飛機EWIS設計減重措施研究

摘要：隨著飛機航空電子系統復雜程度的增加，機載設備間信號交聯關系越發復雜，導致飛機電氣線路互聯系統（EWIS）重量也在不斷增加，EWIS設計減重需求越來越迫切，因此在EWIS設計過程中進行減重優化，對于飛機整機重量設計指標的實現具有重要意義。EWIS的重量主要由線束重量和敷設安裝組件重量兩部分構成，本文根據EWIS的主要重量組成，結合EWIS設計流程，針對三維敷設初步設計、線束綜合設計、三維敷設詳細設計及線束圖設計階段的特點，開展減重具體措施的研究。

關鍵詞：EWIS；減重措施；線束敷設；線束設計

目前EWIS減重已經成為國內外飛機設計制造過程中重要且必要的一環，國外EWIS的設計減重和重量管控流程都已經比較成熟，但由于國內EWIS設計還處在完善發展階段，EWIS設計減重措施還未能完全融入EWIS設計流程體系中，因此針對EWIS設計的各個階段進行減重措施研究，對飛機研制具有重要意義。

EWIS的定義是指任何導線、線路裝置，或其組合，包括端點裝置，安裝于飛機的任何部位，用于兩個或多個端點之間傳輸電能（包括數據和信號）[1]。所以一般飛機上的EWIS重量主要由線束重量和敷設安裝組件重量兩部分構成。

線束重量主要由導線、連接器、尾附件、防波套、接線端子、壓接或焊接套管等端接器件以及各類電纜保護材料和標識等組成。

線束敷設安裝組件重量主要由固定或安裝線束用的支架、卡箍、連接器分離面板、導管和螺釘、螺母、墊圈等緊固件，以及接地或搭接用的負線板、搭接器件等組成。

飛機EWIS設計流程一般分為三維敷設初步設計、線束綜合設計、三維敷設詳細設計及線束圖設計階段4個階段，根據EWIS各個設計階段的特點和EWIS的重量組成，需要在不同設計階段采取針對性的措施實現對線束重量和敷設安裝組件重量的減重。

2.1 三維敷設初步設計階段的減重措施

EWIS三維敷設初步設計階段一般確定了全機線束敷設的通道布置，規定了線束的大致走向，因此三維敷設初步設計階段的減重措施主要從通道設計、設備布局等方面盡可能減少線束長度實現。

2.1.1 通道設計

線束敷設通道的設計應結合機體結構、系統分布進行，選擇整體與各設備距離較近、走向較為平直、易于維護的通路作為線束主干通道，盡量避免彎曲、繞離設備的通道設計，保證線束整體均勻分布到全機，使各個設備接入主干通道的距離相對較近，在整體布局上減少線束長度及敷設安裝固定點，從而達到減重的目的。

2.1.2 設備布局

飛機的總體設備布局對EWIS重量有極大影響，因為機上的信號傳遞往往存在中轉匯合，往往一個設備位置不合理，就會導致其他設備接往該設備的線束長度以及敷設安裝組件大幅增加。如線束需從A設備、B設備傳往C設備，如C設備距離A、B設備均較遠，將導致線束長度增加，如將C設備調整至距離A、B設備比較均衡的中間位置，則會大幅減少線束長度（如圖1所示）。因此在三維敷設初步設計階段，需要優化調整設備在機上的分布位置，避免線束因為設備布局產生回繞、繞遠等問題。

2.2 線束綜合階段的減重措施

線束綜合是將飛機各系統的信號進行綜合分析，根據全機線束敷設的通道布置，結合余度、功能、隔離等設計要求，將不同信號進行分類組合成線束。因此在線束綜合階段，主要有以下3個方面的減重優化措施。

2.2.1 提高線束綜合程度

在滿足系統功能、電磁兼容、余度等要求的前提下，盡可能地提高線束綜合程度。線束綜合程度越高，線束的數量越少，越有利于線束的制造、構型管理及安裝敷設[2]。線束數量越少，線束所使用的護套等材料也越少，也能夠有效減少線束重量。

2.2.2 路徑規劃

在線束綜合階段，能夠結合各系統電氣原理和敷設通道規劃線束路徑。由于機上的敷設通道眾多，設備之間往往存在多條通道可以互聯，在設計時應選擇最短的敷設路徑。一般可以根據三維敷設初步設計階段的線束通道，使用路徑自動規劃的軟件，或通過一些路徑最優規劃的算法編程計算，通過結合設計人員的工程經驗，在線束綜合過程中發現線束通道存在的問題，并對三維敷設初步設計階段的通道和設備布局進行優化迭代，最終獲得最優的設備布局和最短的線束路徑。

2.2.3 減少工藝對接連接器

由于飛機模塊化制造和維修的需求，飛機各艙區之間的線束一般需要設置工藝對接連接器以便于飛機總裝對接和拆卸維修。在滿足系統功能和飛機維護需求的前提下，線束綜合時應盡量減少全機的工藝對接連接器數量，同時也能減少工藝分離面板的數量，另外還應合理布置工藝分連接器的空間位置，減少艙區間線束對接的距離。

2.3 三維敷設詳細設計階段的減重措施

EWIS三維敷設詳細設計是根據三維敷設初步設計階段確定的飛機線束通道和線束綜合階段確定的全機線束，完成線束在機上具體敷設和安裝的設計過程。因此在該階段主要從以下4個方面針對敷設安裝組件重量采取減重措施。

2.3.1 安裝組件的設計減重

飛機不同區域的環境特性不同，對線束安裝的要求也不同，應根據區域的振動、濕度、溫度、油污、電磁等不同環境特性進行差異化設計，避免出現冗余設計。例如一般對于振動較大的區域，需要選擇強度較高、材料較厚的支架和卡箍，線束的固定間距要求也較小，而在一些振動較小的區域，可以選擇更輕量化的支架和卡箍，線束的固定間距也可以適量增大。在滿足區域環境特性要求的情況下，應合理選擇線束安裝零件和固定間距，盡量多選用復合材料或其他非金屬的安裝件，減少使用金屬材料的零件。

另外對于自制的線束安裝組件如支架、分離面板等，應在滿足強度要求下進行減重設計，如通過改進支架形狀去除冗余部分，增加減輕孔，減少材料厚度等措施，可以減少EWIS敷設安裝組件重量。

2.3.2 局部設計減重

根據飛機結構和設備具體的安裝位置，合理選擇支架、卡箍以及連接器尾附件。如因線束出線方向和彎曲半徑要求，一些設備的連接器選用直式尾附件時，將導致線束變長，而使用彎式尾附件時，線束不僅能夠平直敷設長度變短，而且還能減少用于固定的卡箍和支架的安裝（如圖2所示）。

為適應一些敷設安裝較為特殊的位置，應自制支架或卡箍零件，避免使用較大的標準件支架或添加襯套以固定卡箍的情況。

2.3.3 EWIS敷設安裝結構一體化設計

EWIS三維敷設詳細設計時協調飛機結構在設計時預留線束安裝接口，實現一體化設計，可以大幅減少線束安裝所需的支架、分離面板等。如在艙區對接的飛機結構上預留工藝連接器、維護連接器的固定開孔等，一方面可以避免另外單獨設計分離面板、維護面板，另一方面也可減少面板安裝所需的安裝組件。在機體結構上預留安裝孔便于卡箍固定，可以大幅減少線束型材支架的使用。

2.4 線束圖設計階段的減重措施

EWIS線束圖設計是根據線束綜合階段確定的全機線束和三維敷設詳細設計階段確定的線束三維拓撲，完成線束二維圖的詳細設計，作為線束生產制造的依據。該階段主要從線束零組件選型和保護材料方面減少線束重量。

2.4.1 線束零組件選型

應根據飛機不同區域的環境特性和各系統的功能需求選擇不同規格或材料的導線、接地端子、連接器、尾附件和屏蔽層等線束零組件。如在滿足導電性能和機械性能的要求下，可以選擇更小規格的導線、接地端子等。在滿足屏蔽要求的情況下，選擇更為輕質的屏蔽編制套，對于電磁干擾較少的區域或安全性要求較低的系統，可以減少甚至取消使用線束金屬屏蔽層。對于非高振、高溫區和安全性要求較低的系統，可使用鋁導線代替銅導線，根據有關研究表明，相同長度且滿足相同功能要求的前提下，鋁導線的重量比銅導線的重量減輕25%以上[3]。在低振、氣密區采用復合材料單臂綁扎型尾線夾[4]。非飛機特殊環境或系統使用要求，尤其應避免鋼制連接器、尾附件的使用。

2.4.2 線束保護材料減重

根據飛機不同區域的環境特性合理選擇線束保護材料，如在機身內部等非暴露區域的線束，應盡量減少使用波紋管、熱縮管等保護材料，可選擇更為輕質的芳綸編制套進行保護。

隨著飛機機載系統機電一體化、集成化和信息化程度日益增高，EWIS占據了飛機很大比例的重量，因此應當推動EWIS設計減重措施成為EWIS設計體系的一部分，不斷完善發展EWIS設計減重的技術方法和設計流程。本文針對EWIS設計各個階段提出了相應的減重措施以實現EWIS重量的最優化設計，對飛機重量控制具有一定借鑒意義。

參考文獻：

[ 1 ] F A A.C F R P a r t 2 5 Airworthiness standards： Transport category airplanes[S].FAA，2008.

[2] 呂明，劉巖東.民用飛機線束綜合設計方法研究[J].民用飛機設計與研究，2017，1（5）：50-53.

[3] 劉洋，劉巖東.民用飛機鋁導線應用研究[C].中國航空學會飛機總體分會第二屆電氣線路互聯系統（EWIS）行業技術論壇論文，2019：85-88.

[4]董文倩，李妍.民用飛機EWIS重量分析以及優化簡介[J].航天與航空，2017（4）：11.

（作者簡介：王樂倪，寶勝科技創新股份有限公司助理工程師，主要研究方向為飛機EWIS設計）