CN109145336A - 一种航空发动机电缆总管的拓扑设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种航空发动机电缆总管设计方法，涉及一套完整的航空发动机电缆总管的拓扑设计方法，该方法适用于航空发动机总设计师单位的电缆总管顶层设计。其特征在于，通过拓扑图和基于拓扑图的数据表格方式，简化航空发动机电缆总管顶层设计，保证将电缆总管的完整设计需求信息准确地传递给专业的电缆总管承制单位。本发明最大效果就是实现了航空发动机电缆总管顶层设计的简化和电缆图形的信息化。通过将电缆实体的详细设计抽象为拓扑符号和信息汇总表，使航空发动机总设计师单位能够更高效完成航空发动机电缆总管顶层设计，将航空发动机电缆总管设计要求准确、完整地传递给电缆总管承制单位，良好高效地承担了信息承载和传递作用。

Description

一种航空发动机电缆总管的拓扑设计方法

技术领域

本发明属于航空发动机电缆总管顶层设计方法，具体涉及一种航空发动机电缆总管的拓扑设计方法。

背景技术

航空发动机电缆总管用于将导线紧凑、可靠地固定在发动机上，确保导线具备耐电磁辐射干扰、耐油气环境、耐高温环境和耐振动工作环境的能力，在保证快速可靠连接和断开、正确传递信号的同时，要求电缆总管的重量最小化。航空发动机电缆总管设计是航空发动机研发不可或缺的重要环节，在发动机全新研制、改进改型过程中，电缆总管设计对航空发动机外廓尺寸、整机重量和电磁效应等产生直接影响。

航空发动机总设计师单位是航空发动机电缆总管设计的责任单位，电缆总管设计需灵活地根据整机结构设计变化而变化，以满足整机设计变更和飞机对于发动机设计的需要。

以往研发体系中，由于没有专业化电缆总管承制单位，电缆总管以组件形式存在，由航空发动机总设计师单位进行详细设计，具体工作包括：导线和连接器选型、安装结构设计、焊接材料、防护设计和工艺规定等。近十年以来，随着航空发动机电缆总管研发制造技术进步、材料科技技术进步以及专业分工的细化，航空发动机电缆总管逐步发展成一种专业化程度相对较高、资源相对集中的独立产品。电缆总管承制单位基本具备了按需开展包括导线选型、包覆材料选型、连接方式定制等详细设计工作的能力。

随着电缆总管研发和制造专业化发展模式时代的到来，需要发明一种全新的顶层设计方法将航空发动机总设计师单位从繁琐的电缆总管详细设计工作中解放出来。

发明内容

航空发动机电缆在结构上与拓扑网络的结构非常相似，因此能够使用相同的要素进行定义和表达。要将一根航空发动机电缆总管表达清楚，设计图需要有三个要素，一是电缆总管外形结构的表达；二是电缆总管电连接器(插座和插头)之间的电气连接关系，用接线原理图表示；三是对于电缆总管标识、测量、保护的具体要求，在图纸的技术要求中表达。

拓扑设计方法的关键要素是以拓扑符号和信息汇总表，简化传统设计中电缆总管外形结构的详细设计内容，从而简明地将航空发动机电缆总管设计要求准确、完整地传递给电缆总管承制单位。航空发动机电缆总管拓扑设计标准是拓扑设计方法能够得以实施的基础和关键，是沟通航空发动机总设计师单位和电缆总管承制单位的信息纽带。航空发动机总设计师单位编制的，航空发动机电缆总管设计最佳实践文档是确保电缆总管拓扑设计能够符合研制要求、准确约束和高效设计的核心文档。

技术方案

本拓扑设计方法在电缆总管产业化发展背景下应运而生，为航空发动机电缆总管设计提供了一种全新的、集约、简明、高效、可扩展的设计方法。该方法在拓扑科学理论基础上，通过拓扑符号和信息汇总表方式，实现了航空发动机电缆总管顶层接口设计要素的完整表达和记录。为航空发动机总设计师单位提高了设计效率，在航空发动机总设计师单位与电缆总管承制单位之间建立了传递接口信息的有效渠道。

一种航空发动机电缆总管的拓扑设计方法步骤如下：

1、明确设计技术要求：按照发动机控制系统和发动机电气系统对电缆总管的设计要求，明确发动机上所有用电设备的数量、安装位置以及冗余设计要求等信息；

2、明确设计约束：航空发动机电缆总管设计前应明确航空发动机外部温度分布及各截面振动情况，避开不利于电缆总管全寿命周期内安全可靠工作的高温、高振区域；

3、确定关键拓扑设计参数：根据前两步工作形成的文档确定以下3类关键设计参数：

3.1、列出电连接器清单：对于电缆总管上会用到的所有电连接器，以表格形式列出对应的编号、型号、目标用电设备名称以及简要的功能描述；

3.2、确定拓扑关系：根据总电连接器和各用电设备在发动机上的安装位置，明确电缆总管在发动机上的敷设走向和电缆分叉点位置，根据这些信息可确定总电连接器、分叉点以及终端电连接器之间的拓扑关系并可绘制出电缆总管的拓扑关系草图；

3.3、收集拓扑设计参数：通过在发动机实体上进行测量或三维模型上虚拟敷设测量的方法，确定分叉点位置相对于总电连接器的距离、分叉点与分叉点之间的长度、终端分支电缆长度等设计参数；

4、电缆总管拓扑设计：按照电缆总管拓扑设计标准，用标准拓扑符号完成电缆总管拓扑设计图的设计工作，将收集的电缆总管拓扑设计参数以标准表格方式记录在设计图中；

5、电缆总管接线原理设计：按电缆总管拓扑关系和电信号之间的交联关系，完成电缆总管接线原理图的设计工作；

6、明确设计技术要求：按照电缆总管设计要求和设计约束，结合部分关键的电缆总管要求，明确电缆总管设计所需的技术要求；

7、电缆总管拓扑设计图会签：根据航空发动机不同研制阶段，与电缆总管承制单位就拓扑设计图中信息按航空发动机实际研制进展需求进行确认会签。

8、电缆总管拓扑设计图迭代与完善：随发动机研制过程推进，不断根据航空发动机研制需要不断完善电缆总管拓扑设计图。

本发明的优点：

实现了航空发动机电缆总管设计的拓扑简化和图形信息的表格化。通过将电缆实体的详细设计抽象为拓扑符号和信息汇总表，使得航空发动机总设计师单位能够更高效完成发动机电缆总管顶层设计，将传统设计中以图形尺寸方式记录的信息通过固定格式的表格进行记录，为电缆总管实现参数化设计奠定了基础。拓扑设计能够简明地将航空发动机电缆总管顶层设计要求准确、完整地传递给电缆总管承制单位，高效地承担了信息承载和传递作用。

首先，从提高效率角度来说，图7所示的″电缆总管Q″具有最简单的电缆总管构型(仅有3个电连接器和1个分叉)，拓扑设计的符号抽象省去了一定量的详细设计工作，但效率提高并不十分明显；对于现实设计中复杂构型电缆总管，随着电连接器数量和分叉数量的增加，使用拓扑设计方法可带来几何级数倍的工作量减少，大大提高设计效率，具有良好的社会经济效益。

其次，从信息化角度来说，将传统设计中以图形形式记录的电缆长度尺寸、连接器型号以及电缆分叉位置等信息，以表格方式记录下来，使设计人员能够以参数化思维把握电缆总管关键设计参数，并以文档方式记录下来，方便相关信息的检索和引用，为航空发动机电缆总管参数化设计奠定了基础。

第三，从信息传递角度来说，通过制定统一发布的发动机电缆总管拓扑设计标准，发动机总设计师单位和电缆总管承制单位能够高效地进行设计信息交互、有效避免信息传递导致的歧义。

附图说明

图1为实施航空发动机电缆总管拓扑设计方法流程图；

图2为航空发动机电缆总管典型设计情况示意图；

图3为航空发动机电缆总管典型设计完成后在发动机上的装配示意图；

图4为航空发动机电缆总管典型设计拓扑示意图；

图5为电缆总管R拓扑设计图；

图6为示例电缆总管Q的外形图；

图7为电缆总管Q的传统设计图；

图8为电缆总管Q的拓扑设计图。

具体实施方式

实施案例1

典型的航空发动机电缆总管设计情况见图2，在发动机风扇机匣上安装了压力传感器、压力信号器和点火装置这3个用电设备，控制系统接口要求电缆总管的总插座R应安装在支架A处，需设计一根电缆总管R为3个用电设备输送工作所需的电源，同时将压力传感器变换的压力电压信号和压力信号器转换的电信号反馈回插座R相应引脚。具体的拓扑设计实施过程如下：

(1)根据控制系统要求文件内容以及用电设备在发动机上的实际安装情况，可确定以下信息：

A.用电设备数量：3；

B.安装位置：总插座R安装在发动机最上方，压力传感器在插座R下方靠后，点火装置在压力传感器下方靠后，压力信号器在点火装置下方、略靠前；

C.压力传感器为双裕度产品，因此需按其电气接口要求配线。

(2)由于插座R和3个需要连接的用电设备均安装在发动机风扇机匣附近，因此电缆总管的工作环境温度不会超过120℃，采用常规材料即可满足要求；

(3)确定关键拓扑设计参数

(3.1)根据控制系统技术要求文件中电气接口部分的要求和三个用电设备上插座的型号，可以确定电缆总管上4个电连接器型号，见表1

表1电缆总管R所需电连接器清单

序号	代号	电连接器型号	用电设备
				1	插座R	ZH837230K2461PNV	汇总插座
2	插头X	ZH837234K1006SNV	压力传感器
				3	插头Y	WM-2T WF	压力信号器
4	插头Z	ZH23-4/14P-6-B	点火装置

(3.2)确定拓扑关系：从汇总插座R向下走，需在压力传感器前方设计一个分叉点A，用于分出连接压力传感器插头X的导线；在向下，需设计一个分叉点B将电缆分为两个分支，其中一个连接压力信号器插头Y，另一个连接点火装置插头Z。总合上述信息可知：电缆总管R的总插座R之后的总管上共需设计2个分叉点和3个分支，分别连接3个终端插头从而连接对应的3个用电设备。

(3.3)通过实地测量获取总插座R与分叉点A之间、分叉点A与插头X之间长度、分叉点A与分叉点B之间以及分叉点B至插头Y和分叉点B至插头Z之间的长度。测量时应使用柔性尺并注意避开发动机外部其他零件，同时需考虑电缆总管固定所需卡箍位置等因素，测量获得的电缆总管拓扑设计参数见表2。

表2电缆总管R拓扑设计参数清单

序号	参数名称	测量结果	备注
				1	总插座R与分叉点A长度	860mm
2	分叉点A与插头X之间长度	460mm
				3	分叉点A与分叉点B之间长度	535mm
4	分叉点B与插头Y之间长度	485mm
				5	分叉点B至插头Z之间长度	730mm

(4)按照收集到的信息开展电缆总管R拓扑设计，获得的电缆总管R拓扑图见图4，电缆总管R的拓扑信息见表3。

表3电缆总管R信息表

(5)根据电气系统技术要求文件内容和用电设备电气接口完成电缆总管R接线原理设计。电缆总管R接线原理图见图5左下方的″接线原理图″；

(6)按照电缆总管R的安装位置、电气接口关系和制造信息完成电缆总管设计技术要求的编写。电缆总管R设计技术要求见位于图5右下方的文字部分；

(7)根据航空发动机研制阶段要求，完成电缆总管R设计图的内部签署和电缆承制单位的会签。

实施案例2

典型的航空发动机电缆总管结构结构与电缆总管Q一致见图6，由插座X1通过一段电缆后，在距离A端面约550mm的位置处电缆分为两个分支，其中一个电缆的分支在距离B端面1000mm的位置与插座X2相连，而另一个电缆分支在距离端面500mm的位置上与插座X3相连。根据这些信息可将电缆总管Q的基本设计信息归纳在表4中，对传统设计图样中的电缆总管外形结构详细设计进行简化，电缆总管Q的拓扑设计图见图8。

表4电缆总管Q信息表

要将一根发动机电缆总管表达清楚，设计图需要有三个要素，首先是电缆总管外形结构的表达；二是电缆总管电连接器(插座和插头)之间的电气连接关系，用接线原理图表示；三是对于电缆总管标识、测量、保护的具体要求，在图纸的技术要求中表达。

Claims (1)

1.一种航空发动机电缆总管的拓扑设计方法，包括以下步骤；

步骤一、明确设计技术要求：按照发动机控制系统和发动机电气系统对电缆总管的设计要求，明确发动机上所有用电设备的数量、安装位置以及冗余设计要求信息；

步骤二、明确设计约束：航空发动机电缆总管拓扑设计前应明确航空发动机外部温度分布及各截面振动情况，避开不利于电缆总管全寿命周期内安全可靠工作的高温、高振区域；

步骤三、确定关键拓扑设计参数：根据前两步工作形成的文档确定以下3类关键设计参数：(1)、列出电连接器清单：对于电缆总管上会用到的所有电连接器，以表格形式列出对应的编号、型号、目标用电设备名称以及简要的功能描述；(2)、确定拓扑关系：根据总电连接器和各用电设备在发动机上的安装位置，明确电缆总管在发动机上的敷设走向和电缆分叉点位置，根据这些信息可确定总电连接器、分叉点以及终端电连接器之间的拓扑关系并可绘制出电缆总管的拓扑关系草图；(3)、收集拓扑设计参数：通过在发动机实体上进行测量或三维模型上虚拟敷设测量的方法，确定分叉点位置相对于总电连接器的距离、分叉点与分叉点之间的长度、终端分支电缆长度等设计参数；

步骤四、电缆总管拓扑设计：按照电缆总管拓扑设计标准，用标准拓扑符号完成电缆总管拓扑设计图的设计工作，将收集的电缆总管拓扑设计参数以标准表格方式记录在设计图中；

步骤五、电缆总管接线原理设计：按电缆总管拓扑关系和电信号之间的交联关系，完成电缆总管接线原理图的设计工作；

步骤六、明确设计技术要求：按照电缆综管设计要求和设计约束，结合部分关键的电缆总管要求，明确电缆总管设计所需的技术要求；

步骤七、电缆总管拓扑设计图会签：根据航空发动机不同研制阶段，与电缆总管承制单位就拓扑设计图中信息按航空发动机实际研制进展需求进行确认会签。