現代飛機動力裝置系統研發計劃研究

席勝

（航空工業一飛院機電設計研究所，陜西 西安 710089）

1 動力裝置系統研制的準備工作

現代飛機動力裝置系統的研發通常分為準備階段、詳細設計階段以及后續結尾階段，準備階段主要包括對飛機動力裝置系統研發的項目進行立項討論與可行性分析工作、總體設計方案敲定工作以及初步設計的流程方法探討工作，本節按研發順序對這三方面的準備工作進行簡單介紹。

立項討論與可行性分析主要是基于研發目的與研發意義進行深入探討與假設推演，綜合考慮動力裝置系統研發的經濟成本、人工成本與未來收益情況，另外，還需要考慮的是關鍵技術環節的可行性。如果該設計方案需要面臨許多尚未攻克的技術設計難題，這無疑會對項目在未來進行過程中的技術研發帶來極大的開發成本壓力，不利于項目的正常進行。

敲定總體設計方案主要是依據以前的工作經驗，與供應商、合作商充分交流，對總體方案的大方向進行把關，討論在總體方案實施過程中可能會出現的一些問題，提前做好防范措施，思考在方案實施過程中可能會出現的一些意外情況，并針對性地實施一些應急預案。最后，對總體方案進行一個評估預測，并且需要給供應商提供規范的信息征詢書，便于供應商隨時查閱，準備采購工作。同時，還有需要與多家動力裝置系統供應商保持聯系與互動交流，通過招標確定供應商。詳細設計動力裝置系統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計，這個階段的主要工作是為了弄清楚飛機級需求，確定飛機動力裝置的基本構型設計方案，在此基礎上再聯合開發(JDP)確定系統方案、構型、需求和接口，并且同時進行動力裝置系統初步的功能危害性評估。具體來說，首先需要建立動力裝置系統的數學模型，并完成產品數字樣機的設計，反復試驗確定動力裝置研發過程中的一些標準參數與安全范圍。在初步設計評審中需要對動力系統技術方案、設計規范、試驗方案等設計內容的有效性以及完整性開展全方位的評審工作，確保初步設計方案的有效性與可行性。

2 動力裝置系統詳細設計舉例

動力裝置系統詳細設計主要是在初步方案的基礎上對動力裝置系統各個關鍵模塊進行詳細的技術研發設計，本節主要以機械接口、安裝系統的設計為主要舉例對象，詳細分析動力裝置系統設計的關鍵技術環節的主要內容、設計原則與一般流程。

2.1 飛機動力裝置系統的機械接口設計

機械接口通常而言依賴著能源設備的供應商一方以及開發人員之間的工作與交流，主要的設計內容一般包括BFE設備和EBU引擎組件的安裝與接口設計。針對買方設備BFE發電機而言,主要需要考慮的是發電機和液壓泵如何在附件齒輪箱上正確的進行安裝與相應的附屬管路之上的接口設計，值得注意的是，關于火災探測器如何在發動機風扇區進行分配與設計同樣也是非常重要的。對于屬于EBU組件的設備組件，設計內容主要包括發動機接口和系統設備接口的總體布局配置。首先必須根據側系統設備配置程序(特別是附件中的變速箱)和飛機機庫內系統設備的程序進行全面處理和開發。后者主要用于設計管道，如液壓系統、起動系統、燃料系統、消防安全系統、電纜和電力系統接口。機械接口的結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、接口連接點的位置和級別差異、材料信息、電纜信息等。

除了上面的系統類接口之外，一般的機械接口設計還需要重點考慮結構類接口設計的內容，舉例來說，結構類接口包括引擎接口和懸吊結構的安裝部分短艙結構與吊掛結構和發動機本體間的接口與支持系統類接口的安裝支架接口。該部分的接口設計特別需要關注關于接口兩邊的結構和形狀、大小、接口位置、公差、材料信息。為了確保結構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行準確的分析，并基于此進行反復的實驗與測試。

在具體設計系統和結構機械接口的接口時，要提前決定飛行器上的動力裝置系統總體上的布局關系。這種機械接口的設計通常是首先確定好飛行器坐標系與引擎坐標系，并確定好這兩者之間存在著的轉換關系，基于此，就可以輕松地找到該動力裝置的安裝位置。為了確保飛機動力裝置系統能夠得到正確的安裝與配置，首先必須保證地面支持設備與反推力裝置是正常工作的，其次還需要對飛機機體部分以及起落架等其它機械部分進行必要的安裝維護以及工作狀態間隙檢查。

2.2 飛機動力裝置安裝系統設計

（1）安裝系統設計的內容與關鍵技術點。發動機安裝設計的負載載荷及其傳輸路徑是安裝系統設計的主要內容。一般來說，負載分為三種：第一種是來源于發動機工作時的推力和扭矩，以最合理的方式進行運輸，比如像機翼的梁柱，這是最有效的一種傳輸路徑。第二種是當發送機工作時產生的振動和沖擊載荷，這完全可以通過發動機振動隔離設計進行控制，使被傳送至機體結構的載荷處于所允許的安全范圍內。第三種是發動機工作和飛機飛行時產生的各種氣動和慣性負載。荷重的傳送有4種負荷，即荷重、橫型荷重、扭矩荷重、推力負荷。設計安裝系統的傳送方式的關鍵在于通過各部分的載荷類型來決定安裝系統的構成方式。當確定安裝系統的負載傳輸時，必須基于發動機安裝的設計要求和結構的匹配來確定安裝系統的負載傳輸路徑。

（2）發動機安裝系統的熱補償設計。發動機安裝系統的熱補償設計是一個技術難點，實質上是要求發動機安裝系統在設計時要考慮發動機熱狀態下的自由膨脹現象，留出熱變形的自由度，確保發動機安裝結構在發動機工作時不會因為熱變形而產生過大的結構內應力，破化動力裝置系統的平衡狀態，影響動力裝置系統的正常工作。安裝節補償原理如圖1所示。

圖1 安裝節補償原理示意圖

某型發動機安裝系統采用球型軸承，并且在前安裝節和后安裝節都留出10mm左右的間隙量，從而保證了前后安裝節連桿能夠在巡航狀態和起飛狀態下，對發動機本體的膨脹進行熱補償。

3 飛機動力裝置系統研發的試制、試飛取證、生產階段

試制工作是指在詳細設計方案的引導下開始根據需求對一些關鍵零部件與系統進行生產制造與裝配，生產過后對裝配好的模塊進行參數指標檢驗，對于不合格的部分仔細分析其原因，搞清楚是方案設計的缺陷還是生產過程的失誤造成的，各模塊裝配成功后完成動力裝置系統首飛安全報告，確認各項總指標是否在安全范圍之內，是否滿足首飛要求，是的話就準備試飛取證工作。試飛取證階段的主要任務是通過全面試飛試驗表明飛機對于適航條款的符合性。對整個試飛過程進行詳細記錄，對出現的問題要進行抽絲剝繭的分析，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。積極進行試飛員培訓工作，制定、編制飛行手冊、維修手冊。在飛機完成取證工作后，動力裝置系統研制就可以開始進行批生產與產業化了，這階段需要注意不斷地收集整理飛機飛行運營數據，這有利于系統的持續改進。

4 結語

本文從準備階段、詳細設計階段以及后續結尾階段三個大的部分詳細介紹了現代飛機動力裝置系統的研發，并著重對詳細階段進行了舉例介紹，深入分析了機械接口設計與安裝系統設計的一般過程與技術關鍵，希望能對現代飛機動力裝置系統的研發設計提供一點幫助。