航空絞車尺寸鏈設計研究

蔣志華，李紅泉

（中國人民解放軍92419部隊，遼寧興城 125106）

0 引言

拖靶是指有人或無人駕駛飛機在空中拖帶的1種無動力靶標，用于模擬飛行器的特性，供部隊訓練、射擊和校飛使用[1]。航空絞車是拖靶系統的核心部分，用來實現拖靶的收放和拖曳等功能。作為飛機的外掛物，其體積不大，結構卻十分復雜，集合了機械、電氣、液壓和氣動技術，內部還留有容納為7～8 km的纜繩空間[2]。航空絞車吊裝在拖帶飛機的機翼下，拖纜一端纏繞在絞車的卷筒上，另一端連接拖靶。放靶時，打開系統剎車并鎖定機構，拖靶依靠重力及氣動力自動放出，隨之拖纜從卷筒中放出；收靶時，打開渦輪排氣口蓋，飛機飛行產生的高速氣流沖擊動力渦輪后產生動力，經變速傳動系統減速后帶動卷筒反向轉動，將拖纜纏回到卷筒中，拖靶被收回并鎖定。絞車在收、放纜過程中還具有測量拖纜張力、長度和斷纜等功能。

1個設備齊套的拖靶質量約為50 kg，其外形猶如巡航導彈[3]。為了將其安全可靠地放出并收回，需要航空絞車的機械、電氣、液壓和氣動各部分協調一致，這一切均要求航空絞車牢固地安裝于飛機外部。因此，采取了一系列保證飛行安全的措施[4]，包括安裝減震器和阻尼器，機身電纜和航空絞車內部電纜連接的轉接插頭采用彈性設計[5]，以確保拖靶連接的可靠性。

本文利用仿真模擬和制造工藝技術，對航空絞車承力結構以及與飛機接口進行計算分析。

1 承力結構

航空絞車的全部載荷作用于承力框架系統上，各分系統主要零部件的安裝定位均以承力框架為基礎，其橫梁上有2個吊掛點將絞車掛在飛機上，其結構如圖1所示。

承力框架主要部件包括前承力盤、中承力盤、后承力盤、A型支撐、底蒙皮組件、連接板、橫梁組件和吊耳等。通過仿真計算，在滿足載荷要求的前提下，機構上大量使用鋁合金材料，有效地減輕了質量。主體結構由3個承力盤和橫梁組件、連接板、底蒙皮組件組成的盒式框架組成，每個承力盤上部均有9個M6螺栓與連接板及橫梁組件連接，每個承力盤下部有16個M5螺栓與底蒙皮組件連接，連接板與橫梁組件之間共有86個M6螺栓連接。3個承力盤用鋁合金替代鋼板材料，質量減輕30 kg。前、中承力盤之間使用由2根鋼管焊接而成的A型支撐來加強剛性，直徑分別為14、20 mm，壁厚2 mm。連接板為弧形鋼板，厚3.2 mm，橫梁組件由一方盒形鋼板與前、后擋板焊接而成，鋼板厚3.2 mm。底蒙皮組件由厚2.5 mm的鋁合金板與帶有折彎的加強鋁板鉚接在一起。

前承力盤由4個M10和12個M6螺栓將動力渦輪固定在前端面。收纜系統的承力系統包括卷筒短軸、后梁中支架、左/右支板和A型支架，由卷筒短軸在后承力盤上定位，后梁中支架和A型支架分別由6個M10螺栓固定在后承力盤上。后承力盤后端面兩側各有1件鎖環，用來固定尾罩。

連接板上有3個直徑為82 mm的大孔，橫梁內的電纜和油管可以從兩端的孔中引到橫梁外。左/右艙蓋分別通過長/短鋼絲絞接在底蒙皮兩側，并用16件快卸釘固定在連接板兩側。

橫梁上部前端有一墊板，用來固定電纜插頭，以便連接飛機短電纜。橫梁中部裝有2個吊座，每個吊座用2個MJ22的螺栓固定在橫梁內的定位塊上，同時4個凹形筋在橫梁兩側通過20個M10螺栓將吊座與橫梁連接。2個吊耳分別通過MJ64螺紋固定在吊座上，其材料為30CrMnSiA，表面鍍鎘防腐處理，用于吊掛在拖帶飛機上。

2 接口計算

吊耳是航空絞車與拖帶飛機惟一的連接物，其結構如圖2所示。飛機對2個吊耳的間距要求為480 mm，允許誤差為0.8%，這個標準也成為航空絞車設計與生產的基礎，各零組件裝配后的總體外形也應控制，否則可能造成無法與飛機掛鎖順利對接，或產生其他干涉問題。為此，必須進行相關零組件的尺寸鏈計算，并由加工精度保證設計指標。

外部接口計算采用極大極小值方法。

2.1 吊耳間最大容許間距

航空絞車尺寸鏈計算以圖2中橫梁上靠近吊耳的螺栓安裝孔（Φ=50.8）中心線為基準，根據每個組成部件的上偏差，可以計算出吊耳間最大容許間距。

2.2 吊耳間最小容許間距

以同樣基準，根據每個組成部件的下偏差，可以計算出吊耳間最小容許間距。

2.3 吊耳間容許間距范圍

根據最大和最小容許間距，可計算出吊耳間容許間距范圍，這是吊耳安裝后的可接受位置變化量。

2.4 合理性檢驗

由于目前制造工藝和加工能力很高，所以在靜態環境下裝配航空絞車也易于滿足公差要求，而對于設計的合理性則需進行大量試驗檢驗，以保證滿足實際使用要求。航空絞車完成整機裝配后，就承力結構方面先后進行了正弦波大載荷沖擊、渦輪超轉、結構拉伸和有控制措施的4倍額定強度極限狀態運行等試驗，模擬在真實工作狀態下與飛機對接，接口如圖3所示。試驗表明，航空絞車完成掛機帶飛，檢驗了抗起降沖擊性能。最后檢查試驗后的殘余變形，驗證了設計的合理性。

3 結束語

航空絞車設計完成后，可以用計算機仿真軟件來模擬預期效果，但最終的產品還需要加工工藝技術來保證。所以，設計者應對加工的難、易程度和批產可行性有所認識。一般來講，只要最終產品的吊耳間距在規定誤差范圍內，各支撐點都可以調整到最佳位置，航空絞車就能夠與拖帶飛機牢固貼合。

綜上所述，航空絞車實際運行結果證明了其設計和制造的合理性。經過5年來的實際使用，每次均承受近10 kN的拉力載荷和機載起降沖擊，航空絞車始終保持了外形保持完好、內部運轉靈活、工作穩定可靠的效果，從而驗證了結構設計的正確性，為其后續升級改造奠定了的理論基礎，也為同類產品研發積累了工程實踐經驗。

[1]李紅泉，劉學業.拖靶的目標模擬與隱身發展 [J].無人機，2008（3）：25-28.

[2]李紅泉，鄭成軍.航空絞車的控制關系研究[J].電子測量技術，2008（10）：1-3.

[3]丁立軍，薛劍飛.反艦導彈的模擬與航空拖靶的應用[J].飛航導彈，2003（10）：1-5.

[4]國防科學技術工業委員會.GJB 67.2-85軍用飛機強度和剛度規范——飛行載荷[S].北京：國防科工委軍標出版發行部，1994.

[5]國防科學技術工業委員會.GJB 1188A-99飛機懸掛物電氣連接系統接口要求[S].北京：國防科工委軍標出版發行部，2000.