某型APU安裝系統補償設計

劉學杰　呂超　牛亞宏　王宏旭

摘 要：APU在現在飛機設計中占有很重要的位置，但是由于APU本體工作時產生熱變形從而引起安裝系統的機械變形，這是在APU系統設計中必須解決的一大難題。文章針對APU工作時會產生熱變形從而引起APU安裝系統的機械變形的問題，提出一種補償設計方法以抵消APU安裝系統的機械變形，避免APU工作時在安裝系統內部產生的內應力。文章首先介紹某型APU安裝系統在飛機上一般安裝形式，然后針對這一安裝形式會產生的熱變形難題進行補償設計，最后通過某型APU在飛機上的安裝實例對APU安裝系統補償設計進行驗證。

關鍵詞：APU；APU安裝系統；變形補償

1 概述

APU（Auxiliary PowerUnit，輔助動力裝置）在現代飛機設計中占有很重要的位置，它主要用于在主發動機未啟動時提供飛機所需液壓、電源及環控系統的動力，降低飛機對電源車等地面保障設備的需求。APU安裝系統是一種使APU本體可靠地安裝在飛機上的承載結構，由于APU本體工作時產生熱變形從而引起安裝系統的機械變形，所以APU安裝系統要具備熱變形補償功能以消除APU工作時產生的誤差。文章首先介紹了某型APU安裝系統補償設計通過某型APU在飛機上的安裝實例對APU安裝系統補償設計進行驗證。

2 APU安裝系統補償設計

2.1 APU安裝系統

圖1為一種典型的3-2-2式APU安裝系統結構圖，APU本體由三個安裝節通過4根拉桿及1個轉接支座安裝固定在飛機的APU容納艙，為了使APU可靠地安裝固定，我們將左側安裝節固定下來，限制APU的三個自由度，右側安裝節及后安裝節限制APU的另外三個自由度。在該APU安裝系統設計中，如果每個安裝節固定，APU本體的安裝點隨著工作時產生的熱變形而移動，引起安裝節內的減震單元扭曲變形，隨著APU服役時間的增加，勢必引起減震部件損壞，這在飛機設計中是不允許的，因此我們必須在APU安裝系統設計時考慮APU本體的熱變形補償。

2.2 APU安裝系統補償設計

為了清晰表示APU工作熱變形時各桿系間的變化關系，將APU本體簡化成一個細長的剛體，本體與APU安裝接口間使用細長桿連接，如圖2（a）所示。APU工作時產生的熱變形表現在橫向和縱向變形，對于混合式的APU安裝系統而言，熱膨脹變形可以用圖2（b）表示，δ為縱向變形，t為橫向變形。一般情況下著兩個值均為毫米級，其補償也可以通過錐形螺紋設計裝配間隙及安裝節內減震部件的變形完成。但是該補償效果有限，而且隨著APU服役時間的增加，在減震部件產生的內應力有可能導致減震部件損壞，所以必須考慮采取其他的補償措施。

文章設計的APU安裝設計系統的補償方式見圖2（c）、2（d），通過在連接拉桿的桿頭安裝關節軸承來實現。APU本體工作時受熱膨脹伸長了δmm，由于APU左安裝節不能沿縱向移動，所以其所有的變形量都傳遞至后安裝節上，后安裝節帶動拉桿搖臂沿關節軸承的軸線擺動為角度α，橫向補償角度為β。

2.3 某型APU安裝系統補償設計實例

某型APU安裝設計中，關節軸承縱向補償角α設計角度為±2.3°，回轉半徑R長度為303mm，可以補償APU工作時沿縱向±12mm熱變形量。APU的橫向擺動角度β的設計角度為±2°，回轉半徑R長度為551mm，可以補償APU工作時沿橫向±19mm伸長量。一般情況下，APU在工作時其熱變形不超過5mm，該變形補償設計的安全裕度滿足使用要求。

3 結束語

文章首先引入APU及其安裝系統在飛機設計中的作用，提出熱變形補償設計在APU安裝系統設計中的重要意義，然后詳細介紹APU補償設計的原理及其計算過程，最后通過某個實例進行驗證該變形補償設計對于類似的飛機設計具有很大的借鑒意義。

參考文獻

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作者簡介：劉學杰（1982-），男，工程師，碩士研究生，從事試驗機改裝設計與研究工作。