某型直升机加装国产搜索灯强度适应性研究

某型直升机加装国产搜索灯强度适应性研究

王晖，张有财

航空工业昌河飞机制造集团有限责任公司，江西 景德镇 333000

摘  要：本文主要说明某型直升机加装国产搜索灯后，其连接方式、设备等在直升机正常飞行、机动飞行以及应急着陆等载荷状态下的强度符合适航规章的要求。依据CCAR-27 第C部分“强度要求”的适用条款以及通用的符合性验证方法，采用计算分析的手段，验证该型直升机加装国产搜索灯的强度满足相关要求。计算分析的结果为该型直升机加装国产搜索灯STC取证工作提供支撑，该方法对民用直升机加改装设计的强度符合性验证具有一定的指导意义。

关键词：直升机  国产搜索灯  强度分析  适航符合性

1引言

为提升该型机应用能力、拓展民机市场、满足客户对该型机航空应急救援等任务需要，同时考虑到进口搜索灯技术协调难度大、售后保障能力弱等因素，对该型机进行加装国产搜索灯设备的改装设计。完成在该型机加装国产搜索灯设备，使其具备搜索、救生、警用执法、反恐维稳、紧急着陆选点等任务能力。本次加改装的目标是实现在该型机外部悬挂国产搜索灯，将控制盒、接线盒放置在舱内，通过控制盒实现光束移动并聚焦，安全可靠的执行搜索任务。改装以该型机取证状态为基础，保持动力系统、传动系统、旋翼系统、主承力结构和传力路线等平台状态不变，不干扰机上其它设备正常工作且综合考虑人机工效、使用维护性和可靠性要求。

2 设备加改装

加装设备分为搜索灯与搜索灯安装支架两部分，搜索灯主要组成为灯体1台，万向节组件1台，控制盒1个、接线盒1个，其它附件有电源连接器、控制电缆、舱内电缆、舱外电缆等。搜索灯灯具各部分连接示意图如图1所示。

图1 灯具各部分连接示意图

搜索灯通过安装支架与直升机机体结构连接，搜索灯在机身的安装方式如图2所示。其中安装支架为自研件，一端通过连接板材固定在机身过渡段底部整流罩，一端通过卡箍固定在高姿滑撬上。安装支架包括搜索灯固定架1个，安装架固定板1个，撑杆2根，撑杆与机身过渡段连接板材2个，撑杆与滑撬连接卡箍2个等部件，安装架各部件名称如图3所示。

图2 AC311直升机加装搜索灯

图3 搜索灯安装架各部件名称

3 符合性验证方法

2.1 适用的条款

通过分析正常类旋翼航空器适航规定CCAR-27-R1 C部分强度要求，该改装项目适用的与强度相关的条款共有12条：27.301、27.303、27.305、27.307、27.309、27.321、27.337、27.561、27.571、27.613、、27.619（b）、27.625，包含载荷安全系数、接头系数、结构验证、强度变形、机动载荷系数等要求。

2.2 验证方法

AC311直升机加装国产搜索灯后，机体结构主要承力结构及力传递路线不发生变化，重量和重心满足AC311直升机使用限制，但需根据AC311型机飞行载荷情况，对加装设备进行补充分析并进行强度分析。按照通用惯例共有9种可接受的验证方法，分别为符合性说明（MC0）、说明性文件（MC1）、分析/计算（MC2）、安全评估（MC3）、试验室试验（MC4）、地面试验（MC5）、飞行试验（MC6）、航空器检查（MC7）、模拟器试验（MC8）、设备合格性（MC9）。该加装设备中，针对每一项条款都编写了一份符合性说明报告用于对相关条款的符合性说明（MC0）；加装设备中，涉及强度分析的所有部件均为金属结构，采用计算分析的方法（MC2）是可靠的；根据计算分析结果，如有必要可在维护手册中补充增加维护项目或在者飞行手册中补充增加限制条件作为说明文件（MC1）；另外，成品厂家提供的相关符合性材料可对成品的符合性进行说明，即设备合格性（MC9）。该改装设备中适用的强度条款及其符合性验证方法如表1所示。

表1 适用的强度条款及其符合性验证方法

4 符合性验证分析

4.1 计算分析

4.1.1 载荷分析

加装搜索灯后，对AC311直升机主要受力结构和传力路线没有影响，设备及安装支架主要载荷（考虑安全系数1.5）来自于搜索灯重心处的飞行载荷。搜索灯重心坐标为（4.9m，0m，-2.8m，），依据CCAR-27-R2条款27.337、条款27.303以及《AC311型机全机载荷计算报告》，计算AC311A直升机在安装搜索灯后的飞行极限载荷系数。

根据《AC311型机全机载荷计算报告》的中的载荷系数计算公式，获得搜索灯飞行过载系数，将结果乘以1.5安全系数得到极限飞行载荷系数，详见表2。

表2 极限过载系数

CCAR-27-R2条款27.337规定了设计正向载荷为2.0g至3.5g，负向载荷为-1.0g至-0.5g，则极限载荷系数范围为3g至5.25g，负向载荷为-1.5g至-0.75g。综合以上分析，可得AC311直升机加装搜索灯后的极限过载系数如表3所示。

表3 极限过载系数

4.1.3 计算结果

根据表3中6种工况进行静强度分析，最严重的工况发生在向下5.3g极限载荷下，该工况下搜索灯最大应力出现在撑杆接头1处，应力值为356.6MPa，另外撑杆接头2最大应力为40.5MPa，撑杆最大应力为94MPa，工字型材最大应力为45.1MPa，工字型材固定件最大应力为53MPa，卡箍1最大应力为5MPa，卡箍2最大应力为16MPa，支架安装板最大应力为155.2MPa，支架最大应力为93.5MPa。部分零件的应力云图如图4所示。

（a）撑杆接头1             （b）支架

（c）撑杆            （d）支架安装板

图4 搜索灯部分零件的应力云图

搜索灯自研件所用材料均为2A12铝合金，其拉伸强度为410MPa，各零件的安全裕度值列在表4中。由表4可知，各零件安全裕度均大于零，强度设计符合要求。

表4前安装点强度分析结果

5结论

本文主要从非型号合格证（TC）取证的角度开展直升机民机加改装设计，按照适航规章的要求对强度相关条款进行验证。计算与分析的结果表明AC311型机加装该搜索灯后是安全的，并在后续的试验与试飞过程中进一步得到了验证。因此，对于直升机民机加改装设计项目来说，该方法对强度符合性验证是有效的。

参考文献

[1] CCAR-27-R1一般类旋翼航空器适航标准

[2] Q/CHZ-TJ-SJ0106A 民用直升机改装合格审定条款符合性说明报告编制要求

作者简介：王  晖，198303，男，工程技术部，高工

          张有财，199010，男，工程技术部，工程师