民用飞机EWIS重量管控研究

陈强

【摘 要】民机电气线路互联系统（EWIS）连接机上所有用电设备，其重量在飞机重量中占较大比例，对飞机的飞行性能有重要的影响。本文以EWIS重量管控为研究对象，通过将EWIS涉及的所有零件进行完全分类，给出不同类别零件的重量、重心、转动惯量的计算方法，介绍了基于C#开发的重量数据计算工具，并制定了EWIS重量管控的流程，为民机研制过程中EWIS重量管控提供参考。

【关键词】民机；EWIS；重量管控

Research on Weight Control of Civil Airplane Electrical Wiring Interconnection System

CHEN Qiang

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai，201210，China）

【Abstract】Electrical wiring interconnection system connect all electrical equipments on civil airplane，the weight of which account for a large proportion of airplane weight and play an important role in the airplanes flight characteristics.EWIS weight control is researched and all related parts of EWIS is totally classified in this article and every calculation method for different kinds of parts is given. The flow of EWIS weight control is proposed to provide reference for civil airplane research.

【Key words】Civil airplane；EWIS；Weight control

0 前言

随着科技的进步，民航客机正朝着更轻更快的方向发展。飞机重量的减轻意味着油耗更小，成本更低，还能减少二氧化碳排放，更环保节能。因此，在民机设计过程中，在满足各系统功能要求及安装要求并达到可靠性、安全性、可维护性的前提下，应尽量达到设计重量的最优化。电气线路互联系统（Electrical Wiring Interconnection System，以下简称EWIS）是民航客机的“神经系统”，为飞机上的电气设备提供电能和信号，涉及的零件种类繁多，在飞机总重中占有较大的比例。EWIS的重量、重心和转动惯量是影响飞机性能的重要因素。因此，EWIS重量管控对飞机性能的优化有着重要的意义。

本文列举了民机EWIS涉及到的零件，根据零件是否进行三维建模，对所有零件进行分类。针对不同种类的零件，给出相应的重量、重心和转动惯量的计算方法。基于本文提出的重量数据计算方法，开发了一种重量数据计算工具。最后，制定了民机EWIS设计过程中的重量管控流程，能为国产大飞机的研制提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 EWIS涉及的零件

EWIS是指用于在飞机任何区域里两个或更多预定端点之间传输电能（包括数据和信号）的任何线路、端接器件或两者的组合。EWIS涉及的零件种类繁多，下面根据各零件的功能分类列举如下：

a）电线和电缆；

b）连接器，包括密封塞、连接器接触件等；

c）连接器附件，包括尾附件、连接器螺钉组件、连接器保护盖等；

d）电气接地和搭接设备，及其附属连接装置，包括搭接线、接地耳片、接地模块等；

e）电气死接头；

f）为导线或线束提供附加防护的材料，包括导线绝缘、护套以及带电搭接连接的导管， 开口支撑环，尼龙防磨边，PTFE开口防磨圈，热缩管以及螺旋管等；

g）屏蔽或编织，包括自卷绕编织套、EMI自卷绕编织套、EMI编织套管等；

h）支架，包含可移动支架、分离面板等；

i）电线支撑，包括卡箍（金属卡箍和尼龙卡箍）等；

j）线束绑扎器件，包括绑扎带和卡带（包含尼龙卡带、PEEK卡带和不锈钢卡带）等；

k）标签或其他标识方法，包括标识套管，标签等；

l）压力密封件，包括密封穿墙件等；

m）连接器板（包括法兰式插座安装板），及连接器板螺钉组件；

n）线束端接器件和连接模块，包括接线模块、接线模块附件、模块接触件、接线板、接线板盖、接线端子等；

o）線束制造辅料，如填充；

p）光纤安装器件；

q）继电器（包括接触器），继电器座，接触器耳片，继电器（包括接触器）板和继电器接触件等；

r）附件设备，如螺栓、垫片、螺母、螺桩、螺钉、电气绝缘胶带等。（注：不包含上述项目中已经包含的附件设备）；

s）机翼伸缩线缆装置和闪电抑制器；

目前民机EWIS设计主要是基于CATIA软件的三维建模，设计人员通过CATIA软件完成数模设计，工人依照数模进行制造和安装。大部分零件均有CATIA实体建模，少数制造和安装所使用的的辅料一般不进行实体建模。按照零件是否有实体数模，对EWIS的零件进一步分类，如表1所示。

表1 零件是否实体建模分类

1.2 EWIS重量数据的计算

EWIS重量数据包括理论重量、重心和转动惯量。原则上，所有装机的有重量的项目，都需要计算重量数据。重量的单位为千克（kg），标准件单件重量不足0.005kg时，可按总件数进行合并计算。重心的计算单位为毫米（mm），对于铆钉、小螺栓、螺母、托板、垫片、小角片等标准件在无法精确测量其重心时，可取用其所属的装配件的重心数据。转动惯量是指绕零件自身重心的惯性矩和惯性积。

为了方便查找理论重量，设计人员在发出产品数模时，应同时提供物料清单，物料清单应列出该产品所涉及的所有零件和辅料的数量（或长度）和理论重量。当进行重量数据计算时，有数模的零部件和无数模的零部件处理方法不同。对于有数模的EWIS部件，如电线电缆、连接器、尾附件、开口支撑环、接线端子、接线模块等标准件，重心和转动惯量通过CATIA从其数模中进行提取（如图1所示），理论重量可以从物料清单查询。

对于没有数模的EWIS部件，如接触件、死接头、绑扎带、卡带、密封塞等标准件，重量为理论重量，可由相关产品手册查询。由于这些没有数模的零件重量较轻，其重心可当成与产品的总重心一致，转动惯量为0。对于热缩管、编制套等均匀缠绕包裹在电缆外层的零件，其重心可当成与所属电缆重心一致，转动惯量可使用下面的公式计算。

式中，Mout表示热缩管、编制套等零件的重量，Mwire表示所属电缆的重量，T0wire表示所属电缆的转动惯量。

依据上述方法，产品中所有零件的重量、重心和转动惯量都可以得到。当产品中各零件的重量、重心、转动惯量都得到之后，产品的总重量、总重心、总转动惯量可由下面的公式得到。

式中， Wi为各零件的重量，W为产品的总重量，IX，IY，IZ为产品对其自身重心X、Y、Z 的惯性矩，IXY，IYZ，IZX为产品对其自身重心X、Y、Z的惯性积。而IoXi，IoYi，IoZi为各零件自身惯性矩，IoXYi，IoYZi，IoZXi为各零件自身惯性积。Xi，Yi，Zi为各零件重心坐标。

2 计算工具的开发

为了快速有效的计算重量数据，根据上述重量数据计算方法，基于C#开发出了一种计算工具。该计算工具以三维数模和产品物料清单为输入，输出重量数据表。该工具的算法框图如图2所示。

使用CATIA打开数模后，点击Link链接数模，然后选择物料清单文件，选择输出文件夹，点击Extract即可生成重量数据。

下面以产品1为例，使用该计算工具计算重量数据。产品1的数模如图4所示。

该线束组件的物料清单如表2所示。

上表中，四个连接器和电线电缆是有实体数模的零组件，重心和转动惯量是从CATIA中读取，热缩管由于包裹在电线电缆的外侧，重心与电缆重心一致，转动惯量与公式计算结果一致。其余无实体数模的零件，重心与产品的总重心一致，转动惯量为0。

4 EWIS重量管控流程

国产大飞机目前还在发展阶段，对EWIS重量管控的模式和流程还在摸索中。下面针对EWIS设计的特点，制定了一种较为有效的重量管控流程，如图5所示。

由于EWIS重量控制的特殊性，民机EWIS重量工作的重点应为过程监控，即重量专业为EWIS专业设定目标重量，EWIS设计人员在尽量满足重量指标的前提下进行设计，在设计过程中重量专业进行监控，以保证EWIS重量的最优化。EWIS设计人员发出三维数模时，需要同时使用重量数据计算工具得到重量数据表并提供给重量专业，并由重量专业审核重量数据表，对于满足要求的数模，会签时予以通过，否则予以驳回。对于被驳回的数模，EWIS设计人员需要根据重量专业的意见进一步优化设计。

5 结语

本文主要针对民机EWIS重量管控进行了研究，首先对EWIS涉及的零件按是否有实体数模进行分类，并给出了不同类别的零件的重量數据的计算方法，介绍了基于C#语言开发的重量数据计算工具，最后总结了民机EWIS重量管控的流程。国外民记得研制已较为成熟，国内大飞机项目还在研制中，本文的研究结果可为国产大飞机研制提供参考。

【参考文献】

[1]杨苏敏.浅谈民用飞机的重量控制管理[J].科技创新导报，2012（2）：51-51.

[2]范思如.采用QC方法降低C919飞机EWIS设计重量[J].技术与市场，2015，22（8）.

[3]张继斌，等.浅谈基于IPDT的民用飞机重量控制技术[J].民用飞机设计与研究，2015（2）：79-82.

[责任编辑：朱丽娜]