試驗機平臺改裝中大功率電源線敷設工藝研究

譚秀萍，白欣鵬，石 娟，薛 斌

（中國飛行試驗研究院改裝部，陜西 西安710089）

1 引言

試驗機平臺改裝是以飛行試驗為目的對原型機進行的更改，包括結構、氣動外形、系統(tǒng)、軟件的改變或加裝被試系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、試驗任務系統(tǒng)等，是一項復雜的、綜合性的系統(tǒng)工程。

隨著航空工業(yè)的迅猛發(fā)展，機載電子設備不斷更新?lián)Q代，大量新研制的電子設備裝機前需要進行飛行試驗，這就需要在真實的飛行環(huán)境下測試其技術性能。我院具有優(yōu)良的載機平臺，而大多數(shù)不同用途的新研電子設備用電功率往往超出了載機的剩余電功率，這就需要對載機平臺進行改裝，比如加裝APU 輔助動力裝置，電源變整器，交、直流配電控制盤箱，配電機柜等相關配套設施，為被試電子設備提供所需的高品質(zhì)電源，而這些加裝的配套設備、被試電子設備分布安裝在試驗機不同的部位，其之間均有大功率電源線的敷設連接；電氣線路是否能按照標準施工安裝，決定了電氣線路是否能長期、可靠、正常地工作[1]。以往，由于試驗機改裝業(yè)務范圍的局限，用以指導施工的作業(yè)規(guī)范不完善、不詳細，用來指導大功率電源線敷設時已經(jīng)不能滿足當下試驗機平臺改裝工作的需要。伴隨著試驗機平臺改裝任務量日益增加，電纜敷設（尤其是大功率電源線）的質(zhì)量問題也明顯增加，因此，對于試驗機平臺改裝中大功率電源線敷設工藝的研究刻不容緩。

2 試驗機平臺改裝中大功率電源線敷設通用要求及特點

2.1 大功率電源線敷設的通用要求

大功率電源線敷設的通用要求為：可靠性最高、系統(tǒng)間干擾和耦合最小、檢查和維護的可達性好、便于拆卸和完整更換。

2.2 大功率電源線的敷設特點

相比試驗機測試改裝，平臺改裝中大功率電源線敷設有其自身的特殊性，因加裝的被試設備用電量超出載機的剩余電量，用電量均上百千伏安，需要加裝APU 輔助動力裝置提供所需電源，供電電源線的截面積一般都在70 mm2甚至90 mm2以上，線徑長，載流量大，重量重，難成型，難敷設、固定、保護。

與原機電源線相類似，平臺改裝中大功率電源線敷設安裝后需要長期保留在飛機上，因此，對大功率電源線敷設、固定、保護的標準要求高；試驗機平臺改裝中，因?qū)υ蜋C的結構、氣動外形、系統(tǒng)進行更改或加裝被試系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、試驗任務系統(tǒng)等，大功率電源線敷設通道只能利用飛機的現(xiàn)有空間進行敷設，敷設通道有選擇沿客艙側壁板，有的選在地板下，有的選在飛機頂棚，有的選在發(fā)動機上，有的選在地板和側壁板的墻角處，跨度最大的從尾艙一直敷設到客艙，再從客艙敷設到機頭前的過渡段，敷設通道呈現(xiàn)的特點為多樣性、跨度大、隔框多、無電纜固定點。

大功率電源線始端和終端都與相應的設備連接，應考慮連接處的電纜固定和保護方式、維護余量的留取、彎曲半徑的預留、敷設通道上的電纜支撐架和保護材料的選取，比如穿過隔框時支撐架的選擇，地板上電纜保護裝置的設計，發(fā)熱裝置附近、發(fā)動機艙等高溫區(qū)域電纜保護材料品種多樣，對防護材料的選擇標準要求高。

3 存在的問題及原因分析

3.1 舊版工藝規(guī)范指導大功率電源線敷設存在的問題

舊版的工藝規(guī)范僅僅適用于簡單的試驗機測試改裝，設備用電量小，供電電源線直徑短，其最大截面積僅限于6 mm2線，重量輕，直接從原機配電系統(tǒng)引取剩余電量就能滿足加裝設備用電要求，電源線沿著原機電纜進行敷設捆扎、固定就能達到規(guī)范要求。而沿用舊版的工藝規(guī)范指導大功率電源線敷設時，存在以下安全隱患：敷設通道上大功率電源線與隔框、銳邊、飛機蒙皮、活動部件、鋼索、地板的間距不符合相關標準要求；與設備連接處維護余量及彎曲半徑預留未達到規(guī)定要求，特別是在原機中央配電系統(tǒng)引電時，由于空間的限制，引出點到慣保、及慣保輸出端到配電機柜電纜的固定方式可靠性不高；配電機柜的輸入、輸出端及機柜內(nèi)部的大功率電源線的敷設、固定、保護方式不符合規(guī)范標準，各類元器件的布局安裝不合理，匯流條之間安全間距不夠，沒有絕緣防護措施；高溫/高振區(qū)域（發(fā)動機）上不同性質(zhì)、類別的電纜沒有分類成束，而是混雜在一起進行敷設，其保護、固定方式落后。

3.2 原因分析

目前用以指導試驗機平臺改裝的工藝規(guī)范不完善、不詳細，對具體施工的指導性不強；從業(yè)人員對試驗機平臺改裝技術層面、實操層面的了解和掌握不夠全面，具體細節(jié)的把握上考慮不周；電纜敷設通道的選擇不合適，使得大功率電源線敷設的安全性、可靠性不高；各種類型的電纜支撐架、卡箍、電纜保護材料缺乏，增壓區(qū)和非增壓區(qū)線卡混用；配電機柜內(nèi)各類元器件的布局安裝沒有進行合理規(guī)劃，電纜和元器件的連接、敷設、保護的工藝粗糙，機柜外電纜穿墻的工藝不符合規(guī)范要求，存在很大的安全隱患。

4 試驗機平臺改裝中大功率電源線敷設工藝研究

隨著試驗機改裝業(yè)務的不斷拓展，為適應新形式下試驗機改裝的發(fā)展需求，借鑒國內(nèi)外相關行業(yè)電纜敷設工藝標準，以及跟蹤學習飛機制造廠的經(jīng)驗，新工藝、新材料、新技術被廣泛采納并應用到試驗機平臺改裝過程中，有效提高了大功率電源線敷設的標準度和安全可靠性。

針對存在的問題，主要從以下幾個方面對試驗機平臺改裝中大功率電源線敷設工藝進行了研究和創(chuàng)新。

4.1 沿敷設通道上大功率電源線的敷設、固定、保護

以某大型試驗機平臺改裝為例，此次改裝在飛機尾部安裝了一臺APU 輔助動力裝置，為載機提供90 kVA/115 V 源頭電源，而被試設備安裝在機頭部位，客艙安裝有電源變整器、配電控制機柜等設備，輸出不同需求的電源電壓。大功率電源線的敷設跨度大，敷設主通道選擇沿飛機機身左側中部距地板近2 m，通道上經(jīng)過多個隔框、過線孔、結構件、鋼索、活動部件，從氣密艙敷設到非氣密艙等；按通用標準要求，大功率電源線敷設必須安全可靠、規(guī)范、標準、美觀。

針對不同部位的敷設通道，采用不同的電纜支撐架和塊型多孔電纜卡箍（根據(jù)需求自研），對于不同線徑的電源線，沿通道依次排列進行敷設，每隔200～300 mm 的間距利用型材或底座上安裝不同類型卡箍進行電纜安裝固定，且兩卡箍之間松弛度最小為1.5 mm。為了避免電纜在轉彎處懸空，根據(jù)不同線徑電源線預留足夠的彎曲半徑并加以固定，如圖1 所示。

對于橫跨地板敷設的電源線，設計了電纜過線槽。為了避免電纜和地板或飛機結構件接觸專門研制了電纜支撐架，如圖2 所示。改變了以前使用鐵皮卡子、毛氈、石棉帶、塑料布、塑料卡帶進行簡單、粗糙的捆扎固定方式。經(jīng)過改進敷設、固定工藝后，呈現(xiàn)的結果是既規(guī)范、標準，又安全、可靠。

圖1 現(xiàn)場固定圖

圖2 電纜支撐架

4.2 高溫/高振區(qū)域（比如發(fā)動機）大功率電源線的敷設、固定、保護

試驗機平臺改裝中，發(fā)動機部位加裝有起動發(fā)電機及相關的被試設備，其上敷設的電纜有被試系統(tǒng)電纜、信號線、大功率電源線等不同性質(zhì)、類別的電纜，而發(fā)動機的饋電電纜載有很強的電流，應離開其他所有電線電纜至少要300 mm 的距離，當使用2 個以上交流電源時，不同交流電源的饋電電纜不能放在一起[2]，因此，通道的選擇上盡可能沿原機電纜通道敷設，但要與原機電纜分開捆扎；敷設前，先對電纜分類、集束，靠近高溫區(qū)域的電纜敷設前還要利用耐高溫材料進行防護包裹（最好與原機電纜有所區(qū)分，便于拆除），按照先敷設大功率電源線，后敷設被試系統(tǒng)電纜及信號線的順序進行施工，使用耐高溫、高振的帶墊金屬卡箍捆扎、固定大功率電源線，之后對被試系統(tǒng)電纜按照同樣的方法進行施工，避免了不同類別的電纜混雜在一起敷設帶來的相互干擾，便于任務結束后電纜的拆除工作，同時也達到了規(guī)范標準的要求。

4.3 配電系統(tǒng)引電、設備連接處大功率電源線的敷設、固定、保護

試驗機平臺改裝中，從原機配電系統(tǒng)引取28 V 直流電到相關的直流用電設備，同時也作為起動發(fā)電機用電，用電功率大，電纜線徑長，因原機配電系統(tǒng)內(nèi)的元器件、匯流條、電纜線束眾多，空間相對狹小，增加了大功率電源線的敷設、固定、捆扎的難度；另外，與不同設備連接的大功率電源線，基本上都是懸空連接到設備接線柱上（比如起動發(fā)電機，機柜/盤箱接線柱），長時間的飛行振動以及電纜自身的重量，導致接線端子扭曲、變形，甚至斷裂，存在較大的安全隱患。為了避免隱患的發(fā)生，自研了不同規(guī)格的長條形多孔轉接排卡，比如3 孔、6 孔、9 孔等不同規(guī)格的轉接排卡，沿敷設方向理順電纜并支撐固定長條型轉接排卡，之后按照彎曲半徑的大小留夠電纜余量，再把大功率電源線逐一排列到多孔轉接排卡內(nèi)固定，有效地解決了彎曲半徑和維護余量預留不夠、接線端子扭曲變形、電纜和金屬隔框過近等諸多不安全問題，如圖3 所示。

圖3 不安全問題

4.4 配電機柜/盤箱內(nèi)、外部大功率電源線的敷設、固定、保護

配電機柜/盤箱是配電系統(tǒng)的末級設備，按照改裝需要，將開關、顯控、保護和輔助設備組裝在半封閉金屬柜中。將上一級配電設備某一電路的電能分配給改裝的各個用電設備，并對其提供保護、監(jiān)視和控制功能。指揮供電線路中各種元器件合理分配電能的控制中心，還可對某個電氣參數(shù)進行調(diào)整，對偏離正常工作狀態(tài)進行提示或發(fā)出信號，有較高的安全防護等級。因此，為統(tǒng)一制作標準，規(guī)范操作，充分考慮各種因素，得出以下制作工藝標準：繪制裝配圖，按照元器件的大小先里后外設計，方便安裝、維護，盡可能從配電機柜的一個側面進、出電纜；布置元器件時應留有布線通道，考慮粗線、短線的彎曲半徑，在接線端子與成品連接處留有充分的維修余量；交流與直流電氣元器件應盡量分開安裝；大功率元器件與控制元器件應盡量分開安裝，半導體、電容等元器件要遠離變壓器等發(fā)熱器件；機柜/盤箱內(nèi)布線不方便處或大電流通過處應使用匯流條，其上連接的負載應由大到小排列，大功率負載應靠近主電源引入點；應對匯流條的其余部分做絕緣處理，比如直流匯流條可涂絕緣漆，三相匯流條進行噴塑（A 相紅色、B 相黃色、C 相藍色），匯流條之間間距應符合相應標準；電源地線應安裝在接地樁上；配電機柜電源線引入/出，采用自研的專用穿墻緊固連接件，實現(xiàn)了絕緣且密封的穿墻方式，既安全、又可靠。

按照以上工藝標準，有效提高了配電系統(tǒng)改裝的施工質(zhì)量，如圖4 所示。

圖4 配電系統(tǒng)改裝示意圖

5 結束語

本文對試驗機平臺改裝中，大功率電源線敷設過程中存在的問題及產(chǎn)生的原因進行了分析，重點對在試驗機不同部位實施的大功率電源線敷設工藝研究進行了詳細闡述。通過創(chuàng)新工藝，優(yōu)化工藝流程，一改往日簡單、粗糙的電纜敷設、固定、防護方式，使大功率電源線敷設、固定、保護基本達到了規(guī)范化、標準化。通過多架次的飛行試驗，證實了上述大功率電源線敷設工藝創(chuàng)新的安全可靠性。

結合試驗機平臺改裝特點，引用國軍標、航標、企標等標準，修改和完善了試驗機改裝相關的工藝規(guī)范，實現(xiàn)了試驗機平臺改裝大功率電源線敷設作業(yè)有標準可依據(jù)，為后續(xù)試驗機平臺改裝工作提供了標準依據(jù)支持。