商用飛機發動機吊掛盒段區域管線路通道總體布置研究

趙海濤

（中國商飛上海飛機設計研究院，中國 上海 200000）

0 引言

大型客機的發動機吊掛主要有2個作用，一是傳遞發動機載荷，二是滿足其內部的系統布置，因此，吊掛區域的總體布置工作既要考慮結構的強度，也要考慮系統特性要求，且同時滿足安全性和維修性要求，確保吊掛區域的全局布置方案的最優。本文根據一種典型的吊掛結構設計理念，提供2種吊掛盒段總體布置設計思路，并對這兩種思路優劣進行對比分析，供飛機設計參考。

1 方案基線

上述內容中提到本文根據一種典型的結構設計理念，就是吊掛盒段前安裝節位于發動機風扇機匣頂端的布置形式。吊掛系統布置通道布置與吊掛結構形式、發動機AGB安裝位置聯系緊密，所以，本文對吊掛管線路布置通道布置的討論將基于以下3種情況：

1.1 吊掛結構

目前主流的吊掛與發動機連接形式有2種，一種是前安裝節位于發動機風扇機匣頂端，另一種是前安裝節位于發動機風扇區與核心區交界位置的形式，這兩種形式會使吊掛結構形式截然不同，研究將基于前安裝節位于風扇機匣頂端的情況。

1.2 發動機系統布置

現役商用客機采用的發動機附件齒輪箱（AGB）主要位于發動機風扇區或發動機核心區，發動機內大部分與吊掛內連接的管線路都與AGB相連，AGB安裝在核心區的發動機相比AGB安裝在風扇區的發動機有更多的可燃液體管路和EWIS線束需要從發動機核心區經過吊掛，所以，其位置基本確定了管線路的主要布置通道，本文基于AGB安裝在發動機核心區的情況。

1.3 吊掛系統布置

吊掛內部布置的典型系統包括氣源、燃油、液壓、防火和EWIS等，這些系統通常都會穿過物理分界面（防火墻）進入發動機區域。其中，氣源管路/設備占據空間較大，液壓、燃油管路數量和尺寸都較小，EWIS線束尺寸不大但數量較多。本文研究內容將主要基于上述五個系統。

2 吊掛系統管線路通道設計分析

2.1 吊掛結構設計

吊掛結構主要包括盒段、上整流罩、后緣三個主要部段，其中盒段主要傳遞發動機載荷，上整流罩和后緣不是主要受力件，主要承受振動和氣動力帶來的載荷。

通常來說，吊掛盒段與蒙皮之間設計可以采用下述兩種方式，一種是吊掛盒段側壁板與蒙皮貼合，另一種是吊掛盒段與蒙皮之間留出一定間隙，如圖1和圖2所示。僅對結構而言，吊掛盒段的體積越大，對于吊掛盒段整體的剛度和發動機安裝節的設計是有利的，這個特點會使得吊掛結構的重量較輕。

2.2 管線路布置通道分析

發動機內部的管線路進入機體，必須經過吊掛盒段，而經過吊掛盒段通常有兩種方式，一種是管線路穿過吊掛盒段下壁板和上壁板，進入吊掛上整流罩區域再進入機翼；另一種是管線路布置在吊掛盒段兩側，豎直向上進入吊掛上整流罩區域再進入機翼。

從吊掛設計特點及性能要求來看，通常引氣管路尺寸較大，不大可能由吊掛盒段外側從發動機核心區布置到吊掛上整流罩區域，因此，引氣管路的布置，無論采用什么方案，都必須穿過吊掛盒段上、下壁板，從發動機核心區進入吊掛上整流罩區域。

對于總體布置來說，需要綜合考慮結構強度和系統布置的要求，接下來將對這兩種方案分別進行描述和對比分析。

a）穿過盒段布置方案

管線路穿盒段方案，首先要求吊掛盒段兩側與蒙皮貼合，這樣可以保證吊掛盒段最寬，這一點對于吊掛剛度是有利的。其次，將所有的管線路接頭布置在吊掛盒段下壁板上，如果這些管線路采用快卸接頭，則布置時要考慮所有快卸接頭的手部操作空間，如果采用普通接頭，則需要考慮接頭的工具操作空間，如果采用穿墻接頭，則需要考慮振動補償件的尺寸和管線路的振動，確保所有的管線路和接頭充分隔離。該方案需要在吊掛盒段下壁板上開孔，其數量取決于管線路的數量。這對于吊掛的強度是很不利的，會對結構造成增重。

從維修性來看，所有的管線路布置在吊掛盒段內部，會較大地影響他們的可達性，實際操作中，移除蒙皮之后，還需要移除盒段兩側的壁板或者從已有開孔接近管線路，開孔越多、越大，對于結構強度越不利。

從安全性來看，需要在接頭附近采取排液措施，避免可燃液體與高溫引氣管路和EWIS線束接觸，由于所有管線路都位于盒段內部，會使得可燃液體管路、會產生電弧的電纜以及高溫引氣管路彼此之間缺少足夠的隔離，這會對安全性設計帶來很大的挑戰，如果增加物理隔離，會使得原本就不好的可達性進一步降低。該方案如圖2所示。

b）盒段兩側布置方案

管線路盒段兩側布置方案，首先要求吊掛盒段結構的側面與蒙皮之間留出一定的空間，盒段寬度的減小量越小越好，并利用該空間布置燃油管路、液壓管路和EWIS線束，并將它們的分離面設置在吊掛盒段兩側，與盒段下壁板差不多的高度上；通常，將燃油、液壓管路布置在吊掛盒段的一側，EWIS線束布置在另外一側。該方案在給定吊掛寬度的情況下，會使得吊掛盒段結構的寬度略微減小，減小量取決于管線路的接頭尺寸，這會對吊掛剛度產生略微的影響。為了盡可能減小接頭對于吊掛盒段寬度的影響，可以將所有管線路的接頭沿順氣流方向依次排開布置。由于大部分管線路布置在了吊掛盒段兩側，因此吊掛盒段下壁板的開孔數量將會比較少，從這一點來看，對于吊掛結構強度，有一定的好處。

從維修性方面來看，該方案會對吊掛剛度略有影響，但是其內部的燃油、液壓、EWIS線束具備非常好的可達性，在實際操作中，只需要移除管線路附近的蒙皮，即可對管線路進行目視檢查，并且能夠很方便的對管線路的接頭進行操作，從而節省維修時間。

圖1 管線路穿過吊掛盒段布置方案

從安全性方面來看，燃油、液壓這類可燃液體管路與EWIS線束、引氣管路之間都有結構進行隔離，一旦引氣管路發生爆破，吊掛盒段兩側的壁板可以為燃油、液壓管路以及EWIS線束提供一定的阻擋，降低風險。對于燃油管路或液壓管路液體泄漏這一事件，吊掛盒段本身可以提供保護，大大減小可燃液體與EWIS線束接觸的可能性。反過來，EWIS電纜如果產生電弧，也不會對可燃液體管路產生影響。該方案如圖2所示。

圖2 管線路在吊掛盒段兩側布置方案

2.3 總體布置設計協調過程分析

吊掛盒段結構及其內部管線路與發動機直接進行連接，與發動機和其他系統性能有較大關系，因此，主制造商必須在飛機研制初期的聯合概念定義階段，就與發動機、短艙供應商共同確定吊掛與發動機的物理界面的定義。要確定這些定義，需要同時獲取發動機、全機液壓用戶和EWIS用戶的需求，以便確定引氣、燃油、液壓、EWIS線束的數量和尺寸。如果不能獲得精確的管線路尺寸，可采用較保守的值進行初步評估。

由于吊掛與動力裝置的界面在早期就確定，而上述的兩個方案對界面定義非常重要，如果其中一個方案在研制過程中需要換成另外一個，則會對設計、工程、商務帶來顛覆性的影響。

3 結論

本文介紹了兩種不同的吊掛盒段區域管線路布置通道方案，從分析結果來看，吊掛盒段兩側布置方案比管線路穿過吊掛盒段的布置方案更有利于滿足結構強度、維修性、安全性和總體性能的要求。本文的分析過程能夠幫助工程師在工程研制的最初階段，在缺少設計輸入的情況下，即可對吊掛系統布置通道進行評估，提前進行相關問題的協調，避免后期更改對工程進度和商務帶來較大的影響。