某型APU安装系统补偿设计

刘学杰　吕超　牛亚宏　王宏旭

摘 要：APU在现在飞机设计中占有很重要的位置，但是由于APU本体工作时产生热变形从而引起安装系统的机械变形，这是在APU系统设计中必须解决的一大难题。文章针对APU工作时会产生热变形从而引起APU安装系统的机械变形的问题，提出一种补偿设计方法以抵消APU安装系统的机械变形，避免APU工作时在安装系统内部产生的内应力。文章首先介绍某型APU安装系统在飞机上一般安装形式，然后针对这一安装形式会产生的热变形难题进行补偿设计，最后通过某型APU在飞机上的安装实例对APU安装系统补偿设计进行验证。

关键词：APU；APU安装系统；变形补偿

1 概述

APU（Auxiliary PowerUnit，辅助动力装置）在现代飞机设计中占有很重要的位置，它主要用于在主发动机未启动时提供飞机所需液压、电源及环控系统的动力，降低飞机对电源车等地面保障设备的需求。APU安装系统是一种使APU本体可靠地安装在飞机上的承载结构，由于APU本体工作时产生热变形从而引起安装系统的机械变形，所以APU安装系统要具备热变形补偿功能以消除APU工作时产生的误差。文章首先介绍了某型APU安装系统补偿设计通过某型APU在飞机上的安装实例对APU安装系统补偿设计进行验证。

2 APU安装系统补偿设计

2.1 APU安装系统

图1为一种典型的3-2-2式APU安装系统结构图，APU本体由三个安装节通过4根拉杆及1个转接支座安装固定在飞机的APU容纳舱，为了使APU可靠地安装固定，我们将左侧安装节固定下来，限制APU的三个自由度，右侧安装节及后安装节限制APU的另外三个自由度。在该APU安裝系统设计中，如果每个安装节固定，APU本体的安装点随着工作时产生的热变形而移动，引起安装节内的减震单元扭曲变形，随着APU服役时间的增加，势必引起减震部件损坏，这在飞机设计中是不允许的，因此我们必须在APU安装系统设计时考虑APU本体的热变形补偿。

2.2 APU安装系统补偿设计

为了清晰表示APU工作热变形时各杆系间的变化关系，将APU本体简化成一个细长的刚体，本体与APU安装接口间使用细长杆连接，如图2（a）所示。APU工作时产生的热变形表现在横向和纵向变形，对于混合式的APU安装系统而言，热膨胀变形可以用图2（b）表示，δ为纵向变形，t为横向变形。一般情况下着两个值均为毫米级，其补偿也可以通过锥形螺纹设计装配间隙及安装节内减震部件的变形完成。但是该补偿效果有限，而且随着APU服役时间的增加，在减震部件产生的内应力有可能导致减震部件损坏，所以必须考虑采取其他的补偿措施。

文章设计的APU安装设计系统的补偿方式见图2（c）、2（d），通过在连接拉杆的杆头安装关节轴承来实现。APU本体工作时受热膨胀伸长了δmm，由于APU左安装节不能沿纵向移动，所以其所有的变形量都传递至后安装节上，后安装节带动拉杆摇臂沿关节轴承的轴线摆动为角度α，横向补偿角度为β。

2.3 某型APU安装系统补偿设计实例

某型APU安装设计中，关节轴承纵向补偿角α设计角度为±2.3°，回转半径R长度为303mm，可以补偿APU工作时沿纵向±12mm热变形量。APU的横向摆动角度β的设计角度为±2°，回转半径R长度为551mm，可以补偿APU工作时沿横向±19mm伸长量。一般情况下，APU在工作时其热变形不超过5mm，该变形补偿设计的安全裕度满足使用要求。

3 结束语

文章首先引入APU及其安装系统在飞机设计中的作用，提出热变形补偿设计在APU安装系统设计中的重要意义，然后详细介绍APU补偿设计的原理及其计算过程，最后通过某个实例进行验证该变形补偿设计对于类似的飞机设计具有很大的借鉴意义。

参考文献

[1]孙立.APU技术进展和维修现状[J].航空维修与工程，2009（2）：22-24.

[2]陈嵩禄.飞机设计手册第三册：动力装置系统设计[M].北京：航空工业出版社，2006.

[3]武志功.APU安装系统的冗余设计与损伤容限设计研究[D].南京航空航天大学，2011.

[4]唐振寰.橡胶隔振器动力学建模及动态特性研究[D].南京航空航天大学，2013.

作者简介：刘学杰（1982-），男，工程师，硕士研究生，从事试验机改装设计与研究工作。