航空噴氣發動機地面運行時進氣、排氣和噪聲危險分析

摘 要:本文詳細分析了航空噴氣發動機地面運行時進氣、排氣和噪聲給人及設備構成危險的原因，并指出遵守發動機地面運行安全預防措施的重要性和必要性。

關鍵詞:噴氣發動機 進氣 排氣 噪聲 安全

中圖分類號:V23\t\t\t文獻標識碼:A\t\t\t文章編號:1672-3791(2011)10(a)-0128-02

動力裝置是飛機的重要系統，在維修過程中所采取的安全措施有其特殊性。特別是在發動機地面開車和運行的過程中，進氣道前方存在強大的吸力，而核心排氣系統會噴出高溫高速的氣體，并產生巨大噪聲，這些因素都會對人、飛機和各種設備構成威脅。本文旨在通過研究發動機的進氣、排氣和噪聲作為危險源的成因，以期更好理解飛機維修手冊中相關安全預防措施。

1 發動機地面運行時進氣、排氣和噪聲危險源成因分析

1.1 發動機進氣危險源成因分析

進氣道通常分為亞音速進氣道和超音速進氣道兩種類型。目前主流的民用航空發動機均采用亞音速進氣道設計。亞音速進氣道一般為擴張型管道。圖1是飛行速度小于壓氣機進口氣流速度時進氣道流場狀態示意圖。發動機地面開車或起飛時，V＜-c1，從0-0截面開始，在0-1′段內，由于壓氣機的吸力作用，氣流速度逐漸增大，壓力和溫度相應降低;空氣流入進氣道后，由于管道擴散，氣流速度略為減小，壓力和溫度略有提高[1]。由此可見，發動機地面運行時，進氣道處會形成低壓區，產生的吸力足以將人和工具等吸進進氣道。必須注意的是，在距離進氣道較近時，吸力會突然增加。因此，在飛機維修手冊中必須明確指出進氣安全區域的范圍和應采取的安全注意事項以防止發生事故。進氣危險區域一般根據發動機推力等級、反推狀態、風向、風速等因素劃分，發動機的推力等級是主要的劃分依據。圖2和圖3示出了A320(采用CFM56-5B)的慢車推力和起飛推力危險區域分布圖[2]。

1.2 發動機排氣危險源成因分析

發動機運行時，渦輪后的燃氣繼續膨脹，將剩余的熱焓充分轉變成動能，高溫高速的燃氣從尾噴口噴出。

排氣危險區域的通常按慢車推力和起飛推力劃分。圖2、圖3示出A320(配置CFM56-5B發動機)排氣危險區域。即使在慢車狀態下，飛機軸向后25m處的排氣速度也可達到104.585km/h。表1為A320飛機維修手冊列出的5個等級風速的破壞力，其中D等級速度(105km/h～32km/h)也能導致飛機輕度到中度損壞。

排氣的另一種方式為反推排氣。以737-600(采用的CFM56-7發動機)反推排氣為例，慢車狀態下開啟反推時，其危險區域為發動機中心半徑12.2m的范圍[3]。

另一個危險因素是排氣溫度。尾噴排氣雖然經過了外涵氣流混合降溫，但其溫度依然非常高。除了排氣速度和溫度可構成危險外，噴氣中含有小量具有一定的毒性的一氧化碳、未燃碳氫化合物和氮氧化物等也存在一定的危險性。一氧化碳和未燃碳氫化合物通常在發動機慢車和其他低功率的狀態時燃油不完全燃燒產生的[4]。

通過排氣速度、溫度和毒性的來源分析可知，采取相應的措施是十分必要的，飛機維修手冊的維修實施中需明確指出排氣危險區域的范圍并以警告形式強調人員和設備禁止進入這些區域;并說明開車時的跑道狀態、排氣空間和排氣可能影響到的各種物體及告知有毒氣體、易燃材料的防護。

需指出的是，在大于最小慢車時禁止接近發動機。如在慢車泄漏檢查或斷開地面氣源車時，需接近正在運行的發動機，必須在慢車狀態或以下才可接近，并遵從進入/離開通道的要求以接近或離開風扇區域。圖2示出了A320(配置CFM56-5B發動機)的接近區域[2]。

1.3 發動機噪聲危險源成因分析

噴氣發動機的噪聲源主要有三個:壓氣機、渦輪和排氣流。壓氣機和渦輪的噪聲主要是由于各級轉子葉片和靜子葉片的壓力場和紊流尾流的相互作用產生的。排氣流的噪聲由高速排出的氣流與周圍空氣的紊流混合產生。在大流量比的渦扇發動機中，由外涵風扇排出的大量氣流與外界空氣的速度差也很大，兩者混合時將引起速度和壓力的劇烈波動，從而產生聲波。而且，兩者混合時引起的強烈紊流，其相互位移的剪力會大大增強氣流和渦流的音響，會在排氣口附近產生小渦流引起高頻噪聲，并在排氣流后部大的渦流處產生低頻噪聲[4]。

雖然發動機適航取證和機場條例對強烈約束飛機的最大噪聲水平，但現代發動機運行時的噪聲足以對人身健康構成威脅。以A320(配置CFM56-5B發動機)為例，即使在慢車推力的狀態下，發動機的200m半徑范圍內的大部份噪聲高于85dBA[2]。職業安全和衛生組織在1988年1月1日的相關條例中規定在90dBA噪聲環境下配備標準降噪設備的暴露時間為8min。而歐盟在2003年2月15日發布了更嚴格的標準，規定在85dBA噪聲環境下配備標準降噪設備的暴露時間為8min[3]。

圖4為A320(配置CFM56-5B發動機)飛機維修手冊給出的暴露時間限制圖和危險區域圖[2]。由圖可見，距離運行的發動機的徑向距離越近，每周暴露的時間越短。在噪聲級達到一定程度時，必須佩戴符合要求的護耳裝置方可接近發動機，并要嚴格遵守暴露時間的限制。

2 結語

本文通過對發動機地面開車和運行時的進氣、排氣和噪聲危險成因的詳細分析，為更好理解飛機維修手冊中相關的發動機安全預防措施提供了幫助。

參考文獻

[1]\t劉長福，鄧明.航空發動機結構[M].西安:西北工業大學出版社，2006.

[2]\tA319/A320.飛機維修手冊[s]，1998.

[3]\t737-600/700/800/900飛機維修手冊[s]，2006.

[4]\t鄧明.航空燃氣渦輪發動機原理與構造[M].北京:國防工業出版社，2008.