周雷聲++楊鐵鏈
摘 要:為考察民用飛機(jī)反推力裝置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液性能的影響,在某型民用飛機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)展試驗(yàn)研究,具體研究了反推力裝置收起方式、開(kāi)始收起反推力裝置時(shí)的飛機(jī)滑行速度以及短艙排液結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液性能的影響。研究結(jié)果表明:加快反推力裝置收起過(guò)程和提高開(kāi)始收反推力裝置時(shí)的飛機(jī)滑行速度均可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的排液性能;排液結(jié)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液性能決定因素;反推力裝置收起方式和開(kāi)始收反推力裝置時(shí)的飛機(jī)滑行速度是短艙排液適航驗(yàn)證試驗(yàn)需選取的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。該文結(jié)論對(duì)民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化和適航驗(yàn)證試驗(yàn)具有一定參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞:反推力裝置 短艙排液 適航 驗(yàn)證試驗(yàn)
中圖分類號(hào):TU985 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2014)09(a)-0024-02
民用飛機(jī)作為一種重要交通運(yùn)輸工具已被日益廣泛使用,針對(duì)民用飛機(jī)有專門(mén)的適航條款用以確保其安全性,飛機(jī)制造商需要在飛機(jī)交付前通過(guò)合適的驗(yàn)證方法用以表明飛機(jī)及其各個(gè)系統(tǒng)對(duì)相應(yīng)適航條款的符合性。本文從中國(guó)民用航空規(guī)章第25部《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》[1]中適用于發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液的相關(guān)條款出發(fā),就反推力裝置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液性能的影響開(kāi)展試驗(yàn)研究。針對(duì)民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)和適航驗(yàn)證的試驗(yàn)研究,國(guó)外已開(kāi)展了大量研究工作,如波音和空客在其各型民用客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)上已多次進(jìn)行相關(guān)研究,積累了豐富的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。而國(guó)內(nèi)對(duì)該系統(tǒng)的研究過(guò)去主要集中在軍機(jī)領(lǐng)域,具體研究方法和內(nèi)容也并非嚴(yán)格遵循相應(yīng)的適航要求,特別是在民機(jī)領(lǐng)域,尚處起步階段,借鑒經(jīng)驗(yàn)也較少,僅文獻(xiàn)[2]對(duì)民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液需滿足的適航條款以及驗(yàn)證試驗(yàn)方法進(jìn)行了介紹。
本文嚴(yán)格從相應(yīng)適航條款要求出發(fā),針對(duì)某型民用飛機(jī)反推力裝置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液影響進(jìn)行較為系統(tǒng)的試驗(yàn)研究,在國(guó)內(nèi)尚屬首次,對(duì)民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化和驗(yàn)證試飛開(kāi)展具有一定參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。
1 試驗(yàn)裝置
民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液系統(tǒng)主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)部可燃液體輸送組件失效泄漏時(shí),將產(chǎn)生的漏液安全的排至機(jī)外。如圖1所示,發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液結(jié)構(gòu)主要包括短艙整流罩底部的排液孔、排液漏斗以及通風(fēng)排液孔排,飛行過(guò)程中短艙內(nèi)部產(chǎn)生的大量漏泄在重力作用通過(guò)上述結(jié)構(gòu)排至機(jī)外,具體排液能力取決于排液開(kāi)口的尺寸和大小。
為了模擬發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)的可燃液體泄漏,試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了測(cè)試改裝,改裝設(shè)備主要包括:水箱、水泵、計(jì)量閥、排液管路、控制系統(tǒng)和流量測(cè)量裝置,各設(shè)備的作用及連接原理可參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[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(guò)程中處于收起狀態(tài),發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道保持暢通,外涵氣流通過(guò)外涵出口高速排出,為飛機(jī)提供飛行所需的正推力,當(dāng)在飛機(jī)著陸后將根據(jù)飛行員指令展開(kāi),封閉外涵道出口,并使外涵氣流通過(guò)反推格柵向飛機(jī)斜前方高速排出,為飛機(jī)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(dāng)在模擬飛機(jī)著陸使用反推減速過(guò)程中發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)短艙泄漏時(shí),由于反推氣流的反向推動(dòng)作用,會(huì)將一部分由短艙排液結(jié)構(gòu)排出的模擬漏液推向航向前方,存在被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的危險(xiǎn),這是相關(guān)適航條款所不允許的。而造成上述吸入現(xiàn)象的主要因素包括:反推力裝置收起方式(后文簡(jiǎn)稱收起方式)、開(kāi)始收反推力裝置時(shí)的飛機(jī)滑行速度(后文簡(jiǎn)稱收起速度)和發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液結(jié)構(gòu)(后文簡(jiǎn)稱排液結(jié)構(gòu)),本文針對(duì)上述三種因素對(duì)短艙排液特性的影響開(kāi)展試驗(yàn)研究,用于短艙排液結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和指導(dǎo)短艙排液適航驗(yàn)證試驗(yàn)的開(kāi)展。
2 試驗(yàn)方法
在本文試驗(yàn)中,分別通過(guò)改變收起方式、收起速度和排液結(jié)構(gòu)來(lái)具體考查短艙排液在反推氣流作用下吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的特性(后文簡(jiǎn)稱吸入特性)。試驗(yàn)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(shí)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(shù)值表示開(kāi)始收反推力裝置時(shí)即操作推力桿時(shí)的飛機(jī)滑行速度,結(jié)構(gòu)1表示正常短艙排液結(jié)構(gòu)(如圖1所示),結(jié)構(gòu)2表示對(duì)通風(fēng)排液孔排進(jìn)行封堵后的短艙排液結(jié)構(gòu)。并且為清楚地顯示短艙排出的模擬漏液的流動(dòng)痕跡和到達(dá)區(qū)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(yàn)的模擬泄漏速率相同且在試驗(yàn)過(guò)程保持穩(wěn)定不變。
3 試驗(yàn)結(jié)果與分析
試驗(yàn)1結(jié)果顯示,發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道唇口表面、進(jìn)氣整流錐及風(fēng)扇葉片上均有明顯的模擬漏液染色痕跡,表明有大量由發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排出的模擬漏液在反推氣流作用下吸入了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道。表2為各試驗(yàn)過(guò)程中相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)。表中可知,試驗(yàn)1過(guò)程中,飛行員在飛機(jī)減速至60節(jié)時(shí)采用方式1對(duì)推力桿進(jìn)行操作,由于從操作油門(mén)桿到發(fā)動(dòng)機(jī)功率狀態(tài)響應(yīng)的延時(shí),當(dāng)在1 s后將推力桿推至反推慢車功率位置時(shí),飛機(jī)速度已降至58節(jié),而發(fā)動(dòng)機(jī)功率卻只將至68%,遠(yuǎn)高于反推慢車功率(30%),再經(jīng)過(guò)6 s后反推力裝置完全收起,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功率為32%,仍大于反推慢車功率。根據(jù)反推力裝置風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果,在以上從飛行員推油門(mén)桿到反推力裝置完全收起的整個(gè)過(guò)程中,均會(huì)發(fā)生短艙排液在反推氣流推動(dòng)下進(jìn)入進(jìn)氣道的吸入現(xiàn)象,并且在反推功率較大時(shí)最為明顯。因此試驗(yàn)1結(jié)果不能滿足適航要求。
試驗(yàn)2結(jié)果顯示,進(jìn)氣道唇口表面、進(jìn)氣整流錐及風(fēng)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(yàn)1有所減弱,表明吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的漏液量有所減小。由表2可知,試驗(yàn)2過(guò)程中在開(kāi)始推動(dòng)推力桿時(shí)飛機(jī)速度為59節(jié),到反推力裝置開(kāi)始響應(yīng)時(shí)飛機(jī)速度已降為57節(jié),再到反推力裝置完全收起時(shí)飛機(jī)速度已降為54節(jié),而發(fā)動(dòng)機(jī)功率降至37%,仍在反推慢車功率以上,因此在上述整個(gè)過(guò)程中同樣發(fā)生了進(jìn)氣道吸入現(xiàn)象。相比試驗(yàn)1,由于反推收起所用時(shí)間有所減少,完全收起時(shí)的飛機(jī)速度更大,所以吸入量有所減少。進(jìn)而表明采用方式2可以減弱進(jìn)氣道吸入現(xiàn)象,但仍不能滿足適航要求。
試驗(yàn)3結(jié)果顯示,進(jìn)氣道唇口表面、進(jìn)氣整流錐及風(fēng)扇葉片上仍有染色痕跡,相比試驗(yàn)2結(jié)果又有所減弱,表明吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的漏液量進(jìn)一步減小。由表2可知,當(dāng)將推動(dòng)推力桿時(shí)的飛機(jī)速度提至63節(jié)后,可以提高反推力裝置完成收起時(shí)的飛機(jī)速度,進(jìn)一步縮短飛機(jī)速度低于60節(jié)后反推氣流的作用時(shí)間,從而進(jìn)一步減少吸入量,因此吸入現(xiàn)象相比試驗(yàn)2也進(jìn)一步減弱,但不能完全避免,因此仍不滿足適航要求。
試驗(yàn)4結(jié)果顯示,在進(jìn)氣道唇口表面、進(jìn)氣整流錐及風(fēng)扇葉片上已無(wú)可見(jiàn)染色痕跡,表明該試驗(yàn)構(gòu)型下短艙排出的模擬漏液未被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中。由表2可知,當(dāng)將推動(dòng)推力桿時(shí)的飛機(jī)速度進(jìn)一步提至70.5節(jié)后,反推力裝置完全收起時(shí)飛機(jī)速度已提高至62.5節(jié),高于60節(jié),因此,根據(jù)前期風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果,在整個(gè)反推力裝置關(guān)閉過(guò)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(jìn)氣道中。因此,采用收起方式2并在70節(jié)時(shí)開(kāi)始收反推力裝置的方法可以有效避免進(jìn)氣道吸入現(xiàn)象的發(fā)生,使飛機(jī)滿足相應(yīng)的適航要求。
試驗(yàn)5結(jié)果顯示,與試驗(yàn)4結(jié)果相同,在進(jìn)氣道唇口表面、進(jìn)氣整流錐及風(fēng)扇葉片上均無(wú)可見(jiàn)染色痕跡,表明該試驗(yàn)構(gòu)型下短艙排出的模擬漏液也未被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中。由表2可知,與試驗(yàn)3相比,雖然反推力裝置完全收起時(shí),飛機(jī)速度也已降至60節(jié)以下,仍未發(fā)生吸入現(xiàn)象,說(shuō)明短艙排液結(jié)構(gòu)改為結(jié)構(gòu)2可以起到與試驗(yàn)4相同的作用。這是由于對(duì)通風(fēng)排液孔排進(jìn)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(jìn)氣道中。表明現(xiàn)有短艙排液結(jié)構(gòu)中,通風(fēng)排液孔排用于短艙排液的設(shè)計(jì)特征是引起進(jìn)氣道吸入現(xiàn)象的本質(zhì)原因,進(jìn)而表明可將如何減少通風(fēng)排液孔排的排液出流量作為發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液設(shè)計(jì)優(yōu)化的一個(gè)具體目標(biāo)。
4 結(jié)論
該文通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液試驗(yàn)研究,可得出以下主要結(jié)論:
加快反推力裝置收起過(guò)程和提高開(kāi)始收反推力裝置時(shí)的飛機(jī)滑行速度均可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的排液性能;
排液結(jié)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液性能決定因素;
反推力裝置收起方式和開(kāi)始收反推力裝置時(shí)的飛機(jī)滑行速度是短艙排液適航驗(yàn)證試驗(yàn)中需選取的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù);
發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液驗(yàn)證試驗(yàn)需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)功率狀態(tài)響應(yīng)延時(shí)性的影響。
參考文獻(xiàn)
[1] 運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn).中國(guó)民用航空規(guī)章,第25部,CCAR-25-R3[S].中國(guó)民航總局,2001.
[2] 楊鐵鏈,周雷聲.民用飛機(jī)動(dòng)力裝置短艙排液適航驗(yàn)證試驗(yàn)研究[J].航空科學(xué)技術(shù),2013(6):47-50.
試驗(yàn)3結(jié)果顯示,進(jìn)氣道唇口表面、進(jìn)氣整流錐及風(fēng)扇葉片上仍有染色痕跡,相比試驗(yàn)2結(jié)果又有所減弱,表明吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的漏液量進(jìn)一步減小。由表2可知,當(dāng)將推動(dòng)推力桿時(shí)的飛機(jī)速度提至63節(jié)后,可以提高反推力裝置完成收起時(shí)的飛機(jī)速度,進(jìn)一步縮短飛機(jī)速度低于60節(jié)后反推氣流的作用時(shí)間,從而進(jìn)一步減少吸入量,因此吸入現(xiàn)象相比試驗(yàn)2也進(jìn)一步減弱,但不能完全避免,因此仍不滿足適航要求。
試驗(yàn)4結(jié)果顯示,在進(jìn)氣道唇口表面、進(jìn)氣整流錐及風(fēng)扇葉片上已無(wú)可見(jiàn)染色痕跡,表明該試驗(yàn)構(gòu)型下短艙排出的模擬漏液未被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中。由表2可知,當(dāng)將推動(dòng)推力桿時(shí)的飛機(jī)速度進(jìn)一步提至70.5節(jié)后,反推力裝置完全收起時(shí)飛機(jī)速度已提高至62.5節(jié),高于60節(jié),因此,根據(jù)前期風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果,在整個(gè)反推力裝置關(guān)閉過(guò)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(jìn)氣道中。因此,采用收起方式2并在70節(jié)時(shí)開(kāi)始收反推力裝置的方法可以有效避免進(jìn)氣道吸入現(xiàn)象的發(fā)生,使飛機(jī)滿足相應(yīng)的適航要求。
試驗(yàn)5結(jié)果顯示,與試驗(yàn)4結(jié)果相同,在進(jìn)氣道唇口表面、進(jìn)氣整流錐及風(fēng)扇葉片上均無(wú)可見(jiàn)染色痕跡,表明該試驗(yàn)構(gòu)型下短艙排出的模擬漏液也未被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中。由表2可知,與試驗(yàn)3相比,雖然反推力裝置完全收起時(shí),飛機(jī)速度也已降至60節(jié)以下,仍未發(fā)生吸入現(xiàn)象,說(shuō)明短艙排液結(jié)構(gòu)改為結(jié)構(gòu)2可以起到與試驗(yàn)4相同的作用。這是由于對(duì)通風(fēng)排液孔排進(jìn)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(jìn)氣道中。表明現(xiàn)有短艙排液結(jié)構(gòu)中,通風(fēng)排液孔排用于短艙排液的設(shè)計(jì)特征是引起進(jìn)氣道吸入現(xiàn)象的本質(zhì)原因,進(jìn)而表明可將如何減少通風(fēng)排液孔排的排液出流量作為發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液設(shè)計(jì)優(yōu)化的一個(gè)具體目標(biāo)。
4 結(jié)論
該文通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液試驗(yàn)研究,可得出以下主要結(jié)論:
加快反推力裝置收起過(guò)程和提高開(kāi)始收反推力裝置時(shí)的飛機(jī)滑行速度均可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的排液性能;
排液結(jié)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液性能決定因素;
反推力裝置收起方式和開(kāi)始收反推力裝置時(shí)的飛機(jī)滑行速度是短艙排液適航驗(yàn)證試驗(yàn)中需選取的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù);
發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液驗(yàn)證試驗(yàn)需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)功率狀態(tài)響應(yīng)延時(shí)性的影響。
參考文獻(xiàn)
[1] 運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn).中國(guó)民用航空規(guī)章,第25部,CCAR-25-R3[S].中國(guó)民航總局,2001.
[2] 楊鐵鏈,周雷聲.民用飛機(jī)動(dòng)力裝置短艙排液適航驗(yàn)證試驗(yàn)研究[J].航空科學(xué)技術(shù),2013(6):47-50.
試驗(yàn)3結(jié)果顯示,進(jìn)氣道唇口表面、進(jìn)氣整流錐及風(fēng)扇葉片上仍有染色痕跡,相比試驗(yàn)2結(jié)果又有所減弱,表明吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的漏液量進(jìn)一步減小。由表2可知,當(dāng)將推動(dòng)推力桿時(shí)的飛機(jī)速度提至63節(jié)后,可以提高反推力裝置完成收起時(shí)的飛機(jī)速度,進(jìn)一步縮短飛機(jī)速度低于60節(jié)后反推氣流的作用時(shí)間,從而進(jìn)一步減少吸入量,因此吸入現(xiàn)象相比試驗(yàn)2也進(jìn)一步減弱,但不能完全避免,因此仍不滿足適航要求。
試驗(yàn)4結(jié)果顯示,在進(jìn)氣道唇口表面、進(jìn)氣整流錐及風(fēng)扇葉片上已無(wú)可見(jiàn)染色痕跡,表明該試驗(yàn)構(gòu)型下短艙排出的模擬漏液未被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中。由表2可知,當(dāng)將推動(dòng)推力桿時(shí)的飛機(jī)速度進(jìn)一步提至70.5節(jié)后,反推力裝置完全收起時(shí)飛機(jī)速度已提高至62.5節(jié),高于60節(jié),因此,根據(jù)前期風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果,在整個(gè)反推力裝置關(guān)閉過(guò)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(jìn)氣道中。因此,采用收起方式2并在70節(jié)時(shí)開(kāi)始收反推力裝置的方法可以有效避免進(jìn)氣道吸入現(xiàn)象的發(fā)生,使飛機(jī)滿足相應(yīng)的適航要求。
試驗(yàn)5結(jié)果顯示,與試驗(yàn)4結(jié)果相同,在進(jìn)氣道唇口表面、進(jìn)氣整流錐及風(fēng)扇葉片上均無(wú)可見(jiàn)染色痕跡,表明該試驗(yàn)構(gòu)型下短艙排出的模擬漏液也未被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中。由表2可知,與試驗(yàn)3相比,雖然反推力裝置完全收起時(shí),飛機(jī)速度也已降至60節(jié)以下,仍未發(fā)生吸入現(xiàn)象,說(shuō)明短艙排液結(jié)構(gòu)改為結(jié)構(gòu)2可以起到與試驗(yàn)4相同的作用。這是由于對(duì)通風(fēng)排液孔排進(jìn)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(jìn)氣道中。表明現(xiàn)有短艙排液結(jié)構(gòu)中,通風(fēng)排液孔排用于短艙排液的設(shè)計(jì)特征是引起進(jìn)氣道吸入現(xiàn)象的本質(zhì)原因,進(jìn)而表明可將如何減少通風(fēng)排液孔排的排液出流量作為發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液設(shè)計(jì)優(yōu)化的一個(gè)具體目標(biāo)。
4 結(jié)論
該文通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液試驗(yàn)研究,可得出以下主要結(jié)論:
加快反推力裝置收起過(guò)程和提高開(kāi)始收反推力裝置時(shí)的飛機(jī)滑行速度均可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的排液性能;
排液結(jié)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液性能決定因素;
反推力裝置收起方式和開(kāi)始收反推力裝置時(shí)的飛機(jī)滑行速度是短艙排液適航驗(yàn)證試驗(yàn)中需選取的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù);
發(fā)動(dòng)機(jī)短艙排液驗(yàn)證試驗(yàn)需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)功率狀態(tài)響應(yīng)延時(shí)性的影響。
參考文獻(xiàn)
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