民用飛機噴氣發動機地面臺架側風試驗

王虎成

【摘 要】本文結合民用飛機噴氣發動機適航條款，簡要介紹了發動機地面臺架側風試驗的基本方法，其中包括適用的33部條款，測試改裝，側風發生器，可變風扇外涵噴管，基本試驗步驟以及主要測試支持硬件。

【關鍵詞】噴氣發動機;地面臺架;側風試驗

中圖分類號： V235 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）24-0061-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.029

【Abstract】This article was based on the civil aircraft jet engine airworthiness regulations， briefly discussed about the jet engine cross wind testing method on engine test stand， which including the test related Part 33 regulations， instrumentation， cross wind generator， Variable Fan Nozzle，general test process and the major test supporting hardware.

【Key words】Jet Engine; Engine Test Stand; Cross Wind Test

0 引言

當噴氣式飛機在地面起飛階段或者空中進近著陸階段時，較強的側風不僅會對飛機本身的操控品質帶來顯著影響，而且會影響發動機的工作狀態，嚴重時可以導致發動機喘振甚至熄火。因此，無論是針對民用運輸類飛機的25部適航規章，還是在專門針對飛機動力系統的33部適航規章，均有對側風運行條件的相關規定。作為飛機發動機供應商，應對其發動機進行側風地面試驗，獲取發動機側風運行特性，并建立起發動機地面運行包線。側風地面試驗的測試結果，將是飛機主制造商在進行飛機大側風試驗試飛時的重要依據。

1 側風試驗

1.1 適航條款

發動機地面臺架側風試驗涉及的適航條款主要分為兩個方面：第一，發動機風扇葉片，風扇盤以及風扇出口導向葉片在側風條件下的應力及振動特征，相應的FAA適航條款主要是FAR 33.83（a），33.83（b），33.83（c）和33.83（d）[1]，FAR 33.83是針對發動機振動的條款;第二，發動機風扇葉片在側風條件下的工作特性，相關條款主要是FAR 33.65[2]，FAR 33.65是關于發動機喘振與失速的條款。

1.2 測試改裝

在發動機上針對側風試驗而加裝的測試傳感器主要為高靈敏度的應變計和壓力傳感器。其中，應變計主要安裝在風扇葉片，風扇盤和風扇出口導向葉片上，具體到每個部件的安裝位置和應變片數量，需要結合部件結構、理論計算結果、測試通道等綜合考慮。壓力傳感器用于測量通過發動機關鍵截面上的氣流參數，例如進氣道，風扇導向葉片出口，高壓壓氣機出口，低壓渦輪出口等。

1.3 側風發生器

側風發生器是發動機地面臺架側風試驗的重要設備之一。側風發生器可以產生速度均勻，方向穩定，可維持較長時間的人工側風氣流。側風氣流的風速和風向能夠根據試驗需要靈活設置，以滿足被測發動機的全包線操作需求。側風發生器的底座上可以安裝滑軌或者輪子，以便調整側風角度。

1.4 可變風扇外涵噴管

可變風扇外涵噴管也是側風試驗的重要設備，它主要由安裝在外涵噴管處的調節片，調節片伺服機構和控制系統組成。通過改變調節片的收斂或者擴張角度，可以改變風扇外涵出口面積大小，從而進一步調節風扇出口壓力。因此，通過一系列的角度調節，可以使發動機工作在風扇的整個工作特性曲線上，直至逼近風扇失速狀態。

1.5 基本試驗步驟

地面側風試驗一般按照如下基本順序進行：

a）發動機制造符合性檢查，試驗臺架符合性檢查，以確認發動機實際構型符合設計圖紙要求，試驗臺架設置符合試驗大綱要求。

b）發動機推力校驗測試，這也是大部分地面臺架測試項目開始前及結束后的必要步驟，這是為了確保同一臺發動機在不同的測試臺架上，或者在經歷了不同的測試項目之后，仍然能夠保持同等的推力指標，保證了整個測試項目中所獲數據的一致性。

c）可變風扇外涵噴管校驗，以建立調節片角度與風扇工作狀態之間準確的對應關系。

d）非側風條件下的測試試驗點。

e）側風條件下的測試試驗點，且風速由低到高，風向一般從90°側風開始。在實際操作中試驗人員應嚴密監控發動機狀態，當確認當前側風狀態測試數據和結果可以接受時，再確定是否進行下一個試驗風速或試驗風向。

2 測試支持硬件

在發動機地面臺架側風試驗中，除了應用到側風發生器，可變風扇外涵噴管等關鍵測試設備外，還有一些測試支持硬件也必不可少，這里僅舉兩例予以說明。

風扇機匣加強環：當風扇在接近失速的狀態下工作時，風扇和風扇機匣均會承受較大載荷，此時風扇機匣的形變量會加大，進而影響風扇葉片與機匣之間的間隙。因此，在進行較為臨界的試驗點時，可以在機匣外圍加裝風扇機匣加強環，提高機匣強度，減小形變量。機匣加強環不得與發動機原有管路或零部件產生位置沖突，因此在設計該加強環時需要綜合考慮。

地面升降平臺：為了盡可能地反映發動機在飛機地面運行時的側風環境，臺架上發動機的最低點位置與地面的距離應該和實際安裝在飛機上的發動機與地面間距相同。然而實際上大部分地面測試臺架在設計時為了滿足多型號發動機和不同測試項目的需要，其掛架與地面間距要明顯高于飛機上的掛架高度。為了解決這一問題，可以在試驗發動機下方安裝一個升降平臺，用于模擬飛機實際運行時的地面。該升降平臺必須與地面有良好的固定。

3 結語

發動機地面臺架側風試驗是一個較為復雜的測試項目，且成本高，耗時長，涉及到的測試設備多。因此，在實際測試活動開始前，需要預留較長的時間來做好充分的準備和組織管理，列出各個檢查項目，逐一確認后方可開展試驗。

【參考文獻】

[1]CFR14，chapter I，subchapter C，part 33，subpart F，2012.

[2]CFR14，chapter I，subchapter C，part 33，subpart E，1974.