（上海飛機設(shè)計研究院動力燃油系統(tǒng)設(shè)計研究部，上海 201210）

APU（輔助動力裝置）在民用飛機上得到了越來越廣泛的應(yīng)用，已成為民用飛機為滿足適航要求所必需的設(shè)備之一。APU作為飛機的輔助動力源，主要為飛機提供電源和氣源，使飛機不依靠地面的支持設(shè)備提供電源或氣源，更具有獨立性、舒適性，增大了飛機的機動性和靈活性[1]。

作為民用飛機必需的機載設(shè)備，APU系統(tǒng)的設(shè)計必須要考慮電搭接的問題。電搭接是指在兩金屬物體之間建立一條供電流流動的低阻抗通路。其目的在于為飛機金屬構(gòu)件之間以及構(gòu)件、設(shè)備、附件與基本結(jié)構(gòu)之間提供穩(wěn)定的低阻抗電流通路，從而防止它們之間產(chǎn)生電磁干擾電平，提供電源電流返回通路，也是保護人身安全防電擊以及提供靜電防護、雷電防護、保證低阻抗的天線地網(wǎng)的必要措施。電搭接良好與否，直接影響飛機的安全和性能[2]。

電搭接通?？梢苑譃閮纱箢悾褐苯与姶罱雍烷g接電搭接。在系統(tǒng)設(shè)計時，直接電搭接應(yīng)作為首選項。直接電搭接是指通過熔接、焊接等形成永久性的或通過螺接、鉚接等形成半永久性的金屬對金屬的緊固連接。當直接電搭接設(shè)計不可行時，如兩個被搭接零件間存在相對運動或有非金屬零件相隔等情況，這時必須采用間接電搭接設(shè)計[3]。間接電搭接是指通過金屬材質(zhì)的搭接件將兩個被搭接零件連接起來形成一個低阻抗的電流通路。搭接件有搭接條和搭接線兩種，搭接條通常應(yīng)用于需傳導大電流的場合，而搭接線通常用于不需傳導大電流的場合。

本文將詳細探討APU系統(tǒng)進行電搭接設(shè)計時所需遵循的設(shè)計要求以及典型的間接電搭接設(shè)計方案。

1 設(shè)計要求

民用飛機的設(shè)計，首先要考慮適航條款要求，表1給出了APU系統(tǒng)電搭接設(shè)計相關(guān)的適航條款及內(nèi)容。

表1 APU系統(tǒng)電搭接設(shè)計相關(guān)的適航條款

除了適航條款要求外，APU系統(tǒng)的電搭接設(shè)計還應(yīng)考慮以下通用要求[3]：

（1）應(yīng)盡可能選擇可兼容的材料以最小化腐蝕；

（2）不同類金屬的電搭接可通過選擇可兼容的導電表面處理來完成；

（3）在振動和熱膨脹情況下，電搭接電阻必須保持在規(guī)定的允許值范圍內(nèi)；

（4）電搭接連接應(yīng)盡量位于受保護區(qū)，并應(yīng)位于可接近區(qū)域，以便于檢查和更換；

（5）電搭接連接不應(yīng)嚴重妨礙航線可更換部件的拆卸和重新安裝；

（6）設(shè)計和定位搭接件時要考慮部件的運動情況，以防止它們和其他部件之間的干擾和間歇接觸。

2 APU系統(tǒng)典型電搭接設(shè)計

2.1 進氣風門

進氣風門為APU系統(tǒng)的活動部件，如圖1所示，在APU工作時打開，在APU不工作時關(guān)閉。由于進氣風門暴露在飛機外表面，在飛行過程中可能遭遇閃電，因此進氣風門需進行電搭接處理。進氣風門通過兩個鵝頸連接件鉸接在進氣風門框后緣支架上，進氣風門可繞著進氣風門框后緣支架軸轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)進氣風門的打開和關(guān)閉。因此，實現(xiàn)進氣風門到進氣風門框的直接電搭接是不可行的，這里只能通過間接電搭接來實現(xiàn)。由于需傳導大電流，因此需選用搭接條來實現(xiàn)電搭接。如圖2所示，可以通過兩個電搭接條將鵝頸連接件搭接到進氣風門框上，從而形成低阻抗的電流通路。

圖1進氣系統(tǒng)

圖2進氣風門搭接

2.2 安裝拉桿

APU的典型安裝形式是通過6到8根拉桿懸掛在飛機基本結(jié)構(gòu)上，6根桿稱為靜定桿系結(jié)構(gòu)，大于6根桿稱為超靜定桿系結(jié)構(gòu)，圖3展示了一種超靜定安裝桿系結(jié)構(gòu)。APU及拉桿都處于飛機尾錐內(nèi)，由于APU本身可能有燃油和滑油的泄露，有可能在尾錐內(nèi)形成可燃蒸汽，因此APU和拉桿均需進行電搭接處理以消除靜電積聚。為減小APU和飛機之間的振動或沖擊的傳遞，通常會在APU的安裝節(jié)處設(shè)置隔振器，隔振器的核心減振部件通常為橡膠件，從而阻斷了APU到拉桿的電流通路，因此此處需通過間接電搭接的形式實現(xiàn)低阻抗電流通路。拉桿的飛機端的安裝形式通常為通過螺栓的鉸接機構(gòu)，以實現(xiàn)安裝時欄桿的小角度轉(zhuǎn)動調(diào)整，因此此處亦需通過間接電搭接的形式實現(xiàn)拉桿到飛機基本結(jié)構(gòu)的低阻抗電流通路。由于不需傳導大電流，因此可選用搭接線來實現(xiàn)，圖4展示了一種典型的搭接線實現(xiàn)方式。圖中的搭接線可以分為兩段，一段連接APU和拉桿，另一段連接拉桿和飛機基本結(jié)構(gòu)。

圖3安裝系統(tǒng)

圖4安裝拉桿搭接

2.3 排氣管

排氣系統(tǒng)將APU產(chǎn)生的高溫燃氣排出機外，同時還需具有降噪功能。目前，典型的民用飛機排氣系統(tǒng)從降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計上可以分為兩類：整合式消音器和獨立式消音器，如圖5所示。整合式消音器利用尾錐蒙皮作為消音腔的外殼，和排氣管一起組成消音腔起到降噪的作用。獨立式消音器的排氣管自身已設(shè)計成帶有消音腔，不利用尾錐蒙皮作為降噪結(jié)構(gòu)的一部分。無論是整合式消音器還是獨立式消音器，由于排氣管起到將APU燃氣排出到機外的作用，排氣管的末端通常會暴露在飛機外表面，因此在飛行過程中可能遭遇閃電，因此排氣管末端需進行電搭接處理。由于排氣管屬于航線可更換部件，排氣管末端通常采用接觸式支撐而非緊固連接以便于拆裝和維護，因此此處需采用間接電搭接。由于需傳導大電流，因此需選用搭接條來實現(xiàn)電搭接。圖6展示了一種典型的搭接條實現(xiàn)方式。

圖5排氣系統(tǒng)

圖6排氣管搭接

2.4 進氣風門作動器

進氣風門的打開和關(guān)閉通常由進氣風門作動器來實現(xiàn)。圖7展示了一種進氣風門作動器及其安裝形式。圖中的進氣風門由作動器的作動桿頂開，作動桿頂端采用鉸接連接形式，以實現(xiàn)進氣風門打開和關(guān)閉時作動桿相對于進氣風門的小角度轉(zhuǎn)動；同時，作動器本身的也需通過鉸接的形式安裝在進氣風門框上，以實現(xiàn)進氣風門打開和關(guān)閉時作動器本身相對于進氣風門框的小角度轉(zhuǎn)動。由于作動器通過作動桿頂端和進氣風門有直接接觸，在進氣風門遭遇閃電時會有部分電流傳導到作動器上，因此進氣風門作動器需進行電搭接處理。由于作動器本身是通過鉸接的形式安裝在進氣風門框上的，因此此處只能通過間接電搭接來實現(xiàn)。由于需傳導大電流，因此需選用搭接條來實現(xiàn)電搭接。圖8展示了一種典型的搭接條實現(xiàn)方式。

圖7進氣風門作動器

圖8進氣風門作動器搭接

2.5 電流路徑分析

綜上所述，圖9給出了電搭接電流傳導路徑框圖。對于圖中所示的鉸接連接或接觸支撐都不可以作為電流傳導的主通道，均需設(shè)計有通過搭接條或搭接線所形成的低阻抗電流通路作為電流傳導主通道，并且圖中所示的電流傳導路徑最終都要終結(jié)到了飛機基本結(jié)構(gòu)上，滿足相關(guān)設(shè)計要求。

圖9 電搭接電流路徑框圖

3 結(jié)束語

本文梳理了APU系統(tǒng)電搭接設(shè)計所需遵循的適航條款要求和通用要求，以這些要求作為指導思想，詳細分析了APU系統(tǒng)中不能通過直接電搭接滿足要求的部件，給出了通過搭接條或搭接線等間接電搭接實現(xiàn)低阻抗電流通路的設(shè)計案例，并以電流路徑框圖的形式分析了電流傳導路徑，結(jié)果滿足設(shè)計要求。本文所闡述的方法可為民用飛機APU系統(tǒng)電搭接設(shè)計提供參考和借鑒。

[1]《航空發(fā)動機設(shè)計手冊》總編委會.輔助動力裝置及動力機[M].北京：航空工業(yè)出版社，2000.

[2]《飛機設(shè)計手冊》總編委會.航空電子系統(tǒng)及儀表[M].北京：航空工業(yè)出版社，2001:141.

[3]SAE.ARP1870 Aerospace Systems Electrical Bonding and Grounding for Electromagnetic Compatibility and Safety[S].USA:SAE International，1999.