的分工和設計界面，是系統集成設計的首要工作。在此前提下，根據分工和設計界面，進行界面上的接口方案設計，以滿足飛機方和供應商兩邊的要求。最終通過機械接口定義確定上述界面和方案，并作為飛機方和供應商內部設計的必要輸入和依據。因此，機械接口設計不能僅滿足于界面上的簡單劃分，而是要綜合考慮和權衡包括系統布置、結構設計、安全性、維修性和經濟性等因素，形成切實可行的機械接口設計方案，完成機械接口設計定義。

1 機械接口分類

民用飛機動力裝置系統機械接口通常包括系統類接口、結構類接口和安裝檢查接口。

1.1 系統類接口

系統類接口主要分為買方設備BFE和發動機裝配組件EBU兩類接口。其中買方設備BFE(Buyer Furnished Equipment，簡稱BFE)通常包含有發電機、液壓泵、環控活門和著火探測器等。發動機裝配組件EBU(Engine Build-Up，簡稱EBU)通常包含有液壓系統設備、電源系統設備、起動和環控系統設備、氣源系統設備、電氣系統設備、防火系統設備、燃油系統設備等設備組件。圖1展示了某型號飛機與動力裝置間系統類接口的位置和種類。

圖1 系統類接口位置示意

1.2 結構類接口

結構類接口主要分為發動機本體與吊掛結構的安裝節接口、短艙結構(包括進氣道、風扇罩、反推力結構、尾噴管等)與吊掛結構和發動機本體間的接口、以及支持系統類接口的安裝支架接口。圖2展示了某型號飛機與動力裝置間結構類接口的位置和種類。

圖2 結構類接口位置示意

1.3 安裝檢查類接口

如圖3所示，在開展具體的系統類和結構類機械接口設計之前，需確定動力裝置系統在飛機上的總體安裝布局；進行短艙氣動外形定義；檢查動力裝置與飛機機體和其他系統之間的安裝和維護間隙；檢查動力裝置系統和地面支持設備的安裝間隙等，通常稱之為安裝檢查類接口。

圖3 安裝檢查類接口示意

2 機械接口設計內容和流程

2.1 機械接口設計內容

民用飛機動力裝置系統機械接口設計，首先需明確飛機方和供應商之間的分工和設計界面。在此前提下，根據分工和設計界面，進行界面上的接口方案設計，以滿足飛機方和供應商兩邊的要求。最終通過機械接口定義確定上述界面和方案，并作為飛機方和供應商內部設計的必要輸入和依據。

2.1.1 系統類機械接口設計內容

對于系統類機械接口，主要包括買方設備BFE和發動機裝配組件EBU的安裝和接口設計。

對于屬于買方設備BFE的發電機、液壓泵、環控活門和著火探測器等，主要涉及發電機和液壓泵在附件齒輪箱上的安裝以及附屬管路的接口設計，環控活門在發動機核心區的安裝和接口設計，著火探測器在發動機風扇區和核心區內的布置和接口設計等。

對于屬于發動機裝配組件EBU的設備組件，主要開展發動機和飛機吊掛分界面上的系統接口總體布置設計以及系統設備的接口設計。前者需基于發動機一側的系統設備布置方案(尤其是附件齒輪箱的布置方案)，以及飛機吊掛內部的系統設備布置方案，進行綜合考慮和集成設計。后者主要是針對液壓系統、起動和環控系統、燃油系統、防火系統等管路的接口設計，以及電氣控制系統和電源系統的線纜和連接器接口設計。

機械接口設計的結果包括但不限于接口定義基準、接口處的連接部件外形和尺寸、接口點位置和公差、材料信息、管路接頭型號和線纜連接器型號等。以上內容最終通過機械接口定義文件確定。

2.1.2 結構類機械接口設計內容

對于結構類接口，主要包括發動機本體與吊掛結構的安裝節接口、短艙結構與吊掛結構和發動機本體間的接口、以及支持系統類接口的安裝支架接口。此類接口需詳細描述接口兩側結構和密封件的外形以及尺寸、接口點位置和公差、材料信息、緊固件等信息。特別地，為確保正常安裝和使用，需進行必要的安裝間隙檢查和公差積累分析，進行迭代設計。

2.1.3 安裝檢查類機械接口設計內容

在開展具體的系統類和結構類機械接口設計之前，需確定動力裝置系統在飛機上的總體安裝布局,此類機械接口的設計內容通常是確定飛機坐標系和發動機坐標系之間的轉換關系從而確定動力裝置的安裝位置[2]。為確保動力裝置系統在飛機上的正常安裝和工作，需針對用于動力裝置安裝的地面支持設備(如發動機運輸車、反推力裝置運輸車等)，反推力裝置打開狀態，風扇罩開啟狀態等，結合飛機機體(如吊掛結構、機翼前后緣和貨艙門等)和其他系統(如起落架等)進行必要的安裝、維護和工作狀態間隙檢查。此外，在完成短艙氣動外形設計后，通常也通過機械接口對氣動外形加以明確。

2.2 機械接口設計流程

對上述機械接口設計的主要內容進行歸納，總結出動力裝置系統機械接口設計流程如圖4所示。

圖4 動力裝置系統機械接口設計流程

3 機械接口設計實例

下面以液壓泵機械接口設計作為實例，詳細描述了機械接口設計的內容和流程。

3.1 確定動力裝置在飛機上的總體安裝布局

該步驟為所有其他機械接口定義的初始步驟，目標是獲得動力裝置系統與飛機之間的相對安裝位置[3]，從而確定動力裝置系統上任意一點在飛機坐標系下的坐標值。某型飛機坐標系與發動機坐標系關系示意如圖5所示。

圖5 飛機坐標系與發動機坐標系關系示意

3.2 布置液壓泵的安裝位置

在該步驟中，首先需協調液壓泵制造商提供初步的液壓泵數模，進而在短艙內附件齒輪箱上進行初始安裝布置，確認液壓泵的外形以及與附件齒輪箱的相對位置[4]。

3.3 確定液壓泵與附件齒輪箱的連接標準和公差

本步驟中，需確定以下信息：

1)傳動齒的齒數、尺寸、公差、角度、倒角和有效工作長度等信息；

2)定位銷尺寸、公差和位置信息；

3)連接處密封圈數量和尺寸以及標準信息(如采用NAS1611和AS3209型號密封圈)[5]；

4)V型卡箍的尺寸和公差信息。

3.4 確定液壓泵與液壓管間的連接標準和公差

本步驟中，需確定以下信息：

1)連接接頭的形式(可采用快卸接頭和自鎖接頭)和連接標準信息，注意公端和母端的匹配；

2)按需采用直角轉彎接頭以方便布置安裝；

3)相關的接頭標準圖。

3.5 定義液壓泵機械接口定義文件

本步驟中，根據機械接口定義文件通用要求，將上述步驟中所確定的信息整理完成液壓泵機械接口定義文件。該文件應至少包括以下信息：

1)動力裝置系統在飛機上的總體安裝布局定義信息；

2)接口定義中所依據的液壓泵和動力裝置系統件號；

3)接口點和矢量點的坐標信息；

4)連接標準和公差信息；

5)液壓泵和接頭的圖紙信息。

需要特別指出的是，機械接口定義并非一蹴而就或是一步到位的，可根據掌握信息的情況循序漸進的逐步確定相關信息形成階段性文件，并隨著設計的完善和深入而不斷更新迭代。

4 結論

本文研究了民用飛機動力裝置系統機械接口設計技術，總結了民用飛機動力裝置系統機械接口設計的分類，主要設計內容和設計流程。并以液壓泵機械接口設計為例，描述了機械接口設計的內容和流程。在民用飛機動力裝置系統安裝集成設計時，以期為機械接口設計提供參考。

[1] 《飛機設計手冊》總編委會.飛機設計手冊第五冊，第十三冊[M].北京：航空工業出版社，1996.

[2] 黨鐵紅.翼吊布局民用飛機發動機安裝設計[J].民用飛機設計與研究，2008，2：8-14.

[3] 朱巖，田宏星.基于數字樣機的民用飛機發動機安裝位置確定方法研究[J].航空科學技術，2013，1：49-51.

[4] 韓定邦，楊化龍，夏鶴鳴.民用飛機液壓能源系統元件的安裝設計[J].中國科技信息，2012，19：98-99.

[5] 謝孟愷，張建波，樸學奎，顏顏.民用飛機液壓發動機驅動泵密封圈與發動機短艙熱兼容性分析[J].科技信息，2012，32：653-654.

Study of Mechanical Interface Design of Powerplant System for Civil Aircraft

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

This paper studies the mechanical interface design technology of powerplant system for civil aircraft. Three different types of powerplant system mechanical interface and associated characteristics were presented. The paper concludes the main design work of mechanical interface design, and proposes general process of mechanical interface design of powerplant system. The detailed design work and process are presented with taking the hydraulic pump mechanical interface design as example. The research supported the installation integration design of powerplant system for civil aircraft and the accumulated technology.

mechanical interface; powerplant system; civil aircraft

10.19416/j.cnki.1674-9804.2016.04.016

V228

A