民用飛機反推力裝置對發動機短艙排液性能影響試驗研究

周雷聲++楊鐵鏈

摘 要：為考察民用飛機反推力裝置對發動機短艙排液性能的影響，在某型民用飛機渦扇發動機開展試驗研究，具體研究了反推力裝置收起方式、開始收起反推力裝置時的飛機滑行速度以及短艙排液結構對發動機短艙排液性能的影響。研究結果表明：加快反推力裝置收起過程和提高開始收反推力裝置時的飛機滑行速度均可以改善發動機短艙的排液性能；排液結構是發動機短艙排液性能決定因素；反推力裝置收起方式和開始收反推力裝置時的飛機滑行速度是短艙排液適航驗證試驗需選取的兩個關鍵參數。該文結論對民用飛機發動機短艙排液系統設計優化和適航驗證試驗具有一定參考價值和指導意義。

關鍵詞：反推力裝置 短艙排液 適航 驗證試驗

中圖分類號：TU985 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0024-02

民用飛機作為一種重要交通運輸工具已被日益廣泛使用，針對民用飛機有專門的適航條款用以確保其安全性，飛機制造商需要在飛機交付前通過合適的驗證方法用以表明飛機及其各個系統對相應適航條款的符合性。本文從中國民用航空規章第25部《運輸類飛機適航標準》[1]中適用于發動機短艙排液的相關條款出發，就反推力裝置對發動機短艙排液性能的影響開展試驗研究。針對民用飛機發動機短艙排液系統設計研發和適航驗證的試驗研究，國外已開展了大量研究工作，如波音和空客在其各型民用客機和運輸機上已多次進行相關研究，積累了豐富的設計和試驗經驗。而國內對該系統的研究過去主要集中在軍機領域，具體研究方法和內容也并非嚴格遵循相應的適航要求，特別是在民機領域，尚處起步階段，借鑒經驗也較少，僅文獻[2]對民用飛機發動機短艙排液需滿足的適航條款以及驗證試驗方法進行了介紹。

本文嚴格從相應適航條款要求出發，針對某型民用飛機反推力裝置對發動機短艙排液影響進行較為系統的試驗研究，在國內尚屬首次，對民用飛機發動機短艙排液系統設計優化和驗證試飛開展具有一定參考價值和指導意義。

1 試驗裝置

民用飛機發動機短艙排液系統主要用于發動機短艙內部可燃液體輸送組件失效泄漏時，將產生的漏液安全的排至機外。如圖1所示，發動機短艙排液結構主要包括短艙整流罩底部的排液孔、排液漏斗以及通風排液孔排，飛行過程中短艙內部產生的大量漏泄在重力作用通過上述結構排至機外，具體排液能力取決于排液開口的尺寸和大小。

為了模擬發動機短艙內的可燃液體泄漏，試驗前對試驗飛機和發動機進行了測試改裝，改裝設備主要包括：水箱、水泵、計量閥、排液管路、控制系統和流量測量裝置，各設備的作用及連接原理可參見參考文獻[2]。

圖2為反推力裝置工作原理圖。反推力裝置在正常飛行過程中處于收起狀態，發動機外涵道保持暢通，外涵氣流通過外涵出口高速排出，為飛機提供飛行所需的正推力，當在飛機著陸后將根據飛行員指令展開，封閉外涵道出口，并使外涵氣流通過反推格柵向飛機斜前方高速排出，為飛機提供減速所需的反推力。如（圖2）所示，由于排液孔、排液漏斗以及排液孔排均位于反推力裝置航向前方，因此當在模擬飛機著陸使用反推減速過程中發生發動機短艙泄漏時，由于反推氣流的反向推動作用，會將一部分由短艙排液結構排出的模擬漏液推向航向前方，存在被吸入發動機進氣道的危險，這是相關適航條款所不允許的。而造成上述吸入現象的主要因素包括：反推力裝置收起方式（后文簡稱收起方式）、開始收反推力裝置時的飛機滑行速度（后文簡稱收起速度）和發動機短艙排液結構（后文簡稱排液結構），本文針對上述三種因素對短艙排液特性的影響開展試驗研究，用于短艙排液結構設計的優化和指導短艙排液適航驗證試驗的開展。

2 試驗方法

在本文試驗中，分別通過改變收起方式、收起速度和排液結構來具體考查短艙排液在反推氣流作用下吸入發動機進氣道的特性（后文簡稱吸入特性）。試驗具體工況如表1所示，表中方式1表示在收起反推力裝置時推力桿由反推最大功率位置先推至反推慢車功率位置再推至正慢車功率位置，方式2表示推力桿由反推最大功率位置直接推至正慢車功率位置，收起速度具體數值表示開始收反推力裝置時即操作推力桿時的飛機滑行速度，結構1表示正常短艙排液結構（如圖1所示），結構2表示對通風排液孔排進行封堵后的短艙排液結構。并且為清楚地顯示短艙排出的模擬漏液的流動痕跡和到達區域的具體部位，還在模擬漏液中摻入了一定量的染色劑；此外，各次試驗的模擬泄漏速率相同且在試驗過程保持穩定不變。

3 試驗結果與分析

試驗1結果顯示，發動機進氣道唇口表面、進氣整流錐及風扇葉片上均有明顯的模擬漏液染色痕跡，表明有大量由發動機短艙排出的模擬漏液在反推氣流作用下吸入了發動機進氣道。表2為各試驗過程中相關測量數據。表中可知，試驗1過程中，飛行員在飛機減速至60節時采用方式1對推力桿進行操作，由于從操作油門桿到發動機功率狀態響應的延時，當在1 s后將推力桿推至反推慢車功率位置時，飛機速度已降至58節，而發動機功率卻只將至68%，遠高于反推慢車功率（30%），再經過6 s后反推力裝置完全收起，此時發動機功率為32%，仍大于反推慢車功率。根據反推力裝置風洞試驗結果，在以上從飛行員推油門桿到反推力裝置完全收起的整個過程中，均會發生短艙排液在反推氣流推動下進入進氣道的吸入現象，并且在反推功率較大時最為明顯。因此試驗1結果不能滿足適航要求。

試驗2結果顯示，進氣道唇口表面、進氣整流錐及風扇葉片上均有較為明顯的模擬漏液染色痕跡，但染色程度相比試驗1有所減弱，表明吸入發動機進氣道的漏液量有所減小。由表2可知，試驗2過程中在開始推動推力桿時飛機速度為59節，到反推力裝置開始響應時飛機速度已降為57節，再到反推力裝置完全收起時飛機速度已降為54節，而發動機功率降至37%，仍在反推慢車功率以上，因此在上述整個過程中同樣發生了進氣道吸入現象。相比試驗1，由于反推收起所用時間有所減少，完全收起時的飛機速度更大，所以吸入量有所減少。進而表明采用方式2可以減弱進氣道吸入現象，但仍不能滿足適航要求。

試驗3結果顯示，進氣道唇口表面、進氣整流錐及風扇葉片上仍有染色痕跡，相比試驗2結果又有所減弱，表明吸入發動機進氣道的漏液量進一步減小。由表2可知，當將推動推力桿時的飛機速度提至63節后，可以提高反推力裝置完成收起時的飛機速度，進一步縮短飛機速度低于60節后反推氣流的作用時間，從而進一步減少吸入量，因此吸入現象相比試驗2也進一步減弱，但不能完全避免，因此仍不滿足適航要求。

試驗4結果顯示，在進氣道唇口表面、進氣整流錐及風扇葉片上已無可見染色痕跡，表明該試驗構型下短艙排出的模擬漏液未被吸入發動機進氣道中。由表2可知，當將推動推力桿時的飛機速度進一步提至70.5節后，反推力裝置完全收起時飛機速度已提高至62.5節，高于60節，因此，根據前期風洞試驗結果，在整個反推力裝置關閉過程中，反推氣流作用都不足以使短艙排出模擬漏液被吸入進氣道中。因此，采用收起方式2并在70節時開始收反推力裝置的方法可以有效避免進氣道吸入現象的發生，使飛機滿足相應的適航要求。

試驗5結果顯示，與試驗4結果相同，在進氣道唇口表面、進氣整流錐及風扇葉片上均無可見染色痕跡，表明該試驗構型下短艙排出的模擬漏液也未被吸入發動機進氣道中。由表2可知，與試驗3相比，雖然反推力裝置完全收起時，飛機速度也已降至60節以下，仍未發生吸入現象，說明短艙排液結構改為結構2可以起到與試驗4相同的作用。這是由于對通風排液孔排進行封堵后，短艙整流罩上大面積的排液出流得到抑制，使受反推氣流作用的模擬漏液量大幅減小，從而有效阻止了排液被再次吸入進氣道中。表明現有短艙排液結構中，通風排液孔排用于短艙排液的設計特征是引起進氣道吸入現象的本質原因，進而表明可將如何減少通風排液孔排的排液出流量作為發動機短艙排液設計優化的一個具體目標。

4 結論

該文通過發動機短艙排液試驗研究，可得出以下主要結論：

加快反推力裝置收起過程和提高開始收反推力裝置時的飛機滑行速度均可以改善發動機短艙的排液性能；

排液結構是發動機短艙排液性能決定因素；

反推力裝置收起方式和開始收反推力裝置時的飛機滑行速度是短艙排液適航驗證試驗中需選取的兩個關鍵參數；

發動機短艙排液驗證試驗需考慮發動機功率狀態響應延時性的影響。

參考文獻

[1] 運輸類飛機適航標準.中國民用航空規章，第25部，CCAR-25-R3[S].中國民航總局，2001.

[2] 楊鐵鏈，周雷聲.民用飛機動力裝置短艙排液適航驗證試驗研究[J].航空科學技術，2013（6）：47-50.

試驗3結果顯示，進氣道唇口表面、進氣整流錐及風扇葉片上仍有染色痕跡，相比試驗2結果又有所減弱，表明吸入發動機進氣道的漏液量進一步減小。由表2可知，當將推動推力桿時的飛機速度提至63節后，可以提高反推力裝置完成收起時的飛機速度，進一步縮短飛機速度低于60節后反推氣流的作用時間，從而進一步減少吸入量，因此吸入現象相比試驗2也進一步減弱，但不能完全避免，因此仍不滿足適航要求。

試驗4結果顯示，在進氣道唇口表面、進氣整流錐及風扇葉片上已無可見染色痕跡，表明該試驗構型下短艙排出的模擬漏液未被吸入發動機進氣道中。由表2可知，當將推動推力桿時的飛機速度進一步提至70.5節后，反推力裝置完全收起時飛機速度已提高至62.5節，高于60節，因此，根據前期風洞試驗結果，在整個反推力裝置關閉過程中，反推氣流作用都不足以使短艙排出模擬漏液被吸入進氣道中。因此，采用收起方式2并在70節時開始收反推力裝置的方法可以有效避免進氣道吸入現象的發生，使飛機滿足相應的適航要求。

試驗5結果顯示，與試驗4結果相同，在進氣道唇口表面、進氣整流錐及風扇葉片上均無可見染色痕跡，表明該試驗構型下短艙排出的模擬漏液也未被吸入發動機進氣道中。由表2可知，與試驗3相比，雖然反推力裝置完全收起時，飛機速度也已降至60節以下，仍未發生吸入現象，說明短艙排液結構改為結構2可以起到與試驗4相同的作用。這是由于對通風排液孔排進行封堵后，短艙整流罩上大面積的排液出流得到抑制，使受反推氣流作用的模擬漏液量大幅減小，從而有效阻止了排液被再次吸入進氣道中。表明現有短艙排液結構中，通風排液孔排用于短艙排液的設計特征是引起進氣道吸入現象的本質原因，進而表明可將如何減少通風排液孔排的排液出流量作為發動機短艙排液設計優化的一個具體目標。

4 結論

該文通過發動機短艙排液試驗研究，可得出以下主要結論：

加快反推力裝置收起過程和提高開始收反推力裝置時的飛機滑行速度均可以改善發動機短艙的排液性能；

排液結構是發動機短艙排液性能決定因素；

反推力裝置收起方式和開始收反推力裝置時的飛機滑行速度是短艙排液適航驗證試驗中需選取的兩個關鍵參數；

發動機短艙排液驗證試驗需考慮發動機功率狀態響應延時性的影響。

參考文獻

[1] 運輸類飛機適航標準.中國民用航空規章，第25部，CCAR-25-R3[S].中國民航總局，2001.

[2] 楊鐵鏈，周雷聲.民用飛機動力裝置短艙排液適航驗證試驗研究[J].航空科學技術，2013（6）：47-50.

試驗3結果顯示，進氣道唇口表面、進氣整流錐及風扇葉片上仍有染色痕跡，相比試驗2結果又有所減弱，表明吸入發動機進氣道的漏液量進一步減小。由表2可知，當將推動推力桿時的飛機速度提至63節后，可以提高反推力裝置完成收起時的飛機速度，進一步縮短飛機速度低于60節后反推氣流的作用時間，從而進一步減少吸入量，因此吸入現象相比試驗2也進一步減弱，但不能完全避免，因此仍不滿足適航要求。

試驗4結果顯示，在進氣道唇口表面、進氣整流錐及風扇葉片上已無可見染色痕跡，表明該試驗構型下短艙排出的模擬漏液未被吸入發動機進氣道中。由表2可知，當將推動推力桿時的飛機速度進一步提至70.5節后，反推力裝置完全收起時飛機速度已提高至62.5節，高于60節，因此，根據前期風洞試驗結果，在整個反推力裝置關閉過程中，反推氣流作用都不足以使短艙排出模擬漏液被吸入進氣道中。因此，采用收起方式2并在70節時開始收反推力裝置的方法可以有效避免進氣道吸入現象的發生，使飛機滿足相應的適航要求。

試驗5結果顯示，與試驗4結果相同，在進氣道唇口表面、進氣整流錐及風扇葉片上均無可見染色痕跡，表明該試驗構型下短艙排出的模擬漏液也未被吸入發動機進氣道中。由表2可知，與試驗3相比，雖然反推力裝置完全收起時，飛機速度也已降至60節以下，仍未發生吸入現象，說明短艙排液結構改為結構2可以起到與試驗4相同的作用。這是由于對通風排液孔排進行封堵后，短艙整流罩上大面積的排液出流得到抑制，使受反推氣流作用的模擬漏液量大幅減小，從而有效阻止了排液被再次吸入進氣道中。表明現有短艙排液結構中，通風排液孔排用于短艙排液的設計特征是引起進氣道吸入現象的本質原因，進而表明可將如何減少通風排液孔排的排液出流量作為發動機短艙排液設計優化的一個具體目標。

4 結論

該文通過發動機短艙排液試驗研究，可得出以下主要結論：

加快反推力裝置收起過程和提高開始收反推力裝置時的飛機滑行速度均可以改善發動機短艙的排液性能；

排液結構是發動機短艙排液性能決定因素；

反推力裝置收起方式和開始收反推力裝置時的飛機滑行速度是短艙排液適航驗證試驗中需選取的兩個關鍵參數；

發動機短艙排液驗證試驗需考慮發動機功率狀態響應延時性的影響。

參考文獻

[1] 運輸類飛機適航標準.中國民用航空規章，第25部，CCAR-25-R3[S].中國民航總局，2001.

[2] 楊鐵鏈，周雷聲.民用飛機動力裝置短艙排液適航驗證試驗研究[J].航空科學技術，2013（6）：47-50.