尾吊布局民用飛機(jī)動力裝置大側(cè)風(fēng)適航驗(yàn)證技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)

馬建等

【摘 要】尾吊布局的民用飛機(jī)動力裝置大側(cè)風(fēng)試驗(yàn)，是考核發(fā)動機(jī)在裝機(jī)環(huán)境下進(jìn)氣道與發(fā)動機(jī)之間工作兼容性的適航試驗(yàn)，涉及對CCAR §25.939（a） （c）、§25.1091（a）（1）、§25.903（d）（2）和§25.1309（c）條款符合性驗(yàn)證，通過側(cè)風(fēng)地面試驗(yàn)制定出發(fā)動機(jī)在裝機(jī)環(huán)境下的地面?zhèn)蕊L(fēng)運(yùn)行包線，由側(cè)風(fēng)下的滑跑起飛和著陸試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)動機(jī)裝機(jī)條件下的滑跑起飛側(cè)風(fēng)范圍，并在飛行手冊中給出飛機(jī)側(cè)風(fēng)飛行的要求和程序。

【關(guān)鍵詞】尾吊布局；民用飛機(jī)；進(jìn)氣道兼容性；側(cè)風(fēng)性能

0 發(fā)動機(jī)進(jìn)氣兼容性試驗(yàn)概述

發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣口在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中占有重要地位，而進(jìn)氣口非常容易受到其他條件的影響，如發(fā)動機(jī)的布局，機(jī)身機(jī)翼的干擾，發(fā)動機(jī)的操作情況、飛機(jī)的飛行工況等，常常會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的性能受到影響，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致發(fā)動機(jī)顫振或失速。在包含航空發(fā)動機(jī)的商用飛機(jī)中，進(jìn)氣口既屬于發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣部件，又屬于飛機(jī)氣動結(jié)構(gòu)的一部分，與發(fā)動機(jī)相關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣包容性適航條例在FAR33部中體現(xiàn)，與飛機(jī)相關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣包容性適航條例在FAR25部中體現(xiàn)。發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣包容性就是為了保證發(fā)動機(jī)在飛行包線內(nèi)滿足所有操作特性。

1 尾吊布局飛機(jī)需要進(jìn)行發(fā)動機(jī)裝機(jī)環(huán)境下側(cè)風(fēng)驗(yàn)證的必要性

對于發(fā)動機(jī)尾吊布局的民用飛機(jī)，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道距離機(jī)身很近，進(jìn)氣道前方靠近機(jī)翼翼根，在這種布局下，飛機(jī)飛行攻角或偏航角的變化造成進(jìn)氣道入口的流場畸變。此外，機(jī)翼擺動均會造成進(jìn)口流場的不均勻。另外進(jìn)氣道進(jìn)氣也會在強(qiáng)側(cè)風(fēng)下受周圍機(jī)身機(jī)翼的干擾影響。在飛機(jī)研制階段，尾吊布局飛機(jī)需要做更多側(cè)風(fēng)環(huán)境下的機(jī)上進(jìn)氣道兼容性試驗(yàn)。發(fā)動機(jī)安裝條件下的機(jī)上進(jìn)氣道兼容試驗(yàn)試飛是為了驗(yàn)證適航規(guī)章條款： &25.1091、&25.939（a）（c）、&25.1121（a），同時(shí)也涉及到飛機(jī)總體專業(yè)需要驗(yàn)證的適航條款：&25.143（a）（b）、&25.233（a）、&25.237。

2 進(jìn)氣道兼容性試驗(yàn)方法

2.1 進(jìn)氣道兼容性地面試驗(yàn)

2.1.1 單獨(dú)進(jìn)氣道/發(fā)動機(jī)兼容性試驗(yàn)

在發(fā)動機(jī)和飛機(jī)研制階段，發(fā)動機(jī)供應(yīng)商會進(jìn)行臺架模擬側(cè)風(fēng)的試驗(yàn)，驗(yàn)證單獨(dú)進(jìn)氣道/發(fā)動機(jī)的兼容性，試驗(yàn)中發(fā)動機(jī)供應(yīng)商采用風(fēng)扇陣列的試驗(yàn)設(shè)備來模擬側(cè)風(fēng)環(huán)境，分別測試進(jìn)氣道在各種迎角和側(cè)風(fēng)條件下進(jìn)氣道畸變情況和發(fā)動機(jī)工作性能及振動情況。

2.1.2 機(jī)上安裝環(huán)境下的進(jìn)氣道/發(fā)動機(jī)兼容性地面試驗(yàn)

發(fā)動機(jī)裝機(jī)后，飛機(jī)完成首飛，首先會進(jìn)入工程研發(fā)試驗(yàn)，對于尾吊布局的民用飛機(jī)，發(fā)動機(jī)裝機(jī)下的進(jìn)氣道兼容性試驗(yàn)便是其中一項(xiàng)，在自然風(fēng)條件下，擺放機(jī)身，使機(jī)身與來流保持在需求的側(cè)風(fēng)風(fēng)向和風(fēng)速下，測試發(fā)動機(jī)各個(gè)工作狀態(tài)下的響應(yīng)，監(jiān)測發(fā)動機(jī)喘振和振動情況。綜合試驗(yàn)結(jié)果制定出發(fā)動機(jī)在機(jī)上安裝環(huán)境下的地面工作側(cè)風(fēng)邊界。如圖1所示，在靜止起飛的側(cè)風(fēng)包線區(qū)域內(nèi)飛機(jī)可以在靜止?fàn)顟B(tài)下使發(fā)動機(jī)處于TOGA推力，松剎車正常起飛，在此側(cè)風(fēng)風(fēng)速和風(fēng)向范圍內(nèi)發(fā)動機(jī)運(yùn)行功率不受限制，采用滑跑起飛方式可以在更大側(cè)風(fēng)下起飛，在AC 25-7A中也有推薦。在圖中初步擬定的滑跑起飛區(qū)域內(nèi)，飛機(jī)在滑行到一定速度后雙發(fā)可推到TOGA完成起飛。

2.2 側(cè)風(fēng)起飛著陸進(jìn)氣道兼容試驗(yàn)

在完成發(fā)動機(jī)側(cè)風(fēng)機(jī)上地面試驗(yàn)后，確定出了發(fā)動機(jī)無功率限制的包線，也初步擬定了側(cè)風(fēng)滑跑起飛的側(cè)風(fēng)包線，這個(gè)包線需要試驗(yàn)來確定真實(shí)的側(cè)風(fēng)邊界。

側(cè)風(fēng)滑跑起飛試驗(yàn)內(nèi)容是在規(guī)定的側(cè)風(fēng)、尾風(fēng)范圍內(nèi)進(jìn)行起飛和著陸試驗(yàn)。為了驗(yàn)證飛機(jī)的側(cè)風(fēng)包線，側(cè)風(fēng)和尾風(fēng)風(fēng)速需要由小到大逐步來進(jìn)行試驗(yàn)。

AC25對側(cè)風(fēng)速度要求如下：“取自慣導(dǎo)系統(tǒng)（INS）、塔臺或地面活動記錄站的風(fēng)數(shù)據(jù)應(yīng)修正為10米高度處的90°側(cè)風(fēng)分量值”。氣象車在跑道旁實(shí)施采集氣象數(shù)據(jù)，申請方根據(jù)采集的瞬時(shí)風(fēng)速通過公式求出90°側(cè)風(fēng)風(fēng)量值，求解公式如下：

V瞬時(shí)=V*Sin（φ風(fēng)向-φ跑道）

上式中，V表示瞬時(shí)風(fēng)速，φ風(fēng)向表示瞬時(shí)風(fēng)向，φ跑道為起飛著陸時(shí)跑道的方向。在綜合統(tǒng)計(jì)所有試驗(yàn)點(diǎn)基礎(chǔ)上，考慮實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)速風(fēng)向變化，制定出發(fā)動機(jī)裝機(jī)后的地面風(fēng)速風(fēng)向的運(yùn)行包線。

3 裝機(jī)條件下發(fā)動機(jī)側(cè)風(fēng)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)

大側(cè)風(fēng)試飛轉(zhuǎn)場前需要進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)場工作，這些工作主要包括：機(jī)場調(diào)研、測試改裝、軟硬件構(gòu)型到位等。

在進(jìn)行大側(cè)風(fēng)試飛前，需要評估飛機(jī)在大側(cè)風(fēng)試飛的安全性，并暴露潛在的風(fēng)險(xiǎn)。嚴(yán)格意義上講，在上述所有前置試驗(yàn)準(zhǔn)備都完成的情況下，方可進(jìn)行大側(cè)風(fēng)試飛。

氣象準(zhǔn)確、及時(shí)的預(yù)報(bào)，對大側(cè)風(fēng)試飛的成敗有著至關(guān)重要的影響。成功對側(cè)風(fēng)的預(yù)報(bào)，能減少無效試飛架次，有針對性的充分利用氣象條件預(yù)報(bào)的側(cè)風(fēng)天氣執(zhí)行相關(guān)的試驗(yàn)點(diǎn)，從而大大提高試飛效率。氣象數(shù)據(jù)應(yīng)包括：風(fēng)速、風(fēng)向、大氣溫度、大氣適度、可吸入顆粒物等。

大側(cè)風(fēng)試飛屬于高風(fēng)險(xiǎn)科目，側(cè)風(fēng)起降尤其考驗(yàn)飛行員的駕駛技巧和心理素質(zhì)。因此，在大側(cè)風(fēng)試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備時(shí)，應(yīng)充分考慮所有可能影響安全的因素，針對潛在的風(fēng)險(xiǎn)制定詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案。具體的應(yīng)急預(yù)案應(yīng)該包括：飛機(jī)在滑行、起飛、著陸過程中失控條件下的應(yīng)急處置、飛機(jī)可能沖出跑道的特情處置、大風(fēng)條件下飛機(jī)無法著陸的備用機(jī)場選擇等。

4 發(fā)動機(jī)側(cè)風(fēng)機(jī)上地面和飛行試驗(yàn)的難點(diǎn)

大側(cè)風(fēng)試飛是民機(jī)特情試飛的重要試飛科目之一，大側(cè)風(fēng)試飛科目對試飛機(jī)場的風(fēng)速、風(fēng)向都有特殊要求。制約和影響大側(cè)風(fēng)試飛進(jìn)展的最主要因素是主要有如下幾個(gè)因素：

1）滿足試驗(yàn)要求的側(cè)風(fēng)條件難以遇到。對于側(cè)風(fēng)起降試驗(yàn)，需要風(fēng)向垂直于跑道，這樣的跑道在全國范圍內(nèi)很少有，同時(shí)具有大側(cè)風(fēng)天氣和垂直側(cè)風(fēng)的跑道的機(jī)場國內(nèi)罕有。大側(cè)風(fēng)試驗(yàn)需要持續(xù)而穩(wěn)定的大側(cè)風(fēng)，在試驗(yàn)場地的大風(fēng)天氣一年中只有有限的次數(shù)，大風(fēng)天的時(shí)間不確定，很容易錯(cuò)過，在試驗(yàn)時(shí)需要不斷提前預(yù)報(bào)風(fēng)速風(fēng)向來抓住每個(gè)可飛的試驗(yàn)天氣。另外由于試驗(yàn)的空域非常繁忙，在滿足試驗(yàn)條件的天氣下往往沒有空域進(jìn)行試驗(yàn)。

2）側(cè)風(fēng)起飛降落試驗(yàn)時(shí)很難把握風(fēng)速風(fēng)向。側(cè)風(fēng)起飛階段，飛機(jī)在地面等待風(fēng)向風(fēng)速滿足要求時(shí)開始滑跑，剛開始起飛時(shí)風(fēng)速較大，由于風(fēng)速風(fēng)向的實(shí)時(shí)變化，在起飛過程中風(fēng)速又減小了，風(fēng)速難以達(dá)到試驗(yàn)要求。側(cè)風(fēng)著陸階段會出現(xiàn)風(fēng)速較小不滿足試驗(yàn)要求，這時(shí)飛機(jī)須在空中盤旋等待風(fēng)速，當(dāng)?shù)孛鏆庀筌噲?bào)的實(shí)時(shí)風(fēng)速較大時(shí)，飛機(jī)開始著陸，這需要一段時(shí)間，等到著陸過程中風(fēng)速又變小了，不能滿足試驗(yàn)要求，需要飛機(jī)落地后再次起飛重復(fù)這樣的著陸，直到在著陸中正好遇到持續(xù)的大側(cè)風(fēng)，導(dǎo)致試驗(yàn)點(diǎn)很難捕捉到滿足試驗(yàn)要求的風(fēng)速，增加了試驗(yàn)的重復(fù)量。同樣由于風(fēng)速風(fēng)向的實(shí)時(shí)變化，在側(cè)風(fēng)地面試驗(yàn)中，發(fā)動機(jī)在各個(gè)功率狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，無法遇到持續(xù)穩(wěn)定的滿足試驗(yàn)要求的風(fēng)速。

3）惡劣揚(yáng)沙天氣的飛行限制。試驗(yàn)場地屬于沙漠戈壁，大風(fēng)天往往伴隨揚(yáng)沙，在遇到需要的強(qiáng)側(cè)風(fēng)天氣時(shí)，沙塵也隨之而來，造成能見度很低，飛機(jī)無法進(jìn)行飛行試驗(yàn)。另一方面，揚(yáng)沙天氣會對飛機(jī)發(fā)動機(jī)上安裝的測試設(shè)備造成損傷，導(dǎo)致試驗(yàn)的進(jìn)氣道壓力測量傳感器損壞。

5 結(jié)論

尾吊布局民機(jī)發(fā)動機(jī)大側(cè)風(fēng)試驗(yàn)是驗(yàn)證機(jī)上安裝環(huán)境下的進(jìn)氣道和發(fā)動機(jī)兼容性的試驗(yàn)，是動力裝置專業(yè)的CCAR25部取證試驗(yàn)，是民機(jī)特情試飛的重要試飛科目之一，試驗(yàn)對氣象要求高，難度大，本文總結(jié)的試驗(yàn)和試飛經(jīng)驗(yàn)可對后續(xù)的動力裝置試飛和適航取證起到參考。

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[責(zé)任編輯：湯靜]