寬體客機飛發連接構造分析

張鐵純 段達（中國民航大學航空工程學院，天津 300300）

寬體客機飛發連接構造分析

張鐵純 段達
（中國民航大學航空工程學院，天津 300300）

寬體客機項目被列為我國未來二十年國家中長期發展項目之一，發動機與機翼的連接是寬體客機設計中的關鍵技術。本文通過對三種典型寬體客機飛發連接特點進行分析，總結波音飛機和空客飛機短艙吊掛連接處各自的優缺特性，比較出更具優勢的飛發連接設計方案。力求在未來飛機短艙/吊掛設計工作中提供參考。

寬體客機 構造分析 飛發連接 短艙/吊掛

1　引言

自從20世紀70年代以來寬體客機就一直受到世界各航空公司和乘客的青睞，并逐步成為世界航空旅客運輸的主力。目前為止，世界上已經有14種型號的寬體客機先后投入營運，另有一種型號將要投入運營。在當今世界航空客運市場上，寬體客機不僅在遠程和洲際航線上占統治地位，而且在中短程航線上也得到廣泛應用，同時關于寬體客機下代產品的設計也在逐步進行。在現代民用飛機的設計過程中，飛機的性能很大程度上依靠機體與動力裝置的配合，這就使得飛機與發動機結合部分-短艙/吊掛-區域的設計分析不可小覷。短艙吊掛部分屬于發動機向飛機機體的過渡區域，所涉及的系統很多，系統的安裝需求分析可以從吊掛部分的結構安裝特點以及各分系統管路的接頭安裝形式展開。可為后續的機型設計提供參考。

2　吊掛連接結構設計要求

航空發動機在飛機上有不同的安裝方法，根據安裝位置不同可分為機翼安裝和機身安裝兩種形式。而機翼安裝可分為翼裝和吊掛兩種，考慮到民用飛機的發動機的維修便利性、通用性、舒適性，吊掛安裝形式一直是民用航空器飛發連接的主流，同樣未來新機型的設計也會趨于這種主流。短艙吊掛是連接發動機裝置和機體的結構部件，是亞音速客機的重要部件之一，有時也可作為一個獨立的整體部件。飛發連接結構的設計應該外形緊湊、重量輕，且有優良的維護性和可達性；飛發連接結構應能承受所裝發動機在飛行和地面運轉時的溫度、壓力、震動、污染和聲環境所產生的各種載荷的影響，且滿足飛機的安全性、可靠性和壽命需求。

圖1　B787飛機上裝載的GEnx發動機安裝仿真圖

圖2　B787飛機GEnx發動機前吊點仿真圖

圖3　B787飛機GEnx發動機后吊點

吊掛設計要求中有關于連接結構設計的要求如下：

（1）作為類似機翼、尾翼的盒段部件設計，他在包含結構安裝支架、連接發機動各系統的系統管路部件等基礎上，外形選擇是采用一個低阻的對稱翼型作為吊掛的基準翼型。

（2）吊掛的寬度，吊掛的高度的決定主要是考慮減少短艙-吊掛-機體之間的干擾阻力，除了融合式吊掛設計的吊掛外，不管翼吊型還是尾吊型的安裝，吊掛均有較大的結構尺寸。

圖4　B777飛機GE90發動機推力連桿及前后安裝點

圖5　B777飛機GE90發動機前吊點

圖6　B777GE90發動機后吊點

圖7　A330飛機發動機推力傳遞路線

表1　飛發連接管線布局設計應遵循原則

（3）為了減少短艙-吊掛-機體之間的干擾阻力和改善飛機的操縱特性，吊掛的弦平面設計是稍有不對稱性的，且吊掛寬度或吊掛高度的變化對各種機型是不同的。

（4）吊掛的對稱面同短艙的對稱面最好一致，可以方便發動機的安裝或換裝，且這一對稱面垂直于機翼的弦平面為好。

（5）吊掛設計時要考慮減震裝置，將發動震動對機體的影響限制在規定范圍以內。

3　飛發連接相關系統及構造分析

3.1飛發連接管線布局

飛機短艙/吊掛區域不僅有結構件還包括電纜線束、液體管路、氣體管路等系統。

國內現役民用飛機短艙/吊掛系統與飛機上其它區域的布置情況相對比，具備以下特點［2］：

（1）吊掛內空間狹小，不僅要滿足吊掛的氣動外形要求，也應滿足各分系統的間隙及相對位置要求；（2）區域內放置的設備較少，以各種管線路為主；（3）管線路包含多種類型，不僅有液壓、燃油等液體管路，還有氣源系統的引氣管路（全電飛機除外），同時還包括饋電線、信號線等線束。

圖8　A330飛機TRENT700發動機前吊點

圖9　A330飛機TRENT700發動機后吊點

對這些管線路的布局進行設計時必須遵守的原則如表1所示。

3.2波音寬體客機飛發連接構造分析

3.2.1B787/GEnx組合特點研究

（1）推力傳遞路線。發動機的推力通過前后吊點及兩根推力連桿傳遞至飛機，其吊裝結構仿真圖如圖1。

B787飛機GEnx發動機設計有兩根高強度的X2鈦合金推力連桿，其兩端分別固定于發動機核心機和后吊點上。該推力連桿可將由風扇及壓氣機所產生的推力傳遞至后吊點位置，進而將發動機的推力載荷傳遞到吊掛上。

（2）前吊點特點。GEnx發動機前安裝點處采用垂直方向上4個高強度的拉緊螺栓以及安裝在其內部的4個圓柱形螺帽，吊點處設計的2個剪切銷用于輔助定位以及傳遞扭力到發動機吊掛，前吊點仿真圖見圖2。

（3）后吊點特點。發動機后吊點用于支撐發動機后段的重量，并將發動機后段所承受的載荷和力傳遞到發動機吊掛上。發動機后吊點上部同樣采用垂直方向上4個拉緊螺栓以及安裝在其內部的4個圓柱形螺帽，在其下部則通過2個側桿和1個中央位置的失效安全扭力桿連接至發動機渦輪后隔框上，后吊點實物圖見圖3。此外，由于在吊掛的結構設計方面B787飛機發動機采用統一吊掛的形式，發動機制造商根據飛機吊掛處結構的情況進行匹配發動機接頭，吊掛具有很好的通用性，這也會是未來飛機發動機吊掛設計發展的主要趨勢。

3.2.2B777/GE90組合特點研究

（1）推力傳遞路線。與B787/GEnx飛機發動機組合類似，發動機的推力通過前后吊點及兩根推力連桿傳遞至飛機。如圖4所示。

B777飛機GE90發動機設計有兩根高強度推力連桿，其通過前后吊點固定于發動機核心機上。該推力連桿可將由風扇及壓氣機所產生的推力傳遞至后吊點位置，進而將發動機的推力載荷傳遞到吊掛上。

（2）前吊點特點。GE90發動機前吊點處采用垂直方向上4個高強度的拉緊螺栓以及安裝在其內部的4個圓柱形螺帽，吊點處設計的1個剪切銷用于輔助定位以及傳遞扭力到發動機吊掛，如圖5所示。

（3）后吊點特點。發動機后吊點用于支撐發動機后段的重量，并將發動機后段所承受的載荷和力傳遞到發動機吊掛上。發動機后吊點上部采用垂直方向上8個拉緊螺栓以及安裝在其內部的8個圓柱形螺帽，在其下部則通過2個側桿連接至發動機渦輪后隔框上，如圖6所示。

通過對以上典型波音寬體客機飛發連接構造的分析，可以看出波音客機飛發連接處普遍采用前后吊點加推力連桿的結構形式。雙吊點推力連桿的結構不僅使連接結構更為安全，同時八字分開固定的推力連桿可以將發動機前部分的軸向震動傳遞給后吊點，后吊點安裝在減震隔振措施比較完備的吊掛中后部區域又可以有效的減少震動和噪音提供更安全舒適的乘坐環境。由此可知在擁有同樣的隔振技術條件下，雙吊點加推力連桿的組合構造更適合民用飛機的運營需求。

3.3空客寬體客機飛發連接構造分析

（1）推力傳遞路線。A330飛機發動機的推力通過前后吊點傳遞至吊掛部分，前吊點位于中間殼體的頂端，后吊點位于排氣殼體的頂端，再通過吊掛與機翼翼梁接頭傳到機翼上，如圖7所示。

與波音飛機所采取的斜撐桿式推力形式不同，A330飛機發動機的推力主要通過吊掛與發動機之間的前后兩個吊點來傳遞。

（2）前吊點特點。A330 Trent700發動機前吊掛點通過四個螺栓螺母將推力及垂直方向和側向的載荷傳遞到吊掛結構，A330飛機發動機前吊點如圖8所示。

（3）后吊點特點。A330/TRENT700 發動機后吊點由大量的連桿、剪切銷和球形支座安裝在發動機渦輪后隔框上，并通過四個螺栓螺母連接到吊掛結構上。后吊點將彎扭載荷、垂直方向載荷和側向載荷傳遞到吊掛結構。A330飛機發動機后吊點如圖9所示。

空客飛機采用雙吊點結構。主要通過吊點上螺栓連接傳遞載荷和震動，沒有配置鈦合金推力連桿，結構更為簡潔，但對吊掛部分的減震要求較高。

4　結語

通過對三種典型寬體飛機發動機組合的構造特點分析可知：相較于A330雙吊點的設計形式，波音777、波音787的雙吊點加推力連桿結構形式在傳遞載荷的同時可以更有效的控制震動和噪音。在當前技術條件下波音的設計形式更加先進可取。同時，B787飛機發動機制造廠商所生產的發動機是與吊掛結點相匹配的，故發動機吊掛的通用性相對更好。此外，B787飛機吊掛區域各分系統管路設計合理，管路接口設計比較集中，一些系統采用光纖信號傳輸，且吊掛接口處采用不可拆卸不可損壞設計，這也是將來新飛機進行發動機短艙/吊掛及飛發連接處設計的主要趨勢。

［1］李為吉.飛機總體設計. 西安西北工業大學出版社，2004.12.

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［4］何丹.寬體客機帶來的雙贏 中國民航報，2013年/11月/27日第006 版.

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［6］張大義.航空發動機整機動力學模型建立與振動特性分析.北京航空航天大學，2015.5.

［7］周洪升.翼下吊掛式短艙造型方法及其性能分析.南京航空航天大學，2009.12.

［8］飛機設計手冊（第5冊）民用飛機整體設計.航空工業出版社，2005.

張鐵純（1972—），男，漢族，天津人，中國民航大學航空工程學院，碩士，副教授；段達（1990—），男，漢族，黑龍江齊齊哈爾人，中國民航大學航空工程學院，碩士在讀。