民用飛機EWIS重量管控研究

陳強

【摘 要】民機電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（EWIS）連接機上所有用電設備，其重量在飛機重量中占較大比例，對飛機的飛行性能有重要的影響。本文以EWIS重量管控為研究對象，通過將EWIS涉及的所有零件進行完全分類，給出不同類別零件的重量、重心、轉(zhuǎn)動慣量的計算方法，介紹了基于C#開發(fā)的重量數(shù)據(jù)計算工具，并制定了EWIS重量管控的流程，為民機研制過程中EWIS重量管控提供參考。

【關鍵詞】民機；EWIS；重量管控

Research on Weight Control of Civil Airplane Electrical Wiring Interconnection System

CHEN Qiang

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

【Abstract】Electrical wiring interconnection system connect all electrical equipments on civil airplane，the weight of which account for a large proportion of airplane weight and play an important role in the airplanes flight characteristics.EWIS weight control is researched and all related parts of EWIS is totally classified in this article and every calculation method for different kinds of parts is given. The flow of EWIS weight control is proposed to provide reference for civil airplane research.

【Key words】Civil airplane；EWIS；Weight control

0 前言

隨著科技的進步，民航客機正朝著更輕更快的方向發(fā)展。飛機重量的減輕意味著油耗更小，成本更低，還能減少二氧化碳排放，更環(huán)保節(jié)能。因此，在民機設計過程中，在滿足各系統(tǒng)功能要求及安裝要求并達到可靠性、安全性、可維護性的前提下，應盡量達到設計重量的最優(yōu)化。電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（Electrical Wiring Interconnection System，以下簡稱EWIS）是民航客機的“神經(jīng)系統(tǒng)”，為飛機上的電氣設備提供電能和信號，涉及的零件種類繁多，在飛機總重中占有較大的比例。EWIS的重量、重心和轉(zhuǎn)動慣量是影響飛機性能的重要因素。因此，EWIS重量管控對飛機性能的優(yōu)化有著重要的意義。

本文列舉了民機EWIS涉及到的零件，根據(jù)零件是否進行三維建模，對所有零件進行分類。針對不同種類的零件，給出相應的重量、重心和轉(zhuǎn)動慣量的計算方法?；诒疚奶岢龅闹亓繑?shù)據(jù)計算方法，開發(fā)了一種重量數(shù)據(jù)計算工具。最后，制定了民機EWIS設計過程中的重量管控流程，能為國產(chǎn)大飛機的研制提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 EWIS涉及的零件

EWIS是指用于在飛機任何區(qū)域里兩個或更多預定端點之間傳輸電能（包括數(shù)據(jù)和信號）的任何線路、端接器件或兩者的組合。EWIS涉及的零件種類繁多，下面根據(jù)各零件的功能分類列舉如下：

a）電線和電纜；

b）連接器，包括密封塞、連接器接觸件等；

c）連接器附件，包括尾附件、連接器螺釘組件、連接器保護蓋等；

d）電氣接地和搭接設備，及其附屬連接裝置，包括搭接線、接地耳片、接地模塊等；

e）電氣死接頭；

f）為導線或線束提供附加防護的材料，包括導線絕緣、護套以及帶電搭接連接的導管， 開口支撐環(huán)，尼龍防磨邊，PTFE開口防磨圈，熱縮管以及螺旋管等；

g）屏蔽或編織，包括自卷繞編織套、EMI自卷繞編織套、EMI編織套管等；

h）支架，包含可移動支架、分離面板等；

i）電線支撐，包括卡箍（金屬卡箍和尼龍卡箍）等；

j）線束綁扎器件，包括綁扎帶和卡帶（包含尼龍卡帶、PEEK卡帶和不銹鋼卡帶）等；

k）標簽或其他標識方法，包括標識套管，標簽等；

l）壓力密封件，包括密封穿墻件等；

m）連接器板（包括法蘭式插座安裝板），及連接器板螺釘組件；

n）線束端接器件和連接模塊，包括接線模塊、接線模塊附件、模塊接觸件、接線板、接線板蓋、接線端子等；

o）線束制造輔料，如填充；

p）光纖安裝器件；

q）繼電器（包括接觸器），繼電器座，接觸器耳片，繼電器（包括接觸器）板和繼電器接觸件等；

r）附件設備，如螺栓、墊片、螺母、螺樁、螺釘、電氣絕緣膠帶等。（注：不包含上述項目中已經(jīng)包含的附件設備）；

s）機翼伸縮線纜裝置和閃電抑制器；

目前民機EWIS設計主要是基于CATIA軟件的三維建模，設計人員通過CATIA軟件完成數(shù)模設計，工人依照數(shù)模進行制造和安裝。大部分零件均有CATIA實體建模，少數(shù)制造和安裝所使用的的輔料一般不進行實體建模。按照零件是否有實體數(shù)模，對EWIS的零件進一步分類，如表1所示。

表1 零件是否實體建模分類

1.2 EWIS重量數(shù)據(jù)的計算

EWIS重量數(shù)據(jù)包括理論重量、重心和轉(zhuǎn)動慣量。原則上，所有裝機的有重量的項目，都需要計算重量數(shù)據(jù)。重量的單位為千克（kg），標準件單件重量不足0.005kg時，可按總件數(shù)進行合并計算。重心的計算單位為毫米（mm），對于鉚釘、小螺栓、螺母、托板、墊片、小角片等標準件在無法精確測量其重心時，可取用其所屬的裝配件的重心數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)動慣量是指繞零件自身重心的慣性矩和慣性積。

為了方便查找理論重量，設計人員在發(fā)出產(chǎn)品數(shù)模時，應同時提供物料清單，物料清單應列出該產(chǎn)品所涉及的所有零件和輔料的數(shù)量（或長度）和理論重量。當進行重量數(shù)據(jù)計算時，有數(shù)模的零部件和無數(shù)模的零部件處理方法不同。對于有數(shù)模的EWIS部件，如電線電纜、連接器、尾附件、開口支撐環(huán)、接線端子、接線模塊等標準件，重心和轉(zhuǎn)動慣量通過CATIA從其數(shù)模中進行提取（如圖1所示），理論重量可以從物料清單查詢。

對于沒有數(shù)模的EWIS部件，如接觸件、死接頭、綁扎帶、卡帶、密封塞等標準件，重量為理論重量，可由相關產(chǎn)品手冊查詢。由于這些沒有數(shù)模的零件重量較輕，其重心可當成與產(chǎn)品的總重心一致，轉(zhuǎn)動慣量為0。對于熱縮管、編制套等均勻纏繞包裹在電纜外層的零件，其重心可當成與所屬電纜重心一致，轉(zhuǎn)動慣量可使用下面的公式計算。

式中，Mout表示熱縮管、編制套等零件的重量，Mwire表示所屬電纜的重量，T0wire表示所屬電纜的轉(zhuǎn)動慣量。

依據(jù)上述方法，產(chǎn)品中所有零件的重量、重心和轉(zhuǎn)動慣量都可以得到。當產(chǎn)品中各零件的重量、重心、轉(zhuǎn)動慣量都得到之后，產(chǎn)品的總重量、總重心、總轉(zhuǎn)動慣量可由下面的公式得到。

式中， Wi為各零件的重量，W為產(chǎn)品的總重量，IX，IY，IZ為產(chǎn)品對其自身重心X、Y、Z 的慣性矩，IXY，IYZ，IZX為產(chǎn)品對其自身重心X、Y、Z的慣性積。而IoXi，IoYi，IoZi為各零件自身慣性矩，IoXYi，IoYZi，IoZXi為各零件自身慣性積。Xi，Yi，Zi為各零件重心坐標。

2 計算工具的開發(fā)

為了快速有效的計算重量數(shù)據(jù)，根據(jù)上述重量數(shù)據(jù)計算方法，基于C#開發(fā)出了一種計算工具。該計算工具以三維數(shù)模和產(chǎn)品物料清單為輸入，輸出重量數(shù)據(jù)表。該工具的算法框圖如圖2所示。

使用CATIA打開數(shù)模后，點擊Link鏈接數(shù)模，然后選擇物料清單文件，選擇輸出文件夾，點擊Extract即可生成重量數(shù)據(jù)。

下面以產(chǎn)品1為例，使用該計算工具計算重量數(shù)據(jù)。產(chǎn)品1的數(shù)模如圖4所示。

該線束組件的物料清單如表2所示。

上表中，四個連接器和電線電纜是有實體數(shù)模的零組件，重心和轉(zhuǎn)動慣量是從CATIA中讀取，熱縮管由于包裹在電線電纜的外側(cè)，重心與電纜重心一致，轉(zhuǎn)動慣量與公式計算結果一致。其余無實體數(shù)模的零件，重心與產(chǎn)品的總重心一致，轉(zhuǎn)動慣量為0。

4 EWIS重量管控流程

國產(chǎn)大飛機目前還在發(fā)展階段，對EWIS重量管控的模式和流程還在摸索中。下面針對EWIS設計的特點，制定了一種較為有效的重量管控流程，如圖5所示。

由于EWIS重量控制的特殊性，民機EWIS重量工作的重點應為過程監(jiān)控，即重量專業(yè)為EWIS專業(yè)設定目標重量，EWIS設計人員在盡量滿足重量指標的前提下進行設計，在設計過程中重量專業(yè)進行監(jiān)控，以保證EWIS重量的最優(yōu)化。EWIS設計人員發(fā)出三維數(shù)模時，需要同時使用重量數(shù)據(jù)計算工具得到重量數(shù)據(jù)表并提供給重量專業(yè)，并由重量專業(yè)審核重量數(shù)據(jù)表，對于滿足要求的數(shù)模，會簽時予以通過，否則予以駁回。對于被駁回的數(shù)模，EWIS設計人員需要根據(jù)重量專業(yè)的意見進一步優(yōu)化設計。

5 結語

本文主要針對民機EWIS重量管控進行了研究，首先對EWIS涉及的零件按是否有實體數(shù)模進行分類，并給出了不同類別的零件的重量數(shù)據(jù)的計算方法，介紹了基于C#語言開發(fā)的重量數(shù)據(jù)計算工具，最后總結了民機EWIS重量管控的流程。國外民記得研制已較為成熟，國內(nèi)大飛機項目還在研制中，本文的研究結果可為國產(chǎn)大飛機研制提供參考。

【參考文獻】

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[責任編輯：朱麗娜]