飞机吊舱设计技术研究

王　哲

（第一飞机设计研究院，陕西　西安　710089）

飞机吊舱设计技术研究

王哲

（第一飞机设计研究院，陕西西安710089）

从飞机吊舱总体布局、维修性、气动外形、载机适配性等进行了全面论述，总结了吊舱结构设计、机械和电气接口、吊耳型式、系统布置、重心控制等特点，并对吊舱静力、振动、冲击试验进行了要求，形成了标准已发布。

飞机；吊舱；总体布局；结构设计

［DOI编码］10.13237/j.cnki.asq.2016.04.003

为拓展飞机功能和提高飞机外挂能力，加装吊舱在飞机改装或电子战中应用越来越广泛，如电子干扰、加油、导航、通信、照明、机载设备或武器等，并吊挂在机身或机翼下的流线形短舱段。如何确定设计准则、结构方案、吊挂形式、设备安装、强度刚度、飞机相容性、维护等，是吊舱设计要解决的难点，另外，吊舱系统应严格按照通用化、系列化、模块化（“三化”）的要求进行设计。吊舱结构应综合考虑系统内设备的不同要求以及结构的强度刚度要求等，并进行优化设计。载机挂装吊舱后应进行气动性能、操纵、重量重心、电磁兼容、共振及颤振、强度刚度等分析。

1　设计要求

1.1设计准则

a）应满足飞机对吊舱总体布置、外形、吊挂方式、重量重心、气动特性等要求；

b）吊舱结构应满足功能设备的安装、结构完整性、强度刚度等要求；

c）所选材料及其强度数据应符合相关标准；

d）应符合飞机分系统或设备电磁兼容性设计要求；

e）应满足地面安装、维护、运输要求，并应考虑维护的可达性；

f）应选用成熟工艺，减少技术风险，降低成本、提高结构效率。

1.2外形

吊舱作为飞机运载的一个悬挂物，其最有效的设计是在满足系统的战术要求的同时，使飞机性能的下降减到最小，一般吊舱外形多为流线旋转体。吊舱应有合理的气动外形和结构强度、刚度，应提高舱内空间利用率和吊舱的有效载荷/自重比。必须要适应亚、跨音速飞行状态气动载荷的气动外形。表面外形应光滑、流线，对缝阶差和间隙要小，特殊的连接区域宜设置整流罩。

1.3维修性

吊舱里边装备设备要执行特殊的任务，数据的加载、设备的更换与维修等很频繁，维修性设计对提高吊舱的任务执行力很重要。应采用统一设计的设备安装支架，提高空间利用率，缩短维修时间；口盖布置要方便设备拆装，经常需要打开的口盖应是快卸式；悬挂装置的装挂程序应简单、方便，尽量不需要调整。如果需要，调整应简便、快速。

2　吊舱设计

2.1总体布置

设备的布局涉及到冷却系统的效率、舱体模块化组合、电气设备单元模块化组合、维修性以及电缆的拆装有效性等。应考虑载机的气动性能，包括外形尺寸、重量重心、悬挂方式、飞机上安装位置等；同时载机挂吊舱后，应保持良好的操纵性能和机动性能。吊舱布置应紧凑，宜按GJB 1C-2006《机载悬挂物与悬挂装置接合部位通用设计准则》选取标准挂点，应综合考虑悬挂、环控、设备安装及维护等方面要求。吊舱应设有飞机安装与地面放置的装置。设备安装可达性和可维修性良好；设备布置应符合飞机外挂物重量、重心的要求；最大限度地发挥各分系统的性能，相关设备布置在一起；分别考虑T/R组件和其它电子设备模块的散热，重点保证T/R组件的散热；冷却系统的进风口和出风口应保持一定的压差，减少管路，尽可能降低管路的流阻；舱段电缆、管路等可按要求方便拆装；满足干扰吊舱的使用条件、挂载方式、安装尺寸和重量、重心诸方面的物理、机械接口要求，重视电子设备吊舱制造工艺技术。

2.2吊舱结构

舱体结构应综合考虑系统内设备的不同要求以及结构的强度刚度要求，考虑目前的材料供应、工艺水平及受载情况，吊舱一般采用桁梁式结构，为了使用和维护的方便两边开有维护口盖，并应考虑吊耳或支座等安装孔和电连接器的安装位置、止动区、弹射区、支撑区等的结构加强设计。结构布置应做到安全可靠、成本低，传力路线短，主要受力构件应力求综合利用。结构设计应满足总体布局和性能的要求，并应具有良好的工艺性、维修性、高的结构效率。结构的布置应使吊舱具有良好的疲劳、损伤容限特性。应注重细节设计，避免出现偏心，剖面变化应缓和，避免在结构上出现刚度突变的硬点。结构设计应采用成熟技术并适当采用先进技术，这包括先进材料、先进设计技术与制造技术等，并应考虑系列化、通用化、组合化发展。

2.3天线罩

天线罩、受力结构满足强度、刚度、疲劳和设备安装要求。天线罩兼作整流罩，既要满足气动强度要求，以承受飞行中的气动载荷，又要满足天线的电性能要求。需要采用满足电性能要求的透波材料，天线罩外形与吊舱壳体外形一体化设计。天线罩的设计应符合HB 6186-1989《机载雷达罩通用规范》要求。在环境条件作用下，在天线罩的整个寿命期内，天线罩的性能、结构完整性或其它任何方面都不应有所下降；供强度分析和试验用的复合材料力学性能应考虑环境条件的影响，且应是生产中所使用的复合材料抽样进行力学性能测试结果，并应符合有关的试验规范和条件；天线罩的静强度用设计许用值控制时，要求在限制载荷作用下不超过结构的使用许用值，在极限载荷作用下不超过结构的设计许用值；结构设计许用值的确定必须考虑温度和湿度的影响、制造缺限和冲击损伤以及可能的振动环境对结构材料强度的影响；应充分利用复合材料的可设计性，合理地选取铺层角、铺层比和铺层顺序，以达到比钢度高。

2.4接口协调

电气接口：吊舱与载机的电缆连接器分为主电连接器和辅助电连接器。按GJB 1188A-1999《飞机/悬挂物电气连接系统接口要求》，选用可快速分离电连接器。吊舱与载机的信号交换全部采用数字形式，除少数离散量信号外，吊舱通过GJB 289A-1997《数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线》串行数据总线与载机综合航电系统接口。

机械接口：吊舱与载机的机载接口按GJB 1C-2006要求设计，吊舱的止动区、弹射区、支撑区、重心位置和电连接器位置均满足GJB 1C-2006的要求，并应考虑不同重量级的悬挂方式。吊耳设计应符合GJB 283-1987《第Ⅰ重量级悬挂物吊耳》～GJB 288-1987《飞机副油箱用762mm吊距的吊耳技术条件》、GJB 637-1988《第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ重量级机载悬挂物用吊耳》等要求。

吊舱的安装与拆卸：吊舱设计应考虑与地面装卸车、起吊设备和放置托架的接口协调。

2.5计算与分析

气动力和载荷：进行飞机挂吊舱气动特性计算，飞机挂吊舱对飞机气动特性的影响评估。根据气动力计算结果，计算飞机挂吊舱的各种载荷状态。

飞行性能：按悬挂构型进行飞机挂装吊舱飞行性能计算，评估飞机挂吊舱飞行性能情况，包括起飞、着陆性能。

飞行品质：进行飞机挂装吊舱飞行品质计算检查和分析，包括横航向、纵航向飞行品质。

重量重心：计算飞机挂吊舱随燃油消耗的质量特性数据及重量重心变化，根据飞机重心限制条件，计算是否满足重心限制要求。

静强度分析：吊舱静强度计算的应力应变水平是否满足强度刚度要求。

颤振计算：根据全机地面共振试验结果，进行飞机挂吊舱颤振计算，是否能够满足颤振要求。

3　试验验证

应对吊舱结构进行静强度、动强度和淋雨试验验证。

3.1静强度试验

在限制载荷作用下，保持载荷30s，卸载后结构不允许出现永久变形；在极限载荷作用下，持续3s，结构允许出现永久变形，但不应发生破坏。

3.2动强度试验

吊舱结构动强度试验包括振动、冲击、共振等试验。吊舱应总装完毕，设备可用模拟件。

振动试验：在预期的振动环境条件下，验证吊舱性能不降低，结构不出现损坏，振动试验按GJB 150.16A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第16部分：振动试验》规定的要求执行。

冲击试验：在预期的冲击环境条件下，验证吊舱功能是否满足要求，结构是否产生残余变形、出现裂纹及其他机械损伤。冲击按GJB 150.18A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第18部分：冲击试验》规定的要求执行。

试验内容包括正弦扫频试验、随机振动试验和冲击试验。通过振动及冲击动应力试验，保证在实际使用过程中不会因振动而出现性能降低，并在所规定的振动及冲击条件下具有良好的工作适应性和结构完整性。

共振试验：应将吊舱挂在飞机上，预期振动环境下，测量飞机结构、外挂物的固有特性，包括各阶固有频率、振型和阻尼。试验按照GJB 67.9A-2008《军用飞机结构强度规范 第9部分：地面试验》的要求进行。

3.3淋雨试验

吊舱应总装完毕，吊舱所有的口盖应锁闭完好，对电连接插座进行遮挡保护，试验前口盖缝隙处不允许用图样规定以外的任何密封材料封堵。应将吊舱安装在运输起挂车上，推入试验场地，按GJB 5431-2005《飞机结构防水和排水设计要求》进行淋雨试验。

4　结束语

吊舱是外挂物，是飞机功能的拓展，各式各样的吊舱应运而生。但不外乎，一与载机适配性，总体和气动性能的影响，重量重心的平衡，颤振特性分析等；二是吊舱本身设计，结构强度、系统协调、设备维修及与载机的连接等，将规律性的设计方法与试验进行固化，设计中应考虑因素及要求进行总结，不断提高设计水平，减少问题发生。此外，外挂物可能引起机翼颤振，将会限制飞机的飞行速度和过载。外挂物还会使飞机的雷达反射面积增加。为了减少外挂物对飞行阻力和雷达反射面的不利影响，可考虑半埋式或全埋式保形外挂法，通过以上研究，总结编制出《飞机吊舱通用要求》标准可以规范设计，提高设计质量。

（编辑：雨晴）

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1003-6660（2016）04-0012-03

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