負(fù)加速度飛行載荷下APU滑油系統(tǒng)功能試驗(yàn)驗(yàn)證與研究

李博

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210）

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負(fù)加速度飛行載荷下APU滑油系統(tǒng)功能試驗(yàn)驗(yàn)證與研究

李博

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210）

摘要：對民用飛機(jī)輔助動力裝置（APU）在負(fù)加速度飛行條件下的滑油系統(tǒng)功能的試驗(yàn)驗(yàn)證方法進(jìn)行了總結(jié)與研究。同時，通過對典型的APU負(fù)加速度飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，對典型的APU滑油系統(tǒng)在負(fù)加速度載荷下的工作特性進(jìn)行了總結(jié)，為民用飛機(jī)APU滑油系統(tǒng)的驗(yàn)證提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：輔助動力裝置；滑油系統(tǒng)；負(fù)加速度

中國民用航空規(guī)章第25部《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》[1]對民用飛機(jī)輔助動力裝置（APU）滑油系統(tǒng)的負(fù)加速度載荷環(huán)境提出了具體的要求。根據(jù)CCAR 25.943條款的規(guī)定：“當(dāng)飛機(jī)在第25.333條規(guī)定的飛行包線內(nèi)作負(fù)加速度時，發(fā)動機(jī)、經(jīng)批準(zhǔn)在飛行中使用的輔助動力裝置，或者與動力裝置或輔助動力裝置有關(guān)的任何部件或系統(tǒng)不得出現(xiàn)危險的故障。必須按預(yù)計(jì)的負(fù)加速度最長持續(xù)時間表明滿足上述要求”。為使APU滑油系統(tǒng)滿足條款要求，系統(tǒng)研制過程中通常采用設(shè)計(jì)說明、設(shè)備合格鑒定或飛行試驗(yàn)等符合性驗(yàn)證方法。

本文對APU滑油系統(tǒng)的負(fù)加速度飛行試驗(yàn)驗(yàn)證方法進(jìn)行了闡述，并總結(jié)了典型的負(fù)加速度載荷條件下的APU滑油系統(tǒng)工作特性。

1　試驗(yàn)驗(yàn)證方法

1.1適航條款關(guān)鍵點(diǎn)闡述

通過對CCAR25.943條款的理解及參考相關(guān)咨詢通告的建議，總結(jié)出以下幾點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）飛機(jī)在CCAR25.933規(guī)定的飛行包線范圍內(nèi)作負(fù)加速度機(jī)動飛行時，不得產(chǎn)生危險的故障。負(fù)加速度值在0.0到-1.0g（g為重力加速度）之間。對于APU系統(tǒng)，“危險的故障”指附件或系統(tǒng)工作不正常，如熄火、供油中斷、超溫故障等。

（2）考慮各種臨界試驗(yàn)條件進(jìn)行飛行試驗(yàn)，表明系統(tǒng)滿足在負(fù)加速度下的工作要求。對于APU系統(tǒng)（燃油系統(tǒng)的考核不在本文闡述），臨界條件主要指滑油系統(tǒng)采用最小滑油量。

（3）負(fù)加速度試驗(yàn)時，通常每次在0.0到-1.0g之間的負(fù)加速度持續(xù)時間最少7 s，在負(fù)加速度狀態(tài)下總的累計(jì)時間至少20 s.

（4）單次負(fù)加速度持續(xù)時間需根據(jù)APU自身的系統(tǒng)特性確定[2]。本文涉及試驗(yàn)的APU的單次負(fù)加速度持續(xù)時間最長為10 s.

1.2飛行試驗(yàn)方法

APU系統(tǒng)負(fù)加速度飛行試驗(yàn)通常結(jié)合飛機(jī)燃油系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等重要系統(tǒng)共同開展[3，4]。典型的飛行試驗(yàn)方法如下：

（1）在進(jìn)行負(fù)加速度試驗(yàn)前，調(diào)整APU系統(tǒng)構(gòu)型至試驗(yàn)構(gòu)型，如滑油量調(diào)整至臨界狀態(tài)。

（2）飛機(jī)及APU系統(tǒng)的測試改裝，比較關(guān)鍵的是加速度測量點(diǎn)應(yīng)盡可能接近飛機(jī)重心位置。

（3）在APU工作在正常負(fù)載狀態(tài)下，飛機(jī)在飛行包線內(nèi)以臨界的負(fù)加速度飛行。每個試驗(yàn)狀態(tài)在0.0 到-1.0g之間的持續(xù)時間最少7 s，負(fù)加速度狀態(tài)下總的累計(jì)時間為20 s.飛機(jī)一般采用拋物線飛行法，即飛機(jī)先進(jìn)入小角度俯沖，緊接著拉起，然后再推桿以產(chǎn)生負(fù)過載。

（4）試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析，數(shù)據(jù)分析涵蓋APU系統(tǒng)的主要狀態(tài)參數(shù)。

（5）APU滑油系統(tǒng)檢查，一般進(jìn)行滑油系統(tǒng)內(nèi)的金屬屑檢查。

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

按上述試驗(yàn)方法對某型APU進(jìn)行了負(fù)加速度飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，飛行參數(shù)與APU系統(tǒng)參數(shù)結(jié)果如圖1所示。試飛過程中飛機(jī)連續(xù)進(jìn)行3次負(fù)加速度飛行，負(fù)加速度過載在0~-1g之間，3次負(fù)加速度動作持續(xù)時間在7~10 s范圍。APU在負(fù)加速度飛行期間，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，排氣溫度穩(wěn)定，滑油壓力急劇下降，同時滑油溫度有所降低。負(fù)加速度飛行動作結(jié)束后，滑油壓力與滑油溫度迅速恢復(fù)至正常值。

負(fù)加速度飛行期間，APU滑油壓力與溫度的降低屬于正?，F(xiàn)象，主要原因是：在負(fù)加速度條件下，APU滑油箱內(nèi)的滑油處于失重漂浮狀態(tài)，從而導(dǎo)致滑油離開油箱底部的滑油泵的吸油口，使得滑油泵不能有效地吸入滑油，導(dǎo)致供油量和供油壓力的降低。

APU的故障指示系統(tǒng)具有監(jiān)控與指示APU狀態(tài)參數(shù)的功能。當(dāng)APU滑油壓力急劇下降到正?？山邮艹潭纫韵聲r，滑油壓力傳感器將觸發(fā)低滑油壓力的告警開關(guān)量信號，告警信號經(jīng)APU控制器傳輸給飛機(jī)航電指示系統(tǒng)，進(jìn)而向機(jī)組成員提供故障告警與指示（如圖1所示）。

圖1　APU負(fù)加速度飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2滑油系統(tǒng)檢查

負(fù)加速度飛行試驗(yàn)結(jié)束后，需進(jìn)行滑油系統(tǒng)內(nèi)的金屬屑檢查，以判定APU轉(zhuǎn)子組件在低滑油狀態(tài)下的無異常磨損。

通過APU滑油箱底部的磁性檢測器進(jìn)行金屬屑檢查。拆下磁性檢測器接頭，檢查是否有金屬屑吸附。金屬屑檢查原則如圖2所示。如果檢測器接頭上有少量的金屬屑并且尺寸小于臨界值是可以允許的；如果金屬屑大于臨界值或有大量的金屬屑，須進(jìn)行仔細(xì)的APU檢測以確定問題原因[5]。

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析與滑油系統(tǒng)檢查，確定除APU滑油參數(shù)變化外無其它異常狀態(tài)，表明了APU滑油系統(tǒng)能夠在負(fù)加速度飛行載荷下正常運(yùn)行，符合適航條款的要求（如圖2所示）。

圖2　APU滑油系統(tǒng)金屬屑檢查原則

3　結(jié)束語

本文總結(jié)了民用飛機(jī)APU在負(fù)加速度飛行條件下的滑油系統(tǒng)功能的試驗(yàn)驗(yàn)證方法。同時，結(jié)合具體的APU負(fù)加速度飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了典型的APU滑油系統(tǒng)在負(fù)加速度載荷下的工作特性，為民用飛機(jī)APU滑油系統(tǒng)的驗(yàn)證提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]CCAR25，運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]TSO-C77，GAS TURBINEAUXILIARY POWER UNITS[S].

[3]陳戰(zhàn)斌，呂美茜，魏錦洲.某民機(jī)燃油系統(tǒng)負(fù)加速度供油性能試驗(yàn)分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11（35）：8820-8823.

[4]《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊》總編委會．動力裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．北京：航空工業(yè)出版社，2006．

[5]HB/Z312-98，飛機(jī)燃?xì)鉁u輪輔助動力裝置安裝設(shè)計(jì)指南[S]．

中圖分類號:V231.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0033-02

收稿日期：2016-01-27

作者簡介：李博（1982-），男，遼寧北票人，工程師，碩士，從事民用飛機(jī)動力燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成。

Experiment Study of APU Lubrication System Functionunder the Negative Acceleration

LI Bo
（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China）

Abstract:A typical function verificationmethod for APUlubrication system operatingunder the negative acceleration is introduced in this paper.Through the typical APU negative acceleration flight test data analysis，this paper summarizes the general APU lubrication system operating characteristics.This paper provided a foundation of APU system design and integration.

Key words:APU；lubrication system；negative acceleration