某型飛機起動接觸器盒設計研究

吳利華

（海軍駐閻良地區航空軍事代表室，陜西 西安 710089）

飛機上的電氣盤箱是配電盤、斷路器板、開關板、起動箱、接觸器盒、繼電器盒、接線盒等的統稱，用于集中安裝繼電器、接觸器、二極管、匯流條等電氣元件，是電氣系統集成的一個重要組件。盤箱設計的好壞直接關系到飛機電氣系統是否安全穩定地運行。某型飛機的起動接觸器盒是某型飛機改裝更換發動機后起動電氣系統新增的盤箱，用于存放起動系統所需的控制元件和保護器件。

本文將綜合考慮盤箱設計中“電氣功能”、“可靠性和維修性”、“盒內成品布置”、“接口引線”、“熱分析”等因素，借助CATIA、AUTOCAD、ANSYS等計算機軟件完成起動接觸器盒的最優設計。

1 起動接觸器盒設計要求

某型飛機起動接觸器盒主要存放發動機起動所需的控制器件和保護器件以及其他系統的個別器件。盒內元件包括：接觸器ZLJ－1000 1件、JC－2 1件、分流器QFL－3 2件、接觸器 MZJ－600A1件、接觸器HZJ－600A4件、接觸器HZJ－50A1件、HZJ－50B4件以及慣保、特保、二極管、接線模塊等。為滿足電氣系統安全穩定運行，接觸器盒設計應滿足以下要求：

（1）集中安裝起動系統所需元器件，實現發動機起動功能；

（2）安裝位置在發動機右短艙內；

（3）滿足四性要求，拆卸方便，便于維護；

（4）滿足環境熱要求，盒體溫度不超過130℃［1］。

2 可靠性和維修性

盤箱的可靠性設計主要是指盤箱內元器件、導線的選擇和使用。按已制定的元器件控制大綱，優選標準元器件，并實現通用化、系列化、模塊化，盡量采用經過產品驗證的可靠性保證的器件［1］。在選用接觸器大小、導線牌號時，按國家軍用標準GJB／Z 35《元器件降額準則》執行，由于發動機起動電氣控制系統幾乎只在地面工作，其設備故障對飛行任務完成有小的影響，所以采用Ⅲ級降額等級，接觸器和導線牌號的選擇上按額定電流的75%設計。

盤箱的維修性是指盤箱及內部元器件在規定的條件下、按規定的方法進行維修時，能保持和恢復其良好的技術狀態的可能性，或表示對可修件所進行維修的難易程度［2］。其具體要求包括：盒體安裝方便、固定可靠、拆卸快速，經常維修的部位有最佳的可達性，并留有合理的維修空間；盒內小標牌根據維修需要采用文字或電氣序號標注在安裝點，在飛機使用、存放、運輸等條件下保持清晰牢固；電線接頭防水、可達，容易插錯的插頭座具有防差錯安裝設計。起動接觸器盒選用螺接式安裝方式，用螺釘和托板螺母將盒體固定在右短艙貼蒙皮的支架上，盒體從支架后端安裝拆卸，前端用水平L型材防止盒體滑落（見圖1）。盒內小標牌注明電氣元件的電氣序號，用88號膠粘接在對應的元件旁，保持清晰牢固，方便維修；盒蓋安裝線路標牌，能夠清楚表示盒內元件接線關系。

圖1 短艙內起動接觸器盒安裝圖

3 盒內成品的布置

一般盤箱成品布置規則：根據盒內所裝成品的數量、種類、體積、重量等因素，均勻布局，同類產品盡量集中安裝，重量均勻布置［2］。有左、右對稱應用的產品盡量左、右位置安裝，并且產品之間要考慮間隙，一般在1－2mm范圍內。而且要適當考慮盒內布線的路徑空間，應保證結構緊湊［3］。并應根據盒子安裝的空間位置來確定盒子的形狀和尺寸。

起動接觸器盒內成品有接觸器ZLJ－1000 1件、JC－2 1件、分流器QFL－3 2件、接觸器MZJ－600A1件、接觸器HZJ－600A4件、接觸器HZJ－50A1件、HZJ－50B4件以及慣保、特保、二極管、接線模塊等。由于飛機的起動電流高達上千安培，ZLJ－1000、JC－2、分流器 QFL－3、MZJ－600A、HZJ－600A接觸器等元件是主要發熱元件，設計時需要充分考慮元件之間的距離保證散熱［3］，將這些元件均勻平放在盒體底部，保證相互的距離至少50mm。而HZJ－50A和HZJ－50B、慣保等器件所通電流不大，為了節省空間，方便布線，將其靠盒壁均勻分布。同時，為了方便導線敷設，同一個系統盡量靠攏分布。盒內右上的接觸器MZJ－600A、繼電器JN－1、慣保GB－15、接觸器HZJ－50A為電源系統的元件，故集中放在一起。盒內器件具體分布如圖2所示。

圖2 起動接觸器盒盒內元件分布圖

4 接口引線設計

箱盒內往外引線，電線截面在5mm以下者，盡量采用電連接器，將電連接器（插座）裝在盒子的側板或底板上；若安裝位置緊張或操縱板等，可以將線束甩出盒外，留適當長度（裝插頭）；粗電線（6mm以上）需在盒殼體適當位置安裝轉接螺栓或開孔，將線直接穿出，孔周圍要安裝橡膠鑲圈HB2－6或加防磨邊進行保護。在盒體開孔敷設導線時，應根據導線最小拐彎半徑（不小于導線直徑的6倍）要求選擇開孔位置。盒內如果導線直徑太大，可以考慮用匯流條代替，以節省空間。

起動接觸器盒引線的難度主要在大功率電源線的走線。電源線的直徑高達17mm，按導線拐彎半徑不小于導線直徑6倍計算，每根導線至少需要150mm以上的空間［4］。如果在盒內走線，勢必占用很大空間，造成盒體體積龐大，導線敷設凌亂，無法滿足設計要求。故考慮在盒內用匯流條代替導線連接，接觸器HZJ－600A處連接用直角匯流條將兩端的導線從一端引出，大大避免了導線不必要的拐彎，節省了空間。接觸器 HZJ－1000、MZJ－600A接線端的導線也就近開孔引出盡量減少在盒內纏繞。具體設計引線如圖3所示。

5 盒內元器件熱分析

對盒體重要發熱元件的熱分析可以了解不同工作條件下，不同材料及幾何形狀對溫度場變化的影響，防止設計中不合理的元器件分布，造成工作中的熱量隱患［5］。

ANSYS作為新穎的有限元分析軟件在處理熱分析問題方面具有強大的功能，在能源、化工、航空航天、制冷等方面都有重要應用。

借助ANSYS軟件對接觸器盒的重要發熱接觸器ZLJ－1000、JC－2、HZJ－600A的分析，盒體內部的溫度場分布如圖4所示。

圖3 起動接觸器盒接口引線設計圖

圖4 接觸器盒內部溫度場分布圖

圖4列舉了主要幾個主要發熱元件：ZLJ－1000（1件）、JC－2（1件）、HZJ－600A（1件）布局及周圍溫度分布。其中，接觸器的接觸電阻按5×10－4Ω，起動電流以500A估算每個器件的發熱功率。從圖中可以看出，重要發熱元件的熱量集中在元器件內部（紅色區域），溫度達到50℃左右，而幾個元件中間（中間淺綠色區域），溫度達到39℃，元件的外圍溫度已經接近室溫。由此說明，設計中需要重點考慮元件本身的散熱，優選抗熱性能優秀的元件；布線也盡量繞盒壁走線，減少發熱對電線的影響。

在今后的工作中，可以分析排氣管、接觸器等熱源，對接觸器盒的工作環境進行熱分布模擬，進行更完善的散熱設計。

6 結語

本文根據盤箱設計的基本流程完成了對安裝在某型飛機右短艙的起動接觸器盒的設計，并就設計中的難點提出合理的解決方案，同時提出了設計中的特點及創新點，為電氣系統的盤箱設計提供一定的參考。最后，提出今后研究的方向，繼續盒體工作環境熱分析，使設計更加完善。

［1］飛機電氣系統設計與安裝通用規范GJB7T8－1989中國標準書號［S］.北京：中國標準出版社，1989.

［2］張宏鵬，陳明，謝栓勤.軍用飛機電氣系統控制與管理技術概述［J］.計測技術，2006（3）：1－4.

［3］孫鵬，馬少華.電器學［M］.北京：科學出版社，2012.

［4］江靜.機電設備控制技術［M］.北京：國防工業出版社，2012.

［5］王仁祥.現代電氣控制與PLC應用教程［M］.北京：機械工業出版社，2012.

［6］楊號.綜合化儀表測試系統設計［J］.西安航空技術高等專科學校學報，2012（1）：14－17.

［7］韓索民，王永超，楊海成.航空制造多項目優先級模糊綜合評價方法［J］.航空計算技術，2010，40（5）44－47.

［8］孟飛，楊繼恩.航空設備"未發現故障"的診斷與排除［J］.西安航空技術高等專科學校學報，2012（1）18－20.