大型客机发动机AGB安装位置对吊挂总体布置设计的影响研究

赵海涛

【摘 要】发动机AGB的安装位置是飞机吊挂总体布置的重要因素，本文根据现役大型客机的发动机调研结果，结合型号研制经验，分析了在飞机设计概念阶段、初步设计阶段进行总体布置工作过程中，AGB的安装位置对气动、结构、安全性、维修性设计的影响，并得出相关结论，为大型客机相关工作提供参考。

【关键字】大型客机；发动机；附件齿轮箱；AGB；总体布置

中图分类号： U469.6 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）21-0035-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.016

0 引言

对于当今大型客机研制追求优良性能的过程中，发动机是非常重要的因素之一。对于一款成熟的发动机，通常会提供给不同型号的飞机，但由于不同型号飞机的设计要求不一样，对于某个特定型号的飞机，需要飞机制造商和发动机供应商共同定义机体/发动机界面，以便发动机装机性能能够满足飞机的要求。吊挂的设计不仅要考虑飞机制造商和发动机供应商在合同中规定的要求，更要从总体布置的层面考虑发动机安装在机体上带来的非直接影响，而这些非直接影响通常无法在合同中予以体现。根据某型号飞机研制经验，发动机AGB的安装位置是飞机吊挂总体布置的重要因素。基于上述内容，本文将根据现役大型客机发动机AGB的安装位置，分析其对吊挂总体布置设计的影响。

1 概述

1.1 AGB的定义

飞机的很多系统功能都必须依靠发动机的工作来实现，比较重要的系统如液压系统、电源系统、燃油系统等等，而这些系统位于发动机的部分大都集成在发动机附件齿轮箱上，英文全称是Accessory Gear Box，缩写为AGB。AGB作为发动机的一部分，通常由发动机供应商自行决定其安装位置，而AGB的安装位置直接决定了与飞机性能、安全性、维修性有关系的短舱外形、发动机/机体接口定义以及吊挂和机翼区域的总体布置设计。

1.2 AGB的安装位置

根据表1，现役大型客机所采用的发动机AGB布置位置主要集中在以下两个区域：发动机风扇区和发动机核心区，如图1所示。从图中可以看出目前全球主要的大型客机通常配备2至3个型号的发动机。根据研制经验，飞机制造商对于某型号飞机多型发动机性能的需求和要求大致相同，但由于各家公司发动机设计理念的不同，使得AGB会安装在发动机的不同区域以提高发动机性能。例如，GE公司CF6、GE90、GEnx系列发动机AGB都安装在发动机核心区[1-2]，而RR公司Trent700/800/900/1000/XWB系列发动机的AGB都安装在发动机风扇区[3-7]。

1.3 发动机/吊挂的物理分界面

发动机和吊挂的物理分界面通常是作为飞机机体和发动机的物理分界面，也是飞机制造商和发动机供應商工作内容和责任的分界面，飞机制造商在界面上要对系统的接口进行控制，以便双方可以在相同的基准下各自进行工作。同时，这个物理分界面也充当发动机火区和吊挂非火区的隔离，通常具备防火功能，所以在某些部位，物理分界面也成为防火墙。

1.4 吊挂总体布置设计

发动机吊挂主要有两个功能，一个是传递发动机和机体的载荷，另一个是满足吊挂内部各个系统的布置。总体布置设计要保证结构、系统、发动机在集成过程中，保证飞机的性能最优，而保证飞机性能是在满足各个系统功能的基础上，通过以下3个主要方面进行评价：系统布置（包括安全性、维修性）、气动特性和总体布局。

1.5 假设条件

本位介绍的内容有以下1个假设条件：发动机前安装节位于发动机风扇区顶部。

2 AGB安装位置对吊挂总体布置设计的影响分析

2.1 AGB风扇区安装的影响分析

a）对系统布置的影响分析：

AGB风扇区安装：使得大部分管线路由风扇机匣上方的空间进入吊挂，发动机管线路通过在发动机机匣顶部和吊挂前端附近设置的物理分界面（防火墙）并沿着吊挂上整流罩内部的空间进入机翼内部，这样的布置方案在拆除吊挂上整流罩蒙皮后，使得大部分管线路和设备具有良好的可视性、可达性；

AGB核心区安装：使得大部分管线路需要通过底部防火墙和BIFI（定义）进入吊挂，对于液压管路、燃油管路和EWIS线束位于底部防火墙的接头而言，可达性较差，而且很有可能需要在主吊挂结构上开口以方便接头的操作。对于发动机核心区，除了AGB，还有很多发动机自身的管线路需要布置，对于一些体积较大的设备，如PCE（预冷器）、FAV（风扇空气活门）等，无论他们位于发动机内或是吊挂内，都没有太多调整的空间，位置会受到较大的约束，所以，众多位于底部防火墙的接头的位置也没有太多可以调整的空间，对于吊挂结构设计而言，就必须考虑为这些管线路的布置留出足够的空间，必要时需要做出让步；大量的管线路从底部防火墙进入吊挂后的通道，需要与这些管线路在吊挂/机翼区域的接口统筹考虑，尽量避免在吊挂内部出现交叉，导致较差的维修性。

b）对飞机气动特性的影响分析

AGB风扇区安装：越小的飞机截面积对气动阻力的降低越有利，若上整流罩区域布置太多管线路和设备，特别是在防火墙处，通常会布置体积相对较大的管线路快卸接头，会使得吊挂上整流罩区域截面积增大。为了减少对气动的不利影响，如果采用压缩接头间距的方法，会降低接头的可操作性，上整流罩内部系统之间的间距也会被迫压缩，不利于安全性设计以及管线路的安装；若风扇区AGB安装在风扇机匣侧面，则风扇机匣处的短舱外形高度可以略小，这样节省出来的空间可以用于增加流道高度或增加短舱离地高度。若AGB安装在风扇区下方，则风扇机匣处的短舱外形高度就相对较大，这样类型的发动机很难适用于座级较少或起落架较短的大型客机，否则短舱或发动机会有擦地的风险，或者也会出现发动机流道高度较低的情况，并很有可能引起流道处气动阻力的增加。

AGB核心区安装：由于在风扇区没有液压、燃油、气源系统的管路和大部分的EWIS线束，上整流罩在前安装节附近的气动外形设计的系统管线路和接头的约束就比较少，有利于此处的气动外形设计。由于发动机BIFI位于发动机外涵道内，所以较宽的BIFI势必会对外涵道的流量产生影响。设计过程中需要尽可能地控制BIFI的宽度，不要影响发动机自身的性能。

c）对飞机总体布局的影响分析

AGB风扇区安装：为了能够既满足气动特性和系统布置要求，根据流道高度、机翼前缘高升力面参数等需求，通过布置手段将吊挂上整流罩内的系统进行合理排布，将上整流罩截面设计成较高较窄、较低较宽或折中的形状。对于较高较窄的方案，有可能使得吊挂上整流罩最高点超过机翼前缘线，影响升力特性，若降低发动机高度则可能引起发动机擦地（前起落架折断情况下）的风险；对于较低较宽的吊挂，会使得机翼前缘增升装置的长度减少，并且使得发动机下沉量减少，引起激波阻力的可能，但是可以保证足够的短舱的离地高度；

AGB核心区安装：管线路在由底部防火墙进入吊挂上整流罩时需要转弯，在这个过程中，需要注意各个不同系统管线路不同的转弯要求，合理布置，与气动外形相协调。

d）对重心的影响分析

AGB风扇区安装的发动机重心较靠前，AGB核心区安装的发动机重心较靠后，靠后的重心距离发动机和机翼连接点的位置更近，有利于吊挂、机翼结构的减重设计。

2.2 现役发动机AGB安装方案的分析

AGB风扇区安装方案对于短舱外形的影响较大，进而会影响机翼前缘增升装置、流道高度、机翼上表面外形等对气动特性影响较大的几个因素，但是对于系统布置而言会相对容易，内部系统具备相对较好的维修性。根据表1，可以看出AGB风扇区安装的发动机既适用于A320、B737这类200座级以下的飞机，也适用于A350、B777、B787这类300座级的飞机。

AGB核心区安装方案对于短舱外形的影响较小，但是会影响发动机系统布置难度较大，从表1可以看出AGB核心区安装的发动机主要应用在B777、B787这类300座级的飞机。

值得注意的是，A320、B737这类200座级以下的飞机并没有采用AGB核心区安装的发动机，根据研制经验，是由于200座级以下飞机的起落架较短，发动机离地高度较小，这两个因素限制了发动机的尺寸，将AGB安装在风扇区，可以有效减少BIFI内部的布置空间需求，以便增加外涵道截面积，可以在有限的尺寸下提高发动机性能；对于300座级的飞机而言，由于受到发动机离地高度，起落架长度的限制较小，所以发动机尺寸相对较大，虽然AGB安装在核心区，BIFI内布置更多的管线路和设备，其尺寸会较宽，但是较大的发动机尺寸也意味着更大的外涵道截面积，所以BIFI宽度增加对发动机推力影响不大。

2.3 总体布置设计协调过程分析

由于AGB的设计属于发动机供应商，根据本章上述分析内容，AGB安装位置涉及到的专业很多，在初期大量协调和大量数据交换过程中，利用数字样机进行相关设计工作，利用其多方案配置等功能，可以保证数据的有效性、唯一性等，极大地提高协同工作效率。

3 结论

本文基于两种不同AGB安装位置，分析了其对吊挂总体布置设计的影响，在飞机概念设计阶段（供应商选择）和初步设计阶段，将这些影响纳入到设计考虑中，可以有效预见后期可能出现的问题，帮助飞机制造商选择合适型号的发动机，并及早与发动机供应商进行协调，优化AGB的位置，避免出现设计反复和资源浪费，最终保证飞机研制进程可以顺利推进。

【参考文献】

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