某型飞机起动接触器盒设计研究

吴利华

（海军驻阎良地区航空军事代表室，陕西 西安 710089）

飞机上的电气盘箱是配电盘、断路器板、开关板、起动箱、接触器盒、继电器盒、接线盒等的统称，用于集中安装继电器、接触器、二极管、汇流条等电气元件，是电气系统集成的一个重要组件。盘箱设计的好坏直接关系到飞机电气系统是否安全稳定地运行。某型飞机的起动接触器盒是某型飞机改装更换发动机后起动电气系统新增的盘箱，用于存放起动系统所需的控制元件和保护器件。

本文将综合考虑盘箱设计中“电气功能”、“可靠性和维修性”、“盒内成品布置”、“接口引线”、“热分析”等因素，借助CATIA、AUTOCAD、ANSYS等计算机软件完成起动接触器盒的最优设计。

1 起动接触器盒设计要求

某型飞机起动接触器盒主要存放发动机起动所需的控制器件和保护器件以及其他系统的个别器件。盒内元件包括：接触器ZLJ－1000 1件、JC－2 1件、分流器QFL－3 2件、接触器 MZJ－600A1件、接触器HZJ－600A4件、接触器HZJ－50A1件、HZJ－50B4件以及惯保、特保、二极管、接线模块等。为满足电气系统安全稳定运行，接触器盒设计应满足以下要求：

（1）集中安装起动系统所需元器件，实现发动机起动功能；

（2）安装位置在发动机右短舱内；

（3）满足四性要求，拆卸方便，便于维护；

（4）满足环境热要求，盒体温度不超过130℃［1］。

2 可靠性和维修性

盘箱的可靠性设计主要是指盘箱内元器件、导线的选择和使用。按已制定的元器件控制大纲，优选标准元器件，并实现通用化、系列化、模块化，尽量采用经过产品验证的可靠性保证的器件［1］。在选用接触器大小、导线牌号时，按国家军用标准GJB／Z 35《元器件降额准则》执行，由于发动机起动电气控制系统几乎只在地面工作，其设备故障对飞行任务完成有小的影响，所以采用Ⅲ级降额等级，接触器和导线牌号的选择上按额定电流的75%设计。

盘箱的维修性是指盘箱及内部元器件在规定的条件下、按规定的方法进行维修时，能保持和恢复其良好的技术状态的可能性，或表示对可修件所进行维修的难易程度［2］。其具体要求包括：盒体安装方便、固定可靠、拆卸快速，经常维修的部位有最佳的可达性，并留有合理的维修空间；盒内小标牌根据维修需要采用文字或电气序号标注在安装点，在飞机使用、存放、运输等条件下保持清晰牢固；电线接头防水、可达，容易插错的插头座具有防差错安装设计。起动接触器盒选用螺接式安装方式，用螺钉和托板螺母将盒体固定在右短舱贴蒙皮的支架上，盒体从支架后端安装拆卸，前端用水平L型材防止盒体滑落（见图1）。盒内小标牌注明电气元件的电气序号，用88号胶粘接在对应的元件旁，保持清晰牢固，方便维修；盒盖安装线路标牌，能够清楚表示盒内元件接线关系。

图1 短舱内起动接触器盒安装图

3 盒内成品的布置

一般盘箱成品布置规则：根据盒内所装成品的数量、种类、体积、重量等因素，均匀布局，同类产品尽量集中安装，重量均匀布置［2］。有左、右对称应用的产品尽量左、右位置安装，并且产品之间要考虑间隙，一般在1－2mm范围内。而且要适当考虑盒内布线的路径空间，应保证结构紧凑［3］。并应根据盒子安装的空间位置来确定盒子的形状和尺寸。

起动接触器盒内成品有接触器ZLJ－1000 1件、JC－2 1件、分流器QFL－3 2件、接触器MZJ－600A1件、接触器HZJ－600A4件、接触器HZJ－50A1件、HZJ－50B4件以及惯保、特保、二极管、接线模块等。由于飞机的起动电流高达上千安培，ZLJ－1000、JC－2、分流器 QFL－3、MZJ－600A、HZJ－600A接触器等元件是主要发热元件，设计时需要充分考虑元件之间的距离保证散热［3］，将这些元件均匀平放在盒体底部，保证相互的距离至少50mm。而HZJ－50A和HZJ－50B、惯保等器件所通电流不大，为了节省空间，方便布线，将其靠盒壁均匀分布。同时，为了方便导线敷设，同一个系统尽量靠拢分布。盒内右上的接触器MZJ－600A、继电器JN－1、惯保GB－15、接触器HZJ－50A为电源系统的元件，故集中放在一起。盒内器件具体分布如图2所示。

图2 起动接触器盒盒内元件分布图

4 接口引线设计

箱盒内往外引线，电线截面在5mm以下者，尽量采用电连接器，将电连接器（插座）装在盒子的侧板或底板上；若安装位置紧张或操纵板等，可以将线束甩出盒外，留适当长度（装插头）；粗电线（6mm以上）需在盒壳体适当位置安装转接螺栓或开孔，将线直接穿出，孔周围要安装橡胶镶圈HB2－6或加防磨边进行保护。在盒体开孔敷设导线时，应根据导线最小拐弯半径（不小于导线直径的6倍）要求选择开孔位置。盒内如果导线直径太大，可以考虑用汇流条代替，以节省空间。

起动接触器盒引线的难度主要在大功率电源线的走线。电源线的直径高达17mm，按导线拐弯半径不小于导线直径6倍计算，每根导线至少需要150mm以上的空间［4］。如果在盒内走线，势必占用很大空间，造成盒体体积庞大，导线敷设凌乱，无法满足设计要求。故考虑在盒内用汇流条代替导线连接，接触器HZJ－600A处连接用直角汇流条将两端的导线从一端引出，大大避免了导线不必要的拐弯，节省了空间。接触器 HZJ－1000、MZJ－600A接线端的导线也就近开孔引出尽量减少在盒内缠绕。具体设计引线如图3所示。

5 盒内元器件热分析

对盒体重要发热元件的热分析可以了解不同工作条件下，不同材料及几何形状对温度场变化的影响，防止设计中不合理的元器件分布，造成工作中的热量隐患［5］。

ANSYS作为新颖的有限元分析软件在处理热分析问题方面具有强大的功能，在能源、化工、航空航天、制冷等方面都有重要应用。

借助ANSYS软件对接触器盒的重要发热接触器ZLJ－1000、JC－2、HZJ－600A的分析，盒体内部的温度场分布如图4所示。

图3 起动接触器盒接口引线设计图

图4 接触器盒内部温度场分布图

图4列举了主要几个主要发热元件：ZLJ－1000（1件）、JC－2（1件）、HZJ－600A（1件）布局及周围温度分布。其中，接触器的接触电阻按5×10－4Ω，起动电流以500A估算每个器件的发热功率。从图中可以看出，重要发热元件的热量集中在元器件内部（红色区域），温度达到50℃左右，而几个元件中间（中间浅绿色区域），温度达到39℃，元件的外围温度已经接近室温。由此说明，设计中需要重点考虑元件本身的散热，优选抗热性能优秀的元件；布线也尽量绕盒壁走线，减少发热对电线的影响。

在今后的工作中，可以分析排气管、接触器等热源，对接触器盒的工作环境进行热分布模拟，进行更完善的散热设计。

6 结语

本文根据盘箱设计的基本流程完成了对安装在某型飞机右短舱的起动接触器盒的设计，并就设计中的难点提出合理的解决方案，同时提出了设计中的特点及创新点，为电气系统的盘箱设计提供一定的参考。最后，提出今后研究的方向，继续盒体工作环境热分析，使设计更加完善。

［1］飞机电气系统设计与安装通用规范GJB7T8－1989中国标准书号［S］.北京：中国标准出版社，1989.

［2］张宏鹏，陈明，谢栓勤.军用飞机电气系统控制与管理技术概述［J］.计测技术，2006（3）：1－4.

［3］孙鹏，马少华.电器学［M］.北京：科学出版社，2012.

［4］江静.机电设备控制技术［M］.北京：国防工业出版社，2012.

［5］王仁祥.现代电气控制与PLC应用教程［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［6］杨号.综合化仪表测试系统设计［J］.西安航空技术高等专科学校学报，2012（1）：14－17.

［7］韩索民，王永超，杨海成.航空制造多项目优先级模糊综合评价方法［J］.航空计算技术，2010，40（5）44－47.

［8］孟飞，杨继恩.航空设备"未发现故障"的诊断与排除［J］.西安航空技术高等专科学校学报，2012（1）18－20.