某型APU安裝系統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)

劉學(xué)杰　呂超　牛亞宏　王宏旭

摘 要：APU在現(xiàn)在飛機(jī)設(shè)計(jì)中占有很重要的位置，但是由于APU本體工作時(shí)產(chǎn)生熱變形從而引起安裝系統(tǒng)的機(jī)械變形，這是在APU系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須解決的一大難題。文章針對(duì)APU工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱變形從而引起APU安裝系統(tǒng)的機(jī)械變形的問題，提出一種補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法以抵消APU安裝系統(tǒng)的機(jī)械變形，避免APU工作時(shí)在安裝系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。文章首先介紹某型APU安裝系統(tǒng)在飛機(jī)上一般安裝形式，然后針對(duì)這一安裝形式會(huì)產(chǎn)生的熱變形難題進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)，最后通過某型APU在飛機(jī)上的安裝實(shí)例對(duì)APU安裝系統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：APU；APU安裝系統(tǒng)；變形補(bǔ)償

1 概述

APU（Auxiliary PowerUnit，輔助動(dòng)力裝置）在現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)中占有很重要的位置，它主要用于在主發(fā)動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)時(shí)提供飛機(jī)所需液壓、電源及環(huán)控系統(tǒng)的動(dòng)力，降低飛機(jī)對(duì)電源車等地面保障設(shè)備的需求。APU安裝系統(tǒng)是一種使APU本體可靠地安裝在飛機(jī)上的承載結(jié)構(gòu)，由于APU本體工作時(shí)產(chǎn)生熱變形從而引起安裝系統(tǒng)的機(jī)械變形，所以APU安裝系統(tǒng)要具備熱變形補(bǔ)償功能以消除APU工作時(shí)產(chǎn)生的誤差。文章首先介紹了某型APU安裝系統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)通過某型APU在飛機(jī)上的安裝實(shí)例對(duì)APU安裝系統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。

2 APU安裝系統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)

2.1 APU安裝系統(tǒng)

圖1為一種典型的3-2-2式APU安裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，APU本體由三個(gè)安裝節(jié)通過4根拉桿及1個(gè)轉(zhuǎn)接支座安裝固定在飛機(jī)的APU容納艙，為了使APU可靠地安裝固定，我們將左側(cè)安裝節(jié)固定下來(lái)，限制APU的三個(gè)自由度，右側(cè)安裝節(jié)及后安裝節(jié)限制APU的另外三個(gè)自由度。在該APU安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如果每個(gè)安裝節(jié)固定，APU本體的安裝點(diǎn)隨著工作時(shí)產(chǎn)生的熱變形而移動(dòng)，引起安裝節(jié)內(nèi)的減震單元扭曲變形，隨著APU服役時(shí)間的增加，勢(shì)必引起減震部件損壞，這在飛機(jī)設(shè)計(jì)中是不允許的，因此我們必須在APU安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮APU本體的熱變形補(bǔ)償。

2.2 APU安裝系統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)

為了清晰表示APU工作熱變形時(shí)各桿系間的變化關(guān)系，將APU本體簡(jiǎn)化成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的剛體，本體與APU安裝接口間使用細(xì)長(zhǎng)桿連接，如圖2（a）所示。APU工作時(shí)產(chǎn)生的熱變形表現(xiàn)在橫向和縱向變形，對(duì)于混合式的APU安裝系統(tǒng)而言，熱膨脹變形可以用圖2（b）表示，δ為縱向變形，t為橫向變形。一般情況下著兩個(gè)值均為毫米級(jí)，其補(bǔ)償也可以通過錐形螺紋設(shè)計(jì)裝配間隙及安裝節(jié)內(nèi)減震部件的變形完成。但是該補(bǔ)償效果有限，而且隨著APU服役時(shí)間的增加，在減震部件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力有可能導(dǎo)致減震部件損壞，所以必須考慮采取其他的補(bǔ)償措施。

文章設(shè)計(jì)的APU安裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的補(bǔ)償方式見圖2（c）、2（d），通過在連接拉桿的桿頭安裝關(guān)節(jié)軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)。APU本體工作時(shí)受熱膨脹伸長(zhǎng)了δmm，由于APU左安裝節(jié)不能沿縱向移動(dòng)，所以其所有的變形量都傳遞至后安裝節(jié)上，后安裝節(jié)帶動(dòng)拉桿搖臂沿關(guān)節(jié)軸承的軸線擺動(dòng)為角度α，橫向補(bǔ)償角度為β。

2.3 某型APU安裝系統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)實(shí)例

某型APU安裝設(shè)計(jì)中，關(guān)節(jié)軸承縱向補(bǔ)償角α設(shè)計(jì)角度為±2.3°，回轉(zhuǎn)半徑R長(zhǎng)度為303mm，可以補(bǔ)償APU工作時(shí)沿縱向±12mm熱變形量。APU的橫向擺動(dòng)角度β的設(shè)計(jì)角度為±2°，回轉(zhuǎn)半徑R長(zhǎng)度為551mm，可以補(bǔ)償APU工作時(shí)沿橫向±19mm伸長(zhǎng)量。一般情況下，APU在工作時(shí)其熱變形不超過5mm，該變形補(bǔ)償設(shè)計(jì)的安全裕度滿足使用要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章首先引入APU及其安裝系統(tǒng)在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的作用，提出熱變形補(bǔ)償設(shè)計(jì)在APU安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要意義，然后詳細(xì)介紹APU補(bǔ)償設(shè)計(jì)的原理及其計(jì)算過程，最后通過某個(gè)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證該變形補(bǔ)償設(shè)計(jì)對(duì)于類似的飛機(jī)設(shè)計(jì)具有很大的借鑒意義。

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作者簡(jiǎn)介：劉學(xué)杰（1982-），男，工程師，碩士研究生，從事試驗(yàn)機(jī)改裝設(shè)計(jì)與研究工作。