宽体客机飞发连接构造分析

张铁纯 段达（中国民航大学航空工程学院，天津 300300）

宽体客机飞发连接构造分析

张铁纯 段达
（中国民航大学航空工程学院，天津 300300）

宽体客机项目被列为我国未来二十年国家中长期发展项目之一，发动机与机翼的连接是宽体客机设计中的关键技术。本文通过对三种典型宽体客机飞发连接特点进行分析，总结波音飞机和空客飞机短舱吊挂连接处各自的优缺特性，比较出更具优势的飞发连接设计方案。力求在未来飞机短舱/吊挂设计工作中提供参考。

宽体客机 构造分析 飞发连接 短舱/吊挂

1　引言

自从20世纪70年代以来宽体客机就一直受到世界各航空公司和乘客的青睐，并逐步成为世界航空旅客运输的主力。目前为止，世界上已经有14种型号的宽体客机先后投入营运，另有一种型号将要投入运营。在当今世界航空客运市场上，宽体客机不仅在远程和洲际航线上占统治地位，而且在中短程航线上也得到广泛应用，同时关于宽体客机下代产品的设计也在逐步进行。在现代民用飞机的设计过程中，飞机的性能很大程度上依靠机体与动力装置的配合，这就使得飞机与发动机结合部分-短舱/吊挂-区域的设计分析不可小觑。短舱吊挂部分属于发动机向飞机机体的过渡区域，所涉及的系统很多，系统的安装需求分析可以从吊挂部分的结构安装特点以及各分系统管路的接头安装形式展开。可为后续的机型设计提供参考。

2　吊挂连接结构设计要求

航空发动机在飞机上有不同的安装方法，根据安装位置不同可分为机翼安装和机身安装两种形式。而机翼安装可分为翼装和吊挂两种，考虑到民用飞机的发动机的维修便利性、通用性、舒适性，吊挂安装形式一直是民用航空器飞发连接的主流，同样未来新机型的设计也会趋于这种主流。短舱吊挂是连接发动机装置和机体的结构部件，是亚音速客机的重要部件之一，有时也可作为一个独立的整体部件。飞发连接结构的设计应该外形紧凑、重量轻，且有优良的维护性和可达性；飞发连接结构应能承受所装发动机在飞行和地面运转时的温度、压力、震动、污染和声环境所产生的各种载荷的影响，且满足飞机的安全性、可靠性和寿命需求。

图1　B787飞机上装载的GEnx发动机安装仿真图

图2　B787飞机GEnx发动机前吊点仿真图

图3　B787飞机GEnx发动机后吊点

吊挂设计要求中有关于连接结构设计的要求如下：

（1）作为类似机翼、尾翼的盒段部件设计，他在包含结构安装支架、连接发机动各系统的系统管路部件等基础上，外形选择是采用一个低阻的对称翼型作为吊挂的基准翼型。

（2）吊挂的宽度，吊挂的高度的决定主要是考虑减少短舱-吊挂-机体之间的干扰阻力，除了融合式吊挂设计的吊挂外，不管翼吊型还是尾吊型的安装，吊挂均有较大的结构尺寸。

图4　B777飞机GE90发动机推力连杆及前后安装点

图5　B777飞机GE90发动机前吊点

图6　B777GE90发动机后吊点

图7　A330飞机发动机推力传递路线

表1　飞发连接管线布局设计应遵循原则

（3）为了减少短舱-吊挂-机体之间的干扰阻力和改善飞机的操纵特性，吊挂的弦平面设计是稍有不对称性的，且吊挂宽度或吊挂高度的变化对各种机型是不同的。

（4）吊挂的对称面同短舱的对称面最好一致，可以方便发动机的安装或换装，且这一对称面垂直于机翼的弦平面为好。

（5）吊挂设计时要考虑减震装置，将发动震动对机体的影响限制在规定范围以内。

3　飞发连接相关系统及构造分析

3.1飞发连接管线布局

飞机短舱/吊挂区域不仅有结构件还包括电缆线束、液体管路、气体管路等系统。

国内现役民用飞机短舱/吊挂系统与飞机上其它区域的布置情况相对比，具备以下特点［2］：

（1）吊挂内空间狭小，不仅要满足吊挂的气动外形要求，也应满足各分系统的间隙及相对位置要求；（2）区域内放置的设备较少，以各种管线路为主；（3）管线路包含多种类型，不仅有液压、燃油等液体管路，还有气源系统的引气管路（全电飞机除外），同时还包括馈电线、信号线等线束。

图8　A330飞机TRENT700发动机前吊点

图9　A330飞机TRENT700发动机后吊点

对这些管线路的布局进行设计时必须遵守的原则如表1所示。

3.2波音宽体客机飞发连接构造分析

3.2.1B787/GEnx组合特点研究

（1）推力传递路线。发动机的推力通过前后吊点及两根推力连杆传递至飞机，其吊装结构仿真图如图1。

B787飞机GEnx发动机设计有两根高强度的X2钛合金推力连杆，其两端分别固定于发动机核心机和后吊点上。该推力连杆可将由风扇及压气机所产生的推力传递至后吊点位置，进而将发动机的推力载荷传递到吊挂上。

（2）前吊点特点。GEnx发动机前安装点处采用垂直方向上4个高强度的拉紧螺栓以及安装在其内部的4个圆柱形螺帽，吊点处设计的2个剪切销用于辅助定位以及传递扭力到发动机吊挂，前吊点仿真图见图2。

（3）后吊点特点。发动机后吊点用于支撑发动机后段的重量，并将发动机后段所承受的载荷和力传递到发动机吊挂上。发动机后吊点上部同样采用垂直方向上4个拉紧螺栓以及安装在其内部的4个圆柱形螺帽，在其下部则通过2个侧杆和1个中央位置的失效安全扭力杆连接至发动机涡轮后隔框上，后吊点实物图见图3。此外，由于在吊挂的结构设计方面B787飞机发动机采用统一吊挂的形式，发动机制造商根据飞机吊挂处结构的情况进行匹配发动机接头，吊挂具有很好的通用性，这也会是未来飞机发动机吊挂设计发展的主要趋势。

3.2.2B777/GE90组合特点研究

（1）推力传递路线。与B787/GEnx飞机发动机组合类似，发动机的推力通过前后吊点及两根推力连杆传递至飞机。如图4所示。

B777飞机GE90发动机设计有两根高强度推力连杆，其通过前后吊点固定于发动机核心机上。该推力连杆可将由风扇及压气机所产生的推力传递至后吊点位置，进而将发动机的推力载荷传递到吊挂上。

（2）前吊点特点。GE90发动机前吊点处采用垂直方向上4个高强度的拉紧螺栓以及安装在其内部的4个圆柱形螺帽，吊点处设计的1个剪切销用于辅助定位以及传递扭力到发动机吊挂，如图5所示。

（3）后吊点特点。发动机后吊点用于支撑发动机后段的重量，并将发动机后段所承受的载荷和力传递到发动机吊挂上。发动机后吊点上部采用垂直方向上8个拉紧螺栓以及安装在其内部的8个圆柱形螺帽，在其下部则通过2个侧杆连接至发动机涡轮后隔框上，如图6所示。

通过对以上典型波音宽体客机飞发连接构造的分析，可以看出波音客机飞发连接处普遍采用前后吊点加推力连杆的结构形式。双吊点推力连杆的结构不仅使连接结构更为安全，同时八字分开固定的推力连杆可以将发动机前部分的轴向震动传递给后吊点，后吊点安装在减震隔振措施比较完备的吊挂中后部区域又可以有效的减少震动和噪音提供更安全舒适的乘坐环境。由此可知在拥有同样的隔振技术条件下，双吊点加推力连杆的组合构造更适合民用飞机的运营需求。

3.3空客宽体客机飞发连接构造分析

（1）推力传递路线。A330飞机发动机的推力通过前后吊点传递至吊挂部分，前吊点位于中间壳体的顶端，后吊点位于排气壳体的顶端，再通过吊挂与机翼翼梁接头传到机翼上，如图7所示。

与波音飞机所采取的斜撑杆式推力形式不同，A330飞机发动机的推力主要通过吊挂与发动机之间的前后两个吊点来传递。

（2）前吊点特点。A330 Trent700发动机前吊挂点通过四个螺栓螺母将推力及垂直方向和侧向的载荷传递到吊挂结构，A330飞机发动机前吊点如图8所示。

（3）后吊点特点。A330/TRENT700 发动机后吊点由大量的连杆、剪切销和球形支座安装在发动机涡轮后隔框上，并通过四个螺栓螺母连接到吊挂结构上。后吊点将弯扭载荷、垂直方向载荷和侧向载荷传递到吊挂结构。A330飞机发动机后吊点如图9所示。

空客飞机采用双吊点结构。主要通过吊点上螺栓连接传递载荷和震动，没有配置钛合金推力连杆，结构更为简洁，但对吊挂部分的减震要求较高。

4　结语

通过对三种典型宽体飞机发动机组合的构造特点分析可知：相较于A330双吊点的设计形式，波音777、波音787的双吊点加推力连杆结构形式在传递载荷的同时可以更有效的控制震动和噪音。在当前技术条件下波音的设计形式更加先进可取。同时，B787飞机发动机制造厂商所生产的发动机是与吊挂结点相匹配的，故发动机吊挂的通用性相对更好。此外，B787飞机吊挂区域各分系统管路设计合理，管路接口设计比较集中，一些系统采用光纤信号传输，且吊挂接口处采用不可拆卸不可损坏设计，这也是将来新飞机进行发动机短舱/吊挂及飞发连接处设计的主要趋势。

［1］李为吉.飞机总体设计. 西安西北工业大学出版社，2004.12.

［2］邹运佳.民用飞机吊挂总体布置方法研究.科技传播，2014.08.

［3］CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》.

［4］何丹.宽体客机带来的双赢 中国民航报，2013年/11月/27日第006 版.

［5］陈黎.宽体喷气式客机发展现状及趋势.中国商飞北京民用飞机技术研究中心，2014.8.

［6］张大义.航空发动机整机动力学模型建立与振动特性分析.北京航空航天大学，2015.5.

［7］周洪升.翼下吊挂式短舱造型方法及其性能分析.南京航空航天大学，2009.12.

［8］飞机设计手册（第5册）民用飞机整体设计.航空工业出版社，2005.

张铁纯（1972—），男，汉族，天津人，中国民航大学航空工程学院，硕士，副教授；段达（1990—），男，汉族，黑龙江齐齐哈尔人，中国民航大学航空工程学院，硕士在读。