机载飞行器挂机接口精度设计方法

宋 磊，隗合怡，聂 青，金 玲，许俊伟

（中国运载火箭技术研究院，北京，100076）

机载飞行器挂机接口精度设计方法

宋 磊，隗合怡，聂 青，金 玲，许俊伟

（中国运载火箭技术研究院，北京，100076）

针对机载飞行器挂机接口开展精度设计方法研究，根据飞行器与挂架的连接方式及吊耳式挂机接口的结构形式，找出精度要求较高同时又难以保证的两项精度指标：两吊耳间距的精度、吊耳对称面与飞行器对称面的位置精度。通过飞行器与挂架的联合尺寸链精度设计，推导出这两项精度指标极限值的计算公式，所选的精度只要在此极限值范围内即可避免挂装过程中出现干涉、保证挂装协调。最后以某型机载飞行器为例，给出精度设计的计算实例，通过飞行器的顺利挂装验证了精度设计方法的正确性。

挂机接口；精度；尺寸链

0 引 言

机载飞行器挂机接口作为飞行器与载机的唯一接口，承受飞行器挂飞过程中各种极限载荷及各种复杂环境条件，对飞行器与载机的安全性起至关重要的作用。挂机接口的设计包括对其位置、尺寸、精度的设计，其中挂机接口的位置在GJB 1C-2006《机载悬挂物和悬挂装置结合部位的通用设计准则》等国军标中规定[1～3]，挂机接口的尺寸由载荷大小及结构的承载能力决定，但挂机接口的精度没有明确的设计方法。

以往挂机接口精度的选取主要参考成熟型号产品的精度要求或进行加严设计，因此可能会导致给定的精度过大或过小。如果给定的精度过大，飞行器在挂装过程中可能会与挂架产生干涉，飞行器无法正常挂装；如果给定的精度过小，生产工艺上将难以实现或者会大幅度增加生产成本[4,5]。本文针对机载飞行器挂机接口开展精度设计，改变了以往仅凭经验或加严精度设计的局面，给出了科学的、定量的精度设计方法。

1 挂机接口分析

机载飞行器通过挂架实现与载机的连接，针对吊耳式挂机接口，飞行器与挂架通过前、后两个吊点进行连接，每个吊点为单点双钩形式，挂钩附近有航向止动结构用来限制飞行器在挂飞过程中沿航向的窜动，挂钩两侧有防摆止动块压在弹体表面用来限制飞行器在挂飞过程中的横向摆动。

图 1为挂架上挂钩、航向止动结构与弹上单个吊耳的连接示意。从图1可以看出，挂钩伸入吊耳门洞中与吊耳上持弹面相接触，挂钩侧面与吊耳门洞侧面有一定的间隙；航向止动结构卡住吊耳前后端面并留有一定的间隙。挂钩、航向止动结构与弹上吊耳的连接均有较高的精度要求。

挂机接口的精度包括尺寸精度和位置精度，单个吊耳的尺寸精度一般容易得到保证，例如单个吊耳的厚度偏差、吊耳门洞的宽度偏差都可以在零件状态下通过机械加工保证其精度。但是两吊耳间的尺寸精度及位置精度一般不容易保证，主要包括前、后两吊耳间距的偏差、吊耳对称面相对于飞行器对称面的位置偏差，这些精度不仅与机械加工精度有关，还与后续焊接变形、装配精度等因素相关[6,7]。对于挂机接口，如果给定的偏差过大，飞行器在挂装过程中吊耳与挂架可能会出现干涉，飞行器无法正常挂装；如果给定的偏差过小，从机械加工、焊接、装配等工艺上难以实现，或者会大幅度增加生产成本，因此需要合理地确定挂机接口的精度。

2 前、后吊耳间距精度设计方法

将飞行器与挂架进行联合尺寸链分析[8]，推导出前、后吊耳间距偏差极限值的计算公式，以指导挂机接口精度设计。图2为吊耳与航向止动结构后端面接触时的尺寸链。

图2中，辅助限位结构中心面与航向止动结构中心面间距为A，定义其上下偏差为（U，N）；辅助限位结构前后端面与其中心面间距为A1，定义其上下偏差为（U1，N1）；航向止动结构前后端面与其中心面间距为A2，定义其上下偏差为（U2，N2）；前后吊耳中心面间距为 a，定义其上下偏差为（u，n）；前吊耳端面与其中心面间距为a1，定义其上下偏差为（u1，n1）；后吊耳端面与其中心面间距为 a2，定义其上下偏差为（u2，n2）。

当后吊耳后端面与航向止动结构后端面接触时，定义前吊耳前端面与辅助限位结构前端面的间隙为Δ1、前吊耳后端面与辅助限位结构后端面的间隙为Δ2、后吊耳前端面与航向止动结构前端面的间隙为Δ3。只有当Δ1，Δ2，Δ3都大于零时才能保证飞行器在挂装过程中无干涉。这里Δ3仅与后吊耳及航向止动结构尺寸及精度有关，很容易保证Δ3＞0；Δ1，Δ2不仅与前后吊耳及航向止动结构、辅助限位结构的尺寸及精度有关，还与辅助限位结构中心面与航向止动结构中心面的间距偏差、前后吊耳中心面间距偏差有关。由于前后吊耳及辅助限位结构、航向止动结构都是相对于其自身中心面对称的结构，在这种情况下Δ1＞Δ2，因此只需保证Δ2＞0即可满足正常挂装要求。

按照尺寸链方法计算Δ2可得：

若要保证Δ2＞0，只需前后吊耳间距偏差的下极限满足下式：

在正常设计情况下A=a时，式（2）可简化为

由此推导出前后吊耳间距下偏差极限值的计算公式，再推导上偏差的计算公式，图 3为吊耳与航向止动结构前端面接触时的尺寸链。

当后吊耳前端面与航向止动结构前端面接触时，定义前吊耳前端面与辅助限位结构前端面的间距为δ1、前吊耳后端面与辅助限位结构后端面的间距为δ2、后吊耳后端面与航向止动结构后端面的间距为 δ3。同样地，当 δ1，δ2，δ3都大于零时才能保证飞行器在挂装过程中无干涉，同理只需保证δ1＞0即可满足正常挂装要求。

按照尺寸链方法计算δ1可得：

若要保证 δ1＞0，只需前后吊耳间距上偏差的极限值满足下式：

在正常设计情况下A=a，由此式（5）可简化为

至此，确定了前后吊耳间距上、下偏差范围（u，n）的极限值，综合考虑前后吊耳的加工偏差、焊接变形、装配偏差等因素，最终确定的偏差范围在此范围内即可保证飞行器在挂装过程中无干涉。

3 吊耳对称面相对飞行器对称面位置精度设计方法

本文将飞行器与挂架进行联合尺寸链分析，推导出吊耳对称面相对飞行器对称面的位置偏差极限值的计算公式，以指导挂机接口精度设计。

图4给出了挂钩局部截面和吊耳门洞的相对位置关系，由于挂装过程中挂架与飞行器的整体相对位置可以进行调整，因此可将飞行器及挂架对称面定义为同一平面。在极限情况下，当弹上前后吊耳分别偏向飞行器对称面的两侧，挂架上前后挂钩分别对称偏向挂架对称面的另外两侧时，精度设计不合理可能会导致飞行器挂装时结构干涉。

下面以单个吊耳为例推导吊耳对称面相对飞行器对称面的位置偏差极限值的计算公式，图 5给出极限情况下吊耳与飞行器对称面的尺寸链。

考虑极端情况挂钩和吊耳分别偏向飞行器及挂架对称面的两侧，在这种情况下挂钩和吊耳门洞的最小间隙为δ，只需满足δ＞0即可避免该部位出现干涉。

按照尺寸链方法计算δ可得：

若要保证δ＞0，只需吊耳对称面相对飞行器对称面的位置偏差满足下式：

至此，确定了吊耳对称面相对飞行器对称面的位置偏差 h的极限值，综合考虑加工、装配等因素，最终确定的位置偏差范围在此范围内即可保证飞行器顺利挂装到挂架上。

4 设计实例

本文以某型机载飞行器为例，利用本文得出的精度设计方法，给出前后吊耳间距偏差（u，n）及吊耳对称面与飞行器对称面位置偏差 h的确定方法，该型飞行器与载机的接口尺寸及偏差见表1。

表1 飞行器与载机的接口尺寸及偏差

按照本文推导出的公式计算可得：

由上述推导可知，前后吊耳间距上、下偏差的极限值为±0.5 mm，吊耳对称面与飞行器对称面位置偏差的极限值为0.8 mm。由于本型飞行器的前后吊耳位于同一舱段上，精度相对容易得到保证，综合考虑加工水平并留有适当余量，选取前、后吊耳间距偏差为±0.3 mm、吊耳对称面与飞行器对称面的位置偏差为0.5 mm。通过多个机载飞行器的顺利挂装，结果表明该精度设计方法满足机弹接口尺寸协调要求。

5 结 论

本文根据机载飞行器与载机接口的具体连接方式，通过挂机接口分析，选出精度要求高又不容易得到保证的两项精度指标；提出机载飞行器与挂架联合尺寸链精度设计方法，给出前后吊耳间距精度、吊耳对称面与飞行器对称面位置精度的具体计算公式，得出以下结论：

a）前后吊耳间距精度、吊耳对称面与飞行器对称面位置精度是机载飞行器挂机接口中牵涉因素多、精度要求高、需重点设计的两项精度指标；

b）前后吊耳间距精度（u，n）、吊耳对称面与飞行器对称面位置精度 h只要满足本文推导的公式即可满足最低精度要求，避免挂装过程中出现干涉、保证挂装协调。

[1] 中国航空工业第二集团公司国营第一二四厂. GJB 1C-2006 机载悬挂物和悬挂装置结合部位的通用设计准则[S]. 北京: 中国人民解放军总装备部, 2006: 15-16.

[2] 中国人民解放军空军第八研究所. GJB 5278-2004 空地导弹发射装置通用规范[S]. 北京: 中国人民解放军总装备部, 2004: 5-6.

[3] 郑州飞机装备有限公司. GJB 1063A-2008 机载悬挂装置试验方法[S].北京: 国防科学技术工业委员会, 2008: 4-5.

[4] 宋磊, 金玲, 聂青, 等. 机载飞行器翻倒式吊耳设计与试验[J]. 机械设计与研究, 2016(6): 69-72.

[5] 应书勇. 某机载导弹发射装置上接口通用设计研究[J]. 机械与电子,2012(6): 120-124.

[6] 孙玉芹, 孟兆新. 机械精度设计基础[M]. 北京: 科学出版社, 2003:205-209.

[7] 武良臣, 吕宝占. 互换性与技术测量[M]. 北京: 北京邮电大学出版社,2009.

[8] 李海燕. 尺寸链在机械精度设计中的应用研究[J]. 科技视界, 2015(20):63.

Accuracy Design Method for the On-hook Interface of Airborne Aircraft

Song Lei, Wei He-yi, Nie Qing, Jin Ling, Xu Jun-wei
(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

This text does research on the accuracy design method for the on-hook interface of airborne aircraft. On the basis of the connection mode of aircraft and pylon, finds out the two accuracy indicators of high demand and difficult to guarantee: the pitch accuracy of two suspension lug, the position accuracy of aircraft symmetry plane and suspension lug symmetry plane. Through the joint dimension chain design of aircraft and pylon, pulls out the calculation formula of the limit value of the two precision indexes. It can ensure the coordination of the hanging as long as the accuracy of the selected in this range. Finally taking a certain type aircraft as an example, a calculation example of accuracy design is given. The accuracy of the precision design method is verified by the successful installation of aircraft.

On-hook interface; Accuracy; Dimension chain

V423

A

1004-7182(2017)05-0026-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20170506

2017-06-01；

2017-08-22

宋 磊（1987-），男，工程师，主要研究方向为飞行器结构总体设计