刘于
中航通飞华南飞机工业有限公司 广东珠海 519000
摘要：本文结合R9冲压空气涡轮与AG600飞机的特性分析了R9在AG600飞机上的安装限制条件，进行了安装空间分析、运动原理分析与运动仿真分析，介绍了R9在AG600飞机上安装结构细节设计，为R9在民用飞机上的首次应用奠定了基础，可供今后类似应用提供参考。
1 前言
大型水陆两栖飞机（以下简称AG600飞机）是按照中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准（CCAR-25R4）设计的用于水上救援与森林灭火的民用特种飞机，为满足CCAR25.671（d）条的要求，飞机必须设计成在所有发动机都失效的情况下仍可操纵[1]。为满足该要求，参照国内外民机（空客A310/A320/A330/A380，波音B747/B777/B787，商飞ARJ21/C919等）的普遍做法是在飞机上安装冲压空气涡轮（RAM Air Turbine，简称RAT）。基于现阶段中美贸易战及成本方面的考虑，AG600飞机选择采用南京机电液压工程研究中心自研的某型RAT（本文代称“R9”）。R9作为首款国产RAT，是某型非民用飞机专研的产品，在民用飞机上的应用尚属首次。若按照AG600飞机安装部位设计全新的RAT，将增加研发成本、周期，经综合评估，AG600飞机决定采用R9，这给该R9的安装与结构设计带来了很大的困难。
本文结合R9及AG600飞机各自的结构特点，研究了R9在AG600飞机上的安装可行性，进行运动模拟和详细的结构设计，证明了R9可以安装于AG600飞机上，为AG600飞机满足CCAR25.671（d）条要求奠定了基础。
2 设计输入与要求
2.1 R9机械接口定义与安装限制
R9基本结构及机械接口定义见图1，当飞机所有发动机失效时，R9通过触发收放作动装置的展开信号，完成上位锁的解除，作动筒在展开弹簧预压力和涡轮、齿轮箱、支持臂等悬臂部件的悬臂力矩的作用下，克服舱门阻力向外展开伸出，展开到位后，下位锁定机构装置自动实现下位锁定位，系统展开动作完成[2]。
R9安装限制主要有:
a)产品尺寸限制，收起状态R9主体部分包络尺寸为1082×275×569。
b)产品展开后与结构间距离限制，涡轮叶片距离飞机蒙皮应满足气动要求。
c)舱门连杆与舱门运动轨迹的适配性限制，R9连杆长度调节范围仅±2mm。
d)R9在展开过程中，0-62°时涡轮处于锁定状态，62°-68.7°涡轮解锁可转动，需保证解锁后涡轮不会与结构碰撞。
e)R9主要载荷限制：收放作动筒最大推力12000N；涡轮随展开角度变化承受不同的轴向推力，推力最大为展开最大角度时2676N；舱门连杆能承受的最大拉力载荷为8250N。
f)产品的安装、拆卸与维护限制。
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图1 R9基本结构及机械接口示意
2.2 AG600飞机特性对R9安装限制
总体气动根据全机动压分布初步确定R9安装于AG600飞机右1襟翼悬挂支架整流罩内，并给定整流罩初步外形，如图2所示。
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图2 R9基本结构及机械接口示意
AG600飞机对R9安装限制主要有:
a)安装空间限制，整流罩给R9提供的最大安装空间为1800×274×680，可见，为降低飞机阻力及结构重量，整流罩宽度受到较大限制，与R9最大宽度275小1mm。
b)使用环境限制，如图3所示，水上飞机在着水及水上起飞滑行过程中机身船底会在机翼根部下方区域产生较大的冲击水流，设计中必须考虑冲击对整流罩的影响。
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图3 冲击水流对R9安装区域影响
3 R9安装可行性分析
3.1 安装空间分析
通过对以上R9安装的限制条件分析，R9展开与收起状态基本满足安装空间需求，由于整流罩外形宽度比R9宽度小1mm，为满足安装需求后期需要根据结构细节设计对最大宽度处局部整流罩进行修形处理。
3.2 运动原理分析
通过对R9与舱门运动模式的分析，将各部件简化，综合舱门连杆长度及安装空间选取舱门连接点，通过catia建立空间约束进行空间运动原理分析，结果见图4。
图4 R9运动原理示意图
3.3 运动仿真
根据运动原理，运用catia DMU模块对相应结构初步数模进行初步运动仿真，见图5，结果显示各部件运动过程无干涉，无卡滞，满足R9安装要求。
图5 R9运动仿真示意
4 R9安装结构细节设计
通过安装可行性分析已经表明R9安装方案合理可行，在此基础上进行结构细节设计，结构采用全金属铆接结构，设计满足水冲击使用环境、R9使用维护、强度、刚度、防腐蚀、变形协调、工艺等要求，结构细节设计结果示意见图6。
图6 R9安装结构细节设计示意
5 结论
本文通过R9冲压空气涡轮在AG600飞机上的安装论证，证明了R9在AG600飞机上安装的可行性，避免了采用国外成品或新研带来的成本增加及周期延长，为R9首次在民用飞机上的应用奠定了基础，同时，为同类飞机的RAT安装提供了思路和参考。
参考文献：
[1] CCAR一25R4中国民用航空规章第25部一运输类飞机适航标准．中国民用航空局，2011.11
[2] 周连骏，卢岳良,杜鑫,夏天翔，冲压空气涡轮展开过程联合仿真研究.信息技术.2017