電氣改裝測試線束敷設與飛機一體化設計的研究及實踐

鄒 勇

（中航通飛華南飛機工業(yè)有限公司，廣東 珠海 519040）

0 引言

在飛機適航取證過程中，為滿足飛機承擔的各項飛行試驗任務要求，需在飛機上加裝和改裝供電設備、傳感器、采集設備、顯示設備、記錄設備、監(jiān)控設備等各類試驗設備，絕大多數(shù)為用電設備，因此測試改裝工作包含大量的測試改裝線束。同時，大型飛機具有系統(tǒng)組成復雜、科研試飛和表明符合性試飛的試驗點覆蓋面大、監(jiān)控參數(shù)繁多、局部空間限制等特點，這些都對測試改裝線束的安裝設計提出了極高要求，使其成為原型驗證機試飛技術(shù)中的重要設計環(huán)節(jié)。主要從測試改裝線束的構(gòu)型規(guī)劃及管控、“一體化”并行設計等方面對大型民機測試改裝電氣線束敷設設計方法進行探討。

1 改裝設計構(gòu)型規(guī)劃

1.1 概述

民用飛機適航審查活動中設計構(gòu)型作為重要的基線，具有重要作用。適航當局對測試改裝構(gòu)型的管理和制造符合性同樣有嚴格的要求，測試改裝電纜敷設的構(gòu)型作為原型驗證飛機構(gòu)型的一部分，應進行先期規(guī)劃并納入構(gòu)型管控。

飛機設計構(gòu)型的建立一般基于ATA 章節(jié)，按照系統(tǒng)功能劃分，該型飛機EWIS 的子系統(tǒng)級構(gòu)型按飛機區(qū)段進行劃分。針對該型飛機，首先建立試飛與測量設計構(gòu)型節(jié)點，作為與原型試驗機設計取證構(gòu)型并行的結(jié)構(gòu)樹，分配編號03；同時根據(jù)總體、氣動、結(jié)構(gòu)、液壓、動力等專業(yè)細分，將0320 編號分配給電氣系統(tǒng)。

1.2 構(gòu)型樹建立

測試改裝線束作為支持系統(tǒng)為分布于全機不同區(qū)域的加裝改裝測試設備提供電能、傳輸信號，因此其遍布飛機不同區(qū)域。加改裝測試設備用于執(zhí)行不同的試飛任務，如驗證操穩(wěn)、載荷、電源、動力裝置、燃油等各系統(tǒng)符合性。另外，為保證最大限度的測試飛機性能，原型試驗機上還會加裝分布式重心自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、尾橇系統(tǒng)等各種專用測試系統(tǒng)，也離不開測試改裝線束的支撐。

基于以上情況，對測試改裝線束的三維安裝設計構(gòu)型規(guī)劃做如下考慮：

（1）每架原型試驗機承擔的飛行試驗分工不同，為便于制造過程構(gòu)型管控，避免各架機狀態(tài)交叉，應將改裝構(gòu)型設置為單架次構(gòu)型。

（2）通用測試系統(tǒng)的測試改裝線束與原機EWIS構(gòu)型劃分相對應，將1-8 分別對應飛機的下部、上部、尾翼、短艙、左機翼、右機翼、起落架、整流罩區(qū)域，如D0324F00000 表示分布于短艙區(qū)域的測試改裝線束節(jié)點。

（3）除短艙、起落架區(qū)域外，對機身內(nèi)部測試改裝線束構(gòu)型繼續(xù)按交聯(lián)的測試設備安裝位置劃分，如D0322F02200 和D0322F02400 分別分配為中機身左側(cè)、右側(cè)測試改裝線束安裝。

（4）改裝的線路圖、線束圖等二維圖建立與三維數(shù)模構(gòu)型的對應關(guān)系，實現(xiàn)相互映射。

規(guī)劃后建立的構(gòu)型樹示意見圖1。

圖1 測試改裝構(gòu)型樹示意

2 電氣改裝與飛機的一體化設計

2.1 一體化測試設計

大型飛機的生產(chǎn)制造具有嚴格且特定的工藝流程、裝配順序，在飛機封閉區(qū)域或狹小空間如尾翼和艙內(nèi)設備集中布置區(qū)，在飛機裝配后進行改裝施工難度極大[1]。因此必須在飛機設計階段同時考慮改裝需求，對測試改裝線束開展一體化設計。目的是實現(xiàn)改裝設計和飛機設計并行，改裝施工和飛機制造、裝配并行，提高效率，減少沖突。

2.2 測試改裝線束通道預留

某架原型試驗機共加改裝測試設備/傳感器180件，改裝設備15 件。對分布于全機的測試改裝線束根據(jù)交聯(lián)設備、導線高低頻種類等規(guī)劃預留敷設通道，這項工作需與飛機總體布置專業(yè)緊密協(xié)作。線束通道敷設數(shù)模見圖2。

圖2 測試改裝線束通道

2.3 分離面設置

測試改裝線束在通過機體結(jié)構(gòu)不同區(qū)域時，為簡化制造工藝、滿足線束的維修性和安裝，需設置分離面[2]。根據(jù)測試改裝線束敷設通道，主要的分離面設置如下：

（1）飛機設計時在機翼機身對接處預留開孔9 個，安裝分離面電連接器，實現(xiàn)機翼與機身測試改裝線束對接。其中左機翼穿艙5 處，右機翼穿艙4 處。

（2）前起落架艙上壁板，左、右主起落架艙各設置1 處分離面，用于機身氣密艙測試改裝線束與機身外各起落架艙測試改裝線束的對接。

（3）氣密艙與非氣密艙的隔框結(jié)構(gòu)左右各布置3處分離面，實現(xiàn)氣密艙、非氣密艙測試改裝線束對接，保證電信號傳遞的同時保證氣密性。

（4）短艙框板上設置分離面，對接機翼前緣區(qū)域的測試改裝線束。

2.4 抽引點預留及選取

飛行試驗需要獲取大量的飛行數(shù)據(jù)用于實施監(jiān)控、記錄分析，稱之為信號抽引。為了實現(xiàn)抽引需考慮電氣設計時預留抽引點。

具體到該型飛機的設計實踐，是在飛機電氣圖樣初步設計開展之前，全面梳理各專業(yè)試飛參數(shù)抽引需求，確定電氣接口，識別源端、目的端設備。再規(guī)劃分線數(shù)量，明確轉(zhuǎn)接模塊型號。對飛機設計已有轉(zhuǎn)接模塊的，僅需增加抽引點位。對于電氣線路直連，則酌情增設轉(zhuǎn)接模塊，預留接口。

上述設計作為測試性設計的一部分與飛機設計融合，通過分布于飛機駕駛艙、左右側(cè)28～30 框、設備柜內(nèi)等處的176 個轉(zhuǎn)接模塊抽引出114 對ARINC429 總線、2 對ARINC717 總線、2 對ARINC664總線、32 個模擬量、80 個離散量、4 個模擬音頻。

將匯流條電壓、發(fā)電機電壓等電源參數(shù)從智能配電柜測試插座引出。對駕駛艙顯示器視頻信號，也在設備測試連接器接入A8T 光纖接觸件和光纖引出顯示器畫面信息。

2.5 電纜預埋

對于空間狹小和封閉區(qū)域，在飛機總裝的同時要將測試改裝電纜敷設到位，避免總裝完成后改裝施工不可達[3]。該型飛機在垂平尾后緣有應變、顫振、溫度等60 個傳感器，部分傳感器需在執(zhí)行特定試飛科目前經(jīng)校驗后才安裝，此時將飛機推回到總裝站位拆開封閉結(jié)構(gòu)對研制周期是不可接受的，因此在總裝階段即以65 框頂部垂尾后緣與機身對接處為起點，向垂尾頂部、左右平尾后緣尖部預埋線束，相應測試位置預留傳感器信號對接電氣接口。

設備柜處于集中布置區(qū)，且與飛機EWIS 交聯(lián)復雜，在總裝后應避免拆卸，柜內(nèi)抽引線束被設計為該成品安裝前即敷設好。

3 補充改裝數(shù)模對原機調(diào)整

盡管在測試改裝設計時已盡量避免影響原機構(gòu)型，但實際上這種理想的構(gòu)型并行狀態(tài)是不存在的。當改裝項目與原機設計構(gòu)型相沖突，且不得不改變原機狀態(tài)時，如何處理原機設計構(gòu)型圖樣與預期的改裝施工需要建立一套滿足各部門要求的描述方法，各方的關(guān)注點是：

設計部門不可接受通過更改原機設計數(shù)模來實現(xiàn)測試改裝目標，因為改裝最終會拆除，設計構(gòu)型不能隨之不斷變更。

工藝部門需要完整準確的設計數(shù)模作為工卡編制的輸入，構(gòu)型管理部門要求所有的描述方式必須納入平臺管控。現(xiàn)有每個設計數(shù)模中都有安裝區(qū)域周邊模型，稱之為R 模型。在相關(guān)測試改裝數(shù)模的R 模型外，增加對原機安裝狀態(tài)的臨時調(diào)整R 模型是解決矛盾的一條可行之路。如圖3，起落架原機構(gòu)型不變的情況下，通過測試改裝R 模型調(diào)整液壓管夾緊固件規(guī)格，以達到改裝構(gòu)型和原機構(gòu)型兼容的目的。

圖3 R 模型調(diào)整示例（起落架區(qū)域）

4 結(jié)語

該大型飛機的電氣測試改裝工作在飛機設計初期即先期規(guī)劃，同步開展；測試改裝線束敷設設計在飛機部裝階段介入，實施與飛機總裝同步，全流程實現(xiàn)了測試改裝與飛機設計和制造的一體化。同時將試飛、改裝單位的工程師納入飛機設計制造單位的設計平臺，共享數(shù)據(jù)，讓試飛改裝人員充分了解改裝對象，在設計流程上保證了測試改裝與飛機的一體化。該型飛機測試改裝后開展了多科目試飛，經(jīng)過實踐，表明了測試改裝一體化設計制造不僅能夠提高效率，縮短改裝周期，更從研制系統(tǒng)協(xié)調(diào)和構(gòu)型管控方面為適航審查活動提供了保證，為今后同類型飛機研制過程的改裝設計實踐提供參考。