飞机电缆选用和换装论证

2021-01-05张艳琴

石家庄职业技术学院学报 2020年6期

张艳琴

(石家庄职业技术学院电气与电子工程系，河北石家庄 050081)

电缆通常是由几根或几组导线(每组至少两根)绞合而成的，每组导线之间相互绝缘，常围绕着一根中心扭成，整个外表包有高度绝缘的覆盖层,具有内通电、外绝缘的特征.飞机是常见的运输设备.电缆用于连接飞机上的各种用电设备，是飞机传递动力的重要装置.由于飞机结构和负载的限制,机上电缆的体积、重量、性能和规格有严格的要求[1].本文主要围绕飞机电缆的选用和换装进行论证，以期为后续飞机换装新的用电设备，新型号飞机研制过程中航电设备的选用和电缆换装打下基础.

1 电缆的选用

飞机用电缆应根据用途、敷设环境、重量和保护等因素进行选择[2].目前，广泛采用的有美国瑞侃公司的55A型号电缆、国产航空用聚四氟乙烯电缆及耐热涂漆电缆.Y5B(运五B)飞机目前使用的电缆是由上海熊猫线缆股份有限公司生产的FVN(聚氯乙烯绝缘尼龙护套电缆)和FVNP(聚氯乙烯绝缘尼龙护套电缆).LE500(小鹰500)飞机目前使用的是由泰兴市宏基兆业线缆有限公司生产的UYS型系列电缆.

1.1 一般国外进口成件设备电缆的选择

对于飞机上所安装的一般国外进口成件设备而言，当进口成件的资料中包含设备安装电缆图时，其设备电缆的选用比较简单，可以直接按照电缆图中所明确标示的电缆标准、型号和规格进行选择.如Y5B飞机和LE500飞机按照BENDIX/KING公司生产的KY196B(甚高频通讯系统)收发机设备安装手册中包含的KY196B电缆图(见图1)进行安装即可.由KY196B的设备安装手册可以看出，KY196B所选用的电缆包括UYS11812-22-9-9，UYS11822-22-6/9-9和UYS10812-18-9，即UYS11812和UYS10812两种类型.

1.2 电缆截面计算、载流量的选择及其修正

对于飞机上所安装的一般用电设备而言，即成件设备资料中没有明确给出电缆图时，选择设备电缆时要进行电缆截面计算、载流量选择及修正.

电缆截面的选择原则是：电缆上的电压损失必须在允许的范围内，电缆的温度升高值不能超过允许的限度，要有足够的机械强度.

用电设备的功率大小是电缆截面选择的主要依据.对于大功率的用电设备及距电源或汇流条较远的用电设备，电缆截面的大小一般可以按给定的电压损失计算，然后再校验其允许的温度升高值.在小负载或一些控制线路中的电缆，一般可以按载流量标准、机械强度来确定电缆的最小截面，且允许用电压损失来进行校验.

对电缆的基本要求为：一是电缆温度在最恶劣的环境条件下，不允许超过电缆所规定的允许值；二是在短路故障情况下，电缆导电部分的最高温度在保护装置动作前不超过允许值；三是电网中线路的电压损失不允许超过规定的范围[3].

图1 KY196B电缆图

1.2.1 电缆截面选择

因为同一根电线在通过路径上可能处于不同的环境，所以按容许负载发热情况计算电缆截面有相当大的困难.在实践中，常按照航空电缆载流量表来选择电缆的截面.航空电缆的载流量是在电缆发热理论和试验研究的基础制定的[3].

对长期工作状态，电缆截面按公式(1)选择.

Iw≥I.

(1)

(1)式中，Iw为允许的最大载流量[4].

对短时和重复短时工作状态，在同样的容许发热温度时，电缆的载流量可以取的更大些，可按专用曲线据工作时间确定.

1.2.2 电缆负载电流计算

与用电设备相连的电缆负载电流等于用电设备的电流.在交流或直流供电情况下，若汇流条带有多个用电设备，则向汇流条供电的电缆负载电流应选择汇流条最大负载的电流值.

1.2.3 电缆载流量的选择及其修正

导线的选取主要考虑其在一定环境下的最大载流量.影响导线载流量的因素很多[5]，主要分为两方面：导线本身的品质因素和导线所处的周围环境因素.其中，导线的品质因素包括导线的种类、导线的额定工作温度、导线的系统结构；导线的环境因素包括导线周围的环境温度、导线周围的散热状况、导线所处的高度等.单根导线在空气中的载流量随温度的升高而减小，导线线束或电缆的载流量随导线根数的增加而减小，导线或电缆的载流量随导线高度的增加而减小.因此，精确确定导线在某一环境下的最大载流量是一个比较复杂的过程.

一般情况下，航空电缆的工作环境与典型条件(环境温度60℃，海平面)不同，因此，在进行电缆截面选择之前，需按照HB 5795(行业标准)对电缆的载流量进行修正.航空电缆的载流量应根据相应工作条件从HB 5795中查出数据(或按照相应电缆产品手册中电缆的详细参数得出数据)，按公式(2)计算：

I=IdKshKg.

(2)

式(2)中，I为一般条件下的载流量，单位为A；Id为单根电缆在海平面的载流量(不一定是60 ℃)，单位为A；Ksh为成束修正系数；Kg为高度修正系数[4].

安徽宏源特种电缆集团公司生产的HYA系列导线的性能见表1-3.

表1 电缆单根导线在自由空气中的额定载流量随温度的变化情况

由表1可知，HYA系列电缆单根导线在自由空气中的额定载流量随温度的升高而减小.

表2 导线根数变化对载流量衰减系数的影响情况

由表2可知，HYA系列电缆导线线束的根数增加时，载流量的衰减系数减小.

表3 导线高度增加对载流量衰减系数的影响

由表3可知，导线或电缆随高度的增加，载流量的衰减系数减小.

例如，求由16根AWG18(美国导线规格)导线组成的线束，在环境温度为70 ℃，高度为6000 m，线束总电流为所有导线额定电流之和的80%时，每根导线的额定电流和整根线束的总电流.

求解时可从表1查出单根AWG18导线在70 ℃的额定电流为33.5 A.从表2查出AWG18在16根导线线束，80%的电流负载下，所对应的衰减系数为0.510，每根导线容许的电流为33.5×0.510=17.1 A.从表3中查出导线在高度为6000 m时载流量的衰减系数为0.845，每根导线的额定电流为17.1×0.845=14.4 A.整根线束在80%负载下的总电流为：16×14.4×80%=184.3 A.

2 电缆换装

飞机电缆的换装首先需要考虑电缆本身是否满足中国民航适航规章.电缆换装分两种：取得CTSOA(技术标准规定项目批准书)的电缆换装以及尚未取得CTSOA的电缆换装.

2.1 取得CTSOA

当对飞机电缆进行换装时，如果所选用电缆取得CTSOA，则需要考虑所需换装的电缆能否满足在飞机上的使用要求，如电缆的截面积、载流量、重量、成本、主要性能等.主要性能包括产品符合的标准、额定电压、导体材料、使用温度、绝缘结构、导线外径等.此外，还需要对换装的电缆在飞机上进行试用，主要内容包括剥线时对绝缘层的影响，压接或焊接时有无异常，是否易断等.当试用完成，即电缆实际装机后，还需要对电缆进行地面通电检查和空中试飞验证.

2.2 未取得CTSOA

当对飞机电缆进行换装时，如果所选用电缆尚未取得CTSOA，除了需要考虑电缆能否满足飞机上的使用要求外，还需要对飞机电缆自身的特性进行试验和验证，即验证电缆的性能是否满足CCAR(China Civil Aviation Regulations,中国民航适航规章)的要求，并按照试航部门的要求做电缆可燃性试验、烟密度试验、燃烧产生的毒性气体测定、电缆的绝缘性能检测、电缆耐压检测、电缆阻燃性能检测等.

3 电缆换装实例及分析

本文以LE500飞机55A电缆换用国产UYS系列电缆，Y5B飞机FVN电缆和FVNP电缆换用HYA系列电缆，来论证飞机电缆的换装.

3.1 LE500飞机电缆换装实例分析(同标准换装)

LE500飞机55A电缆换用国产UYS系列电缆属于电缆尚未取得CTSOA的飞机电缆换装.由于LE500飞机原装电缆是美国Raychem公司生产的55A系列电缆，换装目的是降低LE500飞机的电缆成本，在对国内外电缆生产厂家进行大量筛选后，确定选择泰兴市宏基兆业线缆有限公司生产的UYS系列辐照交联F40J绝缘电缆.如果电缆成功换装，则可实现电缆国产化，降低成本.

UYS系列电缆是国际或国内比较流行的电缆，能较好地适应LE500飞机.LE500飞机原装55A系列电缆和换装后的UYS系列电缆都是依照同一个MIL-W-22759/32-35/41-46标准生产的，但UYS系列电缆导体选用镀银铜，导电性能优于55A的镀锡铜，工作温度上限由150 ℃提高到了200 ℃.55A系列电缆与UYS系列电缆外径、重量、价格对比情况如表4所示.

经过对飞机电缆自身特性进行试验，按照试航部门要求所做的电缆可燃性试验、烟密度试验、燃烧产生毒性气体测定、电缆的绝缘性能检测、电缆耐压检测、电缆阻燃性能检测等可知，UYS系列电缆与美国Raychem公司生产的55A电缆的主要性能相当，满足GJB 1014.2-90，即飞机内设备之间相互连接用电缆的选择范围[6].55A电缆换装成UYS系列电缆后，单机成本可节约6 763.1元，单机重量仅增加0.028 kg.

3.2 Y5B飞机电缆换装实例分析(不同标准换装)

Y5B飞机目前所用电缆是由上海熊猫缆线股份有限公司生产的FVN和FVNP.为了对其电缆进行更新换代，计划将FVN电缆、FVNP电缆换装成安徽宏源公司生产的HYA系列电缆.FVN和FVNP电缆是依照行业标准JB 1073-1970和企业标准Q/JBRE 05-2010生产的.而安徽宏源公司生产的HYA系列电缆是在国军标GJB 773A+2000、国际航空航天组织标准SAE AS 22759/32～35-2007及SAE AS 22759/41～46-2007的基础上设计开发的新一代产品.由于两种电缆的生产标准不同，且导线的选取主要考虑在一定环境下的最大载流量，因此，需要根据电缆的最大载流量进行换装.表5、表6分别列出了FVN电缆、FVNP电缆和HYA系列电缆在一定环境下的最大载流量.

由表5、表6可知，FVN电缆、FVNP电缆、HYA系列的载流量随温度的升高而减小.

Y5B飞机所用FVN电缆、FVNP电缆与安徽宏源公司相应HYA系列电缆的对应关系见表7-8，其电缆的总重量和价格均发生了变化.

表4 55A系列电缆与UYS系列电缆外径、重量、价格对比

表5 FVN电缆、FVNP电缆载流量随温度升高的变化情况

表6 HYA电缆载流量随温度升高的变化情况

表7 FVN电缆、FVNP电缆与HYA系列电缆重量对比情况

表8 FVN电缆、FVNP电缆与HYA系列电缆价格对比情况

由表7-8可知，将Y5B飞机所用FVN电缆、FVNP电缆换装成安徽宏源公司生产的HYA系列电缆后，电缆的单机总重量由24.66 kg减轻为15.15 kg，总重量减轻了9.51 kg；电缆的单机总价格由4654.5元增加到36 378.3元；按“(1+10%)×单价”计算，电缆的单机总价格由5 119.9元增加到36 378.3元；按“(1+30%)×单价”计算，电缆的单机总价格由6 050.8元增加到36 378.3元.可见，FVN和FVNP电缆具有明显的价格优势.

目前，HYA系列电缆仅在军机配装，未装备过民用飞机，目前正在同适航部门协调取证问题；在电缆的重量方面，HYA系列电缆的单机总重量明显减轻，具有重量优势而不具备价格优势.