EWIS 系统线束直径变化研究

1、问题

某型号飞机客舱前段区域，其中一根线束在无额外线束分支，且使用完整的、同型号的保护材料的前提下，线束的不同位置存在线束直径不同的情况。

2、相关定义

2.1 卡箍

EWIS 系统线束敷设安装过程中，为了确保正确的敷设路径，防止线束与线束、线束与结构等之间的磨损，应合理设置主支撑。卡箍作为支撑线束，提供应力释放、吸收振动与冲击等功能的器件，民用飞机一般采用闭口金属卡箍或开口塑料卡箍。

因开口卡箍的开口状态是可接受的，开口卡箍内径并不与线束直径相等，故不作讨论。本文中的卡箍特指闭口金属卡箍。

2.1.2 卡箍的选取

根据所固定线束的直径，选择合适尺寸的卡箍，卡箍过大或过小都会造成固定失效。应选用卡箍内径大于线束直径但型号最小的卡箍。在线束上安装卡箍时，卡箍应完全被线束充满且不歪曲、不挤压电线，确保线束在卡箍内不移动、不被摩擦。

2.3 辅助支撑

辅助支撑主要用于保持线束形状及确保隔离。辅助支撑常用材料包括：支撑杆、绑扎带、机械卡带、压敏胶带、模缩套和隔离子等。使用绑扎带 / 卡带固定，可等效为在线束外围施加能够使线束之间保持稳定的结构的外力，且线束之间不发生形变。

绑扎带或尼龙卡带不得位于隔离层、金属编织层或纺织编织层下。如果在线束的布置或成形期间需要辅助绑扎 , 则应使用特富龙胶带。在保护材料与线束之间不得安装绑扎材料，因此对于使用了 EMI 闭口金属套管的线束，线束捆扎材料只能使用无辅助支撑线束性能的特富龙胶带。

2.4 截面圆

各导线和电缆应尽可能地平行。导线在绑扎带和卡带下方及线束分叉处不得交叉，其余整个敷设长度上尽可能保持平顺相接触。安装过程中要将卡箍紧贴在线束或电缆上，卡箍应与电缆敷设方向成 90^∘ ±5°安装。可视作卡箍内径与线束直径相等。

如果选取某一根导线，在一段很小的敷设路径内，使用一个垂直于线束敷设方向的平面纵向切割导线，可以得到一个圆截面，将该截面定义为截面圆。

3、线束直径的计算

线束直径的计算可转化为，同一平面内的一组数量为 n 的圆， n>0 ，在每个圆至少和其他两个圆相切的情况下，能够包括所有的圆，且与其中的一部分相切的外切圆的最小直径，即为线束的最大直径。

3.1 线束直径计算原则

计算线束直径时：

1）需获取准确的导线或电缆直径数据，应选用产品规范中给出的最大外径值。

2）不同线规的导线在线束中的排列方式随机，因而需要按照能够与线束中的截面圆相切的最大的外圆进行计算。

3）默认线束之间彼此平行，不考虑线束中导线或电缆互相交叉的情况。

4）默认线束之间不发生形变，能够稳定紧密贴合。

5）如果线束使用了保护材料，需要考虑保护材料的厚度与安装方式。

3.2 线束直径估算

根据线束外部有无保护材料，分为两类情况进行讨论：

3.2.1 无保护材料

线束由 n 根导线组成，等效为 n 个截面圆彼此相切，导线的直径分别为D₁ 、 D₂ 、 D₃.......D_n ，线束外无保护材料。与线束中的截面圆相切的最大的外圆为 D₀ ，作所有截面圆的共同外切圆B，所求的线束直径即为圆B 的直径。

圆B 的面积为：

使用等效正方形法，将圆 B 内部的 ρ_n 个截面圆视作 ρ_n 个正方形，并将 n 个正方形的面积之和近似为圆B 的面积，则有：

3.2.2 有保护材料

注：L 为保护材料厚度，根据实际情况可包括EMI 护套与机械套管。

3.3 线束直径计算

在区域内共有线规 8 的导线 17 根，线规 10 的导线 1 根。且线束内无永久接头；线束外部使用EMI 保护套管。

参考 AS22759/87 等标准，AWG8 最大线径为 4.776mm ，AWG10 最大线规为3.226mm ；套管厚度为 0.51mm 。

参考 3.2.2，可以求得线束的线束直径为 23.532mm 。根据相关选型文件，理论上该段线束卡箍规格应选用15。

4、线束直径变化分析

4.1 某段线束线径存在问题：

A 处线径略大，去除保护套，使用直径尺测量后，裸线线束直径约为25.5mm，需使规格 16 的卡箍。

B 处线径略小，去除保护套，使用直径尺测量后，裸线线束直径约为 22mm ，需使用规格14 的卡箍。

4.2 A 处线束

去除保护套后发现，A 处有部分线束标签聚集在卡箍点附近。

线束中的导线包括两种标签套管，收缩后标签的壁厚将增加到对应导线。相当于在 AWG8 的导线上增加最大 0.69*2mm 的直径，在 AWG10 的导线上增加最大 0.61*2mm 的直径。

若按照本线束中所有导线的标签都聚集在此卡箍处计算，该处线束理论的最大直径为 30.1124mm ，相当于规格 19 的卡箍。即标签的位置变化最大在线束上引起 4 个增大规格的变化。实际情况为一部分标签聚集在该卡箍固定点，引起的此处线束直径增大。

4.3 B 处线束

去除护套后发现，该处线束产生了较大的线束扭绞。将此种情况拟合为两组平行线交叉：

取两根平行线束，直径分别为 a 与 b，线束交叉后产生的夹角为 γ 。设线束交叉形成的平行四边形斜边为 x ，边长分别为 L1， L₂ ，交点到斜边 x 的垂直距离分别为h1，h2，并将 h1+h2 作为交叉点附近的线束直径。

又因为 S 四边形 x (h1+h2) ，令 t= cosγ，t ∈ [0，1）

可得

令 :(t)=t-t³ ，f’（ (t)=l-3t² ，则f（t）在 t=0 与 t=1 处取得最小值，f（t）min=0

则 而线束平行贴合时，直径为 a+b ；

因 ，则 ；又因 ，所以

即交叉处的线束直径恒小于平行敷设且贴紧的线束直径。两者的差值取决于线束交叉的角度，故B 处的线束直径偏小是由于使用胶带对线束进行绑扎时，线束之间受外力不均匀导致线束产生扭绞，导致部分线束交叉造成的。

5、其他线束直径产生变化的部分因素

5.1 线束外部

1）线束上使用的保护材料厚度不均匀；

2）闭口编织套和开口套管及自卷绕保护材料的卷绕方式；

3）线束外部辅助支撑器件影响。如电源线上使用的隔离子，此处卡箍要求安装在隔离子外侧，卡箍选型时还要再额外考虑隔离子的厚度；

5.2 线束内部

1）线束使用的套管标签/ 永久接头等安装在同一区域；

2）线束回折；

3）捆扎线束、线束形变时产生的线束错位；

4）线束内部的填充材料不均匀引起的直径变化；