飞机EWIS设计减重措施研究

摘要：随着飞机航空电子系统复杂程度的增加，机载设备间信号交联关系越发复杂，导致飞机电气线路互联系统（EWIS）重量也在不断增加，EWIS设计减重需求越来越迫切，因此在EWIS设计过程中进行减重优化，对于飞机整机重量设计指标的实现具有重要意义。EWIS的重量主要由线束重量和敷设安装组件重量两部分构成，本文根据EWIS的主要重量组成，结合EWIS设计流程，针对三维敷设初步设计、线束综合设计、三维敷设详细设计及线束图设计阶段的特点，开展减重具体措施的研究。

关键词：EWIS；减重措施；线束敷设；线束设计

目前EWIS减重已经成为国内外飞机设计制造过程中重要且必要的一环，国外EWIS的设计减重和重量管控流程都已经比较成熟，但由于国内EWIS设计还处在完善发展阶段，EWIS设计减重措施还未能完全融入EWIS设计流程体系中，因此针对EWIS设计的各个阶段进行减重措施研究，对飞机研制具有重要意义。

EWIS的定义是指任何导线、线路装置，或其组合，包括端点装置，安装于飞机的任何部位，用于两个或多个端点之间传输电能（包括数据和信号）[1]。所以一般飞机上的EWIS重量主要由线束重量和敷设安装组件重量两部分构成。

线束重量主要由导线、连接器、尾附件、防波套、接线端子、压接或焊接套管等端接器件以及各类电缆保护材料和标识等组成。

线束敷设安装组件重量主要由固定或安装线束用的支架、卡箍、连接器分离面板、导管和螺钉、螺母、垫圈等紧固件，以及接地或搭接用的负线板、搭接器件等组成。

飞机EWIS设计流程一般分为三维敷设初步设计、线束综合设计、三维敷设详细设计及线束图设计阶段4个阶段，根据EWIS各个设计阶段的特点和EWIS的重量组成，需要在不同设计阶段采取针对性的措施实现对线束重量和敷设安装组件重量的减重。

2.1 三维敷设初步设计阶段的减重措施

EWIS三维敷设初步设计阶段一般确定了全机线束敷设的通道布置，规定了线束的大致走向，因此三维敷设初步设计阶段的减重措施主要从通道设计、设备布局等方面尽可能减少線束长度实现。

2.1.1 通道设计

线束敷设通道的设计应结合机体结构、系统分布进行，选择整体与各设备距离较近、走向较为平直、易于维护的通路作为线束主干通道，尽量避免弯曲、绕离设备的通道设计，保证线束整体均匀分布到全机，使各个设备接入主干通道的距离相对较近，在整体布局上减少线束长度及敷设安装固定点，从而达到减重的目的。

2.1.2 设备布局

飞机的总体设备布局对EWIS重量有极大影响，因为机上的信号传递往往存在中转汇合，往往一个设备位置不合理，就会导致其他设备接往该设备的线束长度以及敷设安装组件大幅增加。如线束需从A设备、B设备传往C设备，如C设备距离A、B设备均较远，将导致线束长度增加，如将C设备调整至距离A、B设备比较均衡的中间位置，则会大幅减少线束长度（如图1所示）。因此在三维敷设初步设计阶段，需要优化调整设备在机上的分布位置，避免线束因为设备布局产生回绕、绕远等问题。

2.2 线束综合阶段的减重措施

线束综合是将飞机各系统的信号进行综合分析，根据全机线束敷设的通道布置，结合余度、功能、隔离等设计要求，将不同信号进行分类组合成线束。因此在线束综合阶段，主要有以下3个方面的减重优化措施。

2.2.1 提高线束综合程度

在满足系统功能、电磁兼容、余度等要求的前提下，尽可能地提高线束综合程度。线束综合程度越高，线束的数量越少，越有利于线束的制造、构型管理及安装敷设[2]。线束数量越少，线束所使用的护套等材料也越少，也能够有效减少线束重量。

2.2.2 路径规划

在线束综合阶段，能够结合各系统电气原理和敷设通道规划线束路径。由于机上的敷设通道众多，设备之间往往存在多条通道可以互联，在设计时应选择最短的敷设路径。一般可以根据三维敷设初步设计阶段的线束通道，使用路径自动规划的软件，或通过一些路径最优规划的算法编程计算，通过结合设计人员的工程经验，在线束综合过程中发现线束通道存在的问题，并对三维敷设初步设计阶段的通道和设备布局进行优化迭代，最终获得最优的设备布局和最短的线束路径。

2.2.3 减少工艺对接连接器

由于飞机模块化制造和维修的需求，飞机各舱区之间的线束一般需要设置工艺对接连接器以便于飞机总装对接和拆卸维修。在满足系统功能和飞机维护需求的前提下，线束综合时应尽量减少全机的工艺对接连接器数量，同时也能减少工艺分离面板的数量，另外还应合理布置工艺分连接器的空间位置，减少舱区间线束对接的距离。

2.3 三维敷设详细设计阶段的减重措施

EWIS三维敷设详细设计是根据三维敷设初步设计阶段确定的飞机线束通道和线束综合阶段确定的全机线束，完成线束在机上具体敷设和安装的设计过程。因此在该阶段主要从以下4个方面针对敷设安装组件重量采取减重措施。

2.3.1 安装组件的设计减重

飞机不同区域的环境特性不同，对线束安装的要求也不同，应根据区域的振动、湿度、温度、油污、电磁等不同环境特性进行差异化设计，避免出现冗余设计。例如一般对于振动较大的区域，需要选择强度较高、材料较厚的支架和卡箍，线束的固定间距要求也较小，而在一些振动较小的区域，可以选择更轻量化的支架和卡箍，线束的固定间距也可以适量增大。在满足区域环境特性要求的情况下，应合理选择线束安装零件和固定间距，尽量多选用复合材料或其他非金属的安装件，减少使用金属材料的零件。

另外对于自制的线束安装组件如支架、分离面板等，应在满足强度要求下进行减重设计，如通过改进支架形状去除冗余部分，增加减轻孔，减少材料厚度等措施，可以减少EWIS敷设安装组件重量。

2.3.2 局部设计减重

根据飞机结构和设备具体的安装位置，合理选择支架、卡箍以及连接器尾附件。如因线束出线方向和弯曲半径要求，一些设备的连接器选用直式尾附件时，将导致线束变长，而使用弯式尾附件时，线束不仅能够平直敷设长度变短，而且还能减少用于固定的卡箍和支架的安装（如图2所示）。

为适应一些敷设安装较为特殊的位置，应自制支架或卡箍零件，避免使用较大的标准件支架或添加衬套以固定卡箍的情况。

2.3.3 EWIS敷设安装结构一体化设计

EWIS三维敷设详细设计时协调飞机结构在设计时预留线束安装接口，实现一体化设计，可以大幅减少线束安装所需的支架、分离面板等。如在舱区对接的飞机结构上预留工艺连接器、维护连接器的固定开孔等，一方面可以避免另外单独设计分离面板、维护面板，另一方面也可减少面板安装所需的安装组件。在机体结构上预留安装孔便于卡箍固定，可以大幅减少线束型材支架的使用。

2.4 线束图设计阶段的减重措施

EWIS线束图设计是根据线束综合阶段确定的全机线束和三维敷设详细设计阶段确定的线束三维拓扑，完成线束二维图的详细设计，作为线束生产制造的依据。该阶段主要从线束零组件选型和保护材料方面减少线束重量。

2.4.1 线束零组件选型

应根据飞机不同区域的环境特性和各系统的功能需求选择不同规格或材料的导线、接地端子、连接器、尾附件和屏蔽层等线束零组件。如在满足导电性能和机械性能的要求下，可以选择更小规格的导线、接地端子等。在满足屏蔽要求的情况下，选择更为轻质的屏蔽编制套，对于电磁干扰较少的区域或安全性要求较低的系统，可以减少甚至取消使用线束金属屏蔽层。对于非高振、高温区和安全性要求较低的系统，可使用铝导线代替铜导线，根据有关研究表明，相同长度且满足相同功能要求的前提下，铝导线的重量比铜导线的重量减轻25%以上[3]。在低振、气密区采用复合材料单臂绑扎型尾线夹[4]。非飞机特殊环境或系统使用要求，尤其应避免钢制连接器、尾附件的使用。

2.4.2 线束保护材料减重

根据飞机不同区域的环境特性合理选择线束保护材料，如在机身内部等非暴露区域的线束，应尽量减少使用波纹管、热缩管等保护材料，可选择更为轻质的芳纶编制套进行保护。

随着飞机机载系统机电一体化、集成化和信息化程度日益增高，EWIS占据了飞机很大比例的重量，因此应当推动EWIS设计减重措施成为EWIS设计体系的一部分，不断完善发展EWIS设计减重的技术方法和设计流程。本文针对EWIS设计各个阶段提出了相应的减重措施以实现EWIS重量的最优化设计，对飞机重量控制具有一定借鉴意义。

参考文献：

[ 1 ] F A A.C F R P a r t 2 5 Airworthiness standards： Transport category airplanes[S].FAA，2008.

[2] 吕明，刘岩东.民用飞机线束综合设计方法研究[J].民用飛机设计与研究，2017，1（5）：50-53.

[3] 刘洋，刘岩东.民用飞机铝导线应用研究[C].中国航空学会飞机总体分会第二届电气线路互联系统（EWIS）行业技术论坛论文，2019：85-88.

[4]董文倩，李妍.民用飞机EWIS重量分析以及优化简介[J].航天与航空，2017（4）：11.

（作者简介：王乐倪，宝胜科技创新股份有限公司助理工程师，主要研究方向为飞机EWIS设计）