航空發(fā)動機配裝飛機技術(shù)協(xié)調(diào)程序與原則

高恩宇 崔峰

(中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司,遼寧沈陽 110043)

航空發(fā)動機配裝飛機技術(shù)協(xié)調(diào)程序與原則

高恩宇 崔峰

(中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司,遼寧沈陽 110043)

航空發(fā)動機是飛機的“心臟”,航空發(fā)動機和軍機的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能協(xié)調(diào)性、結(jié)構(gòu)相容性、功能匹配性直接關(guān)系到飛機的飛行安全和戰(zhàn)術(shù)性能,是飛機與發(fā)動機技術(shù)協(xié)調(diào)的技術(shù)依據(jù)和指導(dǎo)原則。

航空發(fā)動機 飛機 技術(shù)協(xié)調(diào) 程序 原則

航空發(fā)動機是飛機的動力裝置,是飛機的一個相對獨立的、復(fù)雜的分系統(tǒng),有自己的戰(zhàn)技術(shù)性能要求和結(jié)構(gòu)特點,作為飛機的重要組成部分,其與所配裝飛機的匹配協(xié)調(diào)則是至關(guān)重要的。發(fā)動機和飛機的性能協(xié)調(diào)性、結(jié)構(gòu)相容性、功能匹配性直接關(guān)系到飛機的戰(zhàn)術(shù)性能和飛行安全,是飛機與發(fā)動機技術(shù)協(xié)調(diào)的技術(shù)依據(jù)和指導(dǎo)原則。

1 發(fā)動機配裝軍用飛機的性能協(xié)調(diào)

1.1 軍用飛機的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能

(1)飛行包線;

(2)飛機機動性能;

(3)作戰(zhàn)任務(wù)剖面和續(xù)航時間;

(4)起飛和著陸性能。

1.2 軍用飛機對發(fā)動機的性能要求

(1)地面臺架性能;

(2)空中飛行性能;

(3)加減速性能;

(4)起動性能;

(5)飛機空調(diào)等需用引氣量;

(6)飛機發(fā)電機及液壓泵等需要提取的功率;

(7)飛機過載要求。

1.3 發(fā)動機配裝飛機的性能協(xié)調(diào)

根據(jù)飛機的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)要求,對飛機和發(fā)動機進行匹配計算。按發(fā)動機熱力循環(huán)參數(shù)計算高度速度特性和巡航特性,在不同高度和馬赫數(shù)情況下,計算發(fā)動機的“中間”狀態(tài)和“最大”狀態(tài)的凈推力FN和耗油量Wf隨高度和馬赫數(shù)的變化關(guān)系曲線。高度速度計算的高度H和馬赫數(shù)M的范圍通常由飛機的飛行包線來確定。結(jié)合發(fā)動機尺寸和重量,按飛機飛行任務(wù)剖面要求的任務(wù)和飛行極曲線的情況,全面計算飛機性能以滿足飛機戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能要求,完成發(fā)動機配裝飛機的性能協(xié)調(diào)。

1.3.1 發(fā)動機研制單位工作

向飛機研制單位提供發(fā)動機的高度速度特性和巡航特性,發(fā)動機流量特性、排氣參數(shù)等。

1.3.2 發(fā)動機配裝飛機完成性能協(xié)調(diào)

通過飛機研制部門與發(fā)動機研制部門匹配協(xié)調(diào)計算,經(jīng)過不斷對發(fā)動機的熱力循環(huán)參數(shù)、部件特性、發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律和飛機極曲線的修改和調(diào)整,達到全面滿足飛機的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求和性能指標(biāo),最終完成發(fā)動機配裝飛機的性能協(xié)調(diào)。

1.4 進氣道/發(fā)動機性能匹配

進氣道與發(fā)動機(含噴口)組成飛機動力系統(tǒng),因此,進氣道與發(fā)動機的匹配協(xié)調(diào)是發(fā)動機配裝飛機的性能協(xié)調(diào)最重要內(nèi)容之一。

1.4.1 流量匹配

在飛行包線內(nèi)任意點,超音速進氣道都必須能夠提供發(fā)動機各狀態(tài)下所需求的最大和最小空氣流量,保證不發(fā)生進氣道堵塞或溢流,并實現(xiàn)盡可能高的總壓恢復(fù)系數(shù)和盡可能低的外部阻力。

在發(fā)動機完成高度速度特性計算后,就應(yīng)給出發(fā)動機流量特性GB=f(M．H),以進行飛機進氣道與發(fā)動機的流量匹配協(xié)調(diào)。

1.4.2 流場相容

飛機進氣道出口流場畸變度與發(fā)動機的抗畸變能力應(yīng)相容。在飛行包線內(nèi),飛行員進行任何允許的操縱時,發(fā)動機均能在要求的狀態(tài)下穩(wěn)定運行。飛機的任何機動飛行和發(fā)動機油門操縱組合,發(fā)動機部件在其使用限制以內(nèi),均要保持發(fā)動機壓氣機有足夠的喘振裕度,以避免發(fā)動機喘振。按《航空渦輪噴氣渦輪風(fēng)扇發(fā)動機進口總壓畸變評定指南》評定標(biāo)準,按飛機進氣道與發(fā)動機流場相容的要求,必需保證飛機進氣道出口流場畸變度小于發(fā)動機畸變?nèi)菹蕖?/p>

1.5 飛機/發(fā)動機/尾噴口匹配

發(fā)動機尾噴管要與發(fā)動機循環(huán)參數(shù)水平和工作包線大小相匹配。尾噴管喉道和出口面積變化規(guī)律,既要與發(fā)動機最佳調(diào)節(jié)計劃相協(xié)調(diào),又要保證盡可能小的飛行后體阻力。

2 發(fā)動機配裝飛機的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)

2.1 發(fā)動機總圖

2.1.1 發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 發(fā)動機外廓尺寸圖和安裝圖

發(fā)動機外廓尺寸和安裝圖用于在飛機動力艙中的匹配以及發(fā)動機吊裝和運輸之用,標(biāo)出了發(fā)動機輪廓限制尺寸和最大限制尺寸,表示外部支承、吊裝點的位置和結(jié)構(gòu)形式及安裝配合尺寸,標(biāo)出發(fā)動機的交付重量和重心位置。

2.2 發(fā)動機全尺寸協(xié)調(diào)樣機

2.2.1 協(xié)調(diào)樣機的作用

協(xié)調(diào)樣機是在飛機上安裝協(xié)調(diào)用的發(fā)動機樣機。在協(xié)調(diào)過程中,飛機和發(fā)動機都必須進行多次協(xié)調(diào)解決以下問題：

(1)發(fā)動機和飛機發(fā)動機艙的相容性以及發(fā)動機在安裝過程中的可行性;

(2)外部附件的安裝形式及外形尺寸的協(xié)調(diào);

第二，豐富數(shù)學(xué)文化素材選取的類型.目前素材類型主要涉及數(shù)學(xué)名著、數(shù)學(xué)名題等，像數(shù)學(xué)游戲、數(shù)學(xué)與其它學(xué)科的聯(lián)系等其他類型涉及較少.因此，從實際出發(fā)結(jié)合學(xué)生的實際和考試效度選擇豐富的數(shù)學(xué)文化素材類型設(shè)計試題至關(guān)重要.比如美國《數(shù)學(xué)教師》雜志在這方面進行了大量研究.從2007-2012年共發(fā)表數(shù)學(xué)文化類論文120篇，其中涉及數(shù)學(xué)與自然科學(xué)、數(shù)學(xué)與文學(xué)、數(shù)學(xué)與藝術(shù)、數(shù)學(xué)與社會科學(xué)、數(shù)學(xué)與建筑、數(shù)學(xué)與生活、數(shù)學(xué)與游戲、數(shù)學(xué)與體育等8類主題，每類主題均開發(fā)了大量素材新穎的數(shù)學(xué)文化試題.

(3)發(fā)動機調(diào)整部位及測試部位可達性協(xié)調(diào);

(4)維修部位可達性協(xié)調(diào)。

2.2.2 樣機與飛機的安裝協(xié)調(diào)

(1)安裝與接口協(xié)調(diào)。1)將樣機裝到飛機的發(fā)動機艙里,檢查發(fā)動機與飛機的各個接口的連接情況,并檢查各個需要調(diào)整的部位、維修部位的可達性。2)對試裝中暴露出的問題,凡屬發(fā)動機方面的應(yīng)限期修改并貫徹到樣機上。3)修改后的樣機應(yīng)再在發(fā)動機艙里安裝,再次檢查與飛機各個接口連接情況及需要維修部位的可達性,直到全部接口都能順利安裝,各個維修部位都是可達的為止。

(2)維修性檢查。從飛機各維修窗口檢查各附件更換、檢測、清洗、調(diào)整等可達性。

受型號條件制約,三個型號均未制作樣機,但是,發(fā)動機、飛機雙方進行了多次發(fā)動機-飛機接口協(xié)調(diào),還進行了發(fā)動機輪廓數(shù)字模擬掃描、辦理了技術(shù)協(xié)調(diào)單。

隨著計算機三維模擬技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,越來越多的新一代發(fā)動機-飛機的接口、輪廓等安裝、維護性方面的協(xié)調(diào)逐漸采用了電子樣機技術(shù),其優(yōu)越性已使它形成了取代傳統(tǒng)協(xié)調(diào)方式的趨勢。

3 發(fā)動機在飛機上的安裝匹配性協(xié)調(diào)

發(fā)動機在飛機上的安裝方式,主要取決于飛機設(shè)計,它與飛機用途、種類密切相關(guān)。它直接影響飛機的整體布局、氣動外形和承力結(jié)構(gòu)。

3.1 發(fā)動機幾何特性協(xié)調(diào)

為使發(fā)動機外形與飛機發(fā)動機艙相容,應(yīng)協(xié)調(diào)發(fā)動機各截面的最大外廓尺寸并表示在協(xié)調(diào)圖上。

為保證發(fā)動機能順利裝進飛機發(fā)動機艙,并保證發(fā)動機和發(fā)動機艙之間有一定的間隙,應(yīng)根據(jù)發(fā)動機各截面最大外廓尺寸控制圖制造發(fā)動機外廓尺寸檢驗樣板,發(fā)動機能通過檢驗樣板則外形尺寸合格。

3.2 發(fā)動機質(zhì)量特性協(xié)調(diào)

發(fā)動機質(zhì)量多少、質(zhì)心位置如何對飛機的質(zhì)量、質(zhì)心影響很大,因此質(zhì)量和質(zhì)心協(xié)調(diào)是發(fā)動機和飛機協(xié)調(diào)的重要內(nèi)容之一。

3.3 地面吊運裝置協(xié)調(diào)

3.3.1 運輸容許載荷

發(fā)動機上應(yīng)備有地面吊運裝置,以承擔(dān)發(fā)動機及其附件質(zhì)量

(重量)。地面吊運裝置應(yīng)能承受軸向4g、側(cè)向2g和垂直方向3g的載荷而無永久變形。

3.3.2 界面結(jié)構(gòu)

發(fā)動機吊運點、地面安裝用的滑輪、支撐發(fā)動機的千斤頂?shù)?每個地面吊運點、安裝支持點的位置、結(jié)構(gòu)形式和尺寸均要協(xié)調(diào)并表示在協(xié)調(diào)圖上。

3.4 飛機進氣道與發(fā)動機的安裝協(xié)調(diào)

發(fā)動機和飛機進氣道的連接必須保證空氣從飛機進氣道到發(fā)動機平滑過渡,并規(guī)定出容限、偏斜量、熱膨脹量以及盡量減小空間。

發(fā)動機應(yīng)具有與飛機進氣道連接的安裝邊。發(fā)動機進口與進氣道連接的界面尺寸應(yīng)表示在協(xié)調(diào)圖上。

3.5 機艙溫度

為了保證發(fā)動機艙的管路、導(dǎo)線、附件、設(shè)備及結(jié)構(gòu)件獲得充分冷卻,需要發(fā)動機研制單位和飛機研制單位共同協(xié)調(diào)工作,達到發(fā)動機及其附件在任何工作狀態(tài)下都不超過規(guī)定的溫度極限。

為進行發(fā)動機與飛機的熱相容性協(xié)調(diào),發(fā)動機研制單位應(yīng)按《航空渦輪發(fā)動機的冷卻計算方法》提供發(fā)動機表面溫度和附件表面溫度限制值,提供從發(fā)動機安裝邊向外漏氣的散熱量。

3.6 飛機附件傳動協(xié)調(diào)

主要傳動形式有兩種：合并式傳動和分離式傳動。

合并式傳動需要協(xié)調(diào)的問題：

(1)飛機傳動附件在附件機匣上的安裝位置：既要考慮飛機附件與飛機連接的方便,又要考慮合理利用空間和附件機匣傳動功率分配的合理性;

(2)飛機傳動附件的功率;

(3)飛機傳動附件的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向;

(4)飛機傳動附件的質(zhì)量、質(zhì)心和外形尺寸;

(5)安裝座的結(jié)構(gòu)形式和尺寸：發(fā)動機和飛機研制單位雙方協(xié)調(diào)飛機各個傳動附件與附件機匣連接的安裝座形式和尺寸。

(6)功率分出軸需要傳遞的總功率、尺寸、安裝座與飛機附件機匣的連接等要協(xié)調(diào)并表示在協(xié)調(diào)圖上。

分離式傳動應(yīng)協(xié)調(diào)飛機附件機匣與發(fā)動機的連接方式,以及該機匣及其上的飛機傳動附件所占的空間位置、外廓尺寸等。若飛機附件機匣裝在飛機上,應(yīng)協(xié)調(diào)該機匣傳動軸輸入端和發(fā)動機附件機匣傳動軸輸出端名義值的不同軸度。

3.7 安裝節(jié)協(xié)調(diào)

發(fā)動機通過安裝節(jié)固定在飛機上,發(fā)動機安裝節(jié)通常是一套兩個安裝平面、六個約束的連接結(jié)構(gòu)。主安裝節(jié)除傳遞發(fā)動機推力外,還承受其它載荷,往往在發(fā)動機重心附近并靠近推力中心線的位置。輔助安裝節(jié)承受除主安裝節(jié)以外的其它載荷。

3.8 發(fā)動機振動測量協(xié)調(diào)

在壓氣機機匣、渦輪機匣和附件機匣的適當(dāng)位置上應(yīng)裝有支架或安裝座,供在三個互相垂直的平面上測量振動。振動傳感器的安裝點應(yīng)在協(xié)調(diào)圖上示出。發(fā)動機研制單位應(yīng)給出振動傳感器的輸出特性,給出壓氣機機匣、渦輪機匣、附件機匣的振動限制數(shù)據(jù)。

3.9 引氣系統(tǒng)協(xié)調(diào)

飛機座艙引氣增壓、雷達設(shè)備艙通風(fēng)、油箱增壓、防冰和襟翼吹風(fēng)等需從發(fā)動機引氣,在各種狀態(tài)下總的引氣量是多少,從各個部位引氣量是多少,需要協(xié)調(diào)。

引氣中有害氣體、刺激性、毒性和固體顆粒等物質(zhì)含量不應(yīng)超過《飛機環(huán)境控制系統(tǒng)通用規(guī)范》要求。

3.10 操縱系統(tǒng)協(xié)調(diào)

發(fā)動機操縱系統(tǒng)是飛機系統(tǒng)的一個組成部分,飛機與發(fā)動機界面通常在發(fā)動機燃油控制裝置的油門桿處。發(fā)動機操縱油門桿力矩應(yīng)在操縱人員可接受的范圍內(nèi)。

3.11 發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控參數(shù)種類包括：狀態(tài)監(jiān)控、性能監(jiān)控、振動監(jiān)控、滑油監(jiān)控、壽命監(jiān)控和結(jié)構(gòu)無損檢測監(jiān)控。不同時代的發(fā)動機,監(jiān)控參數(shù)的數(shù)目不同,越先進的發(fā)動機,狀態(tài)監(jiān)控參數(shù)越多。

3.12 發(fā)動機各系統(tǒng)接口、檢查測量項目和各接頭位置及尺寸協(xié)調(diào)

所有供飛機用的接口的位置、結(jié)構(gòu)形式和尺寸都應(yīng)協(xié)調(diào),并表示在協(xié)調(diào)圖上。各接頭處的最大允許軸向載荷、剪切載荷和力矩應(yīng)做規(guī)定。除了在漏油系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、引氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等中的協(xié)調(diào)項目,還有一些項目的接頭位置和尺寸需要協(xié)調(diào)。

4 綜述

本文所述的協(xié)調(diào)內(nèi)容為某三個型號的實際配裝技術(shù)協(xié)調(diào)工作的典型部分。發(fā)動機配裝飛機的技術(shù)協(xié)調(diào)由于配裝飛機的使用要求不同,不同型號發(fā)動機技術(shù)協(xié)調(diào)工作側(cè)重點也不相同。