民用飛機動力裝置系統(tǒng)負加速試飛分析研究

趙強　顏顏　馬向東　周宇穗　常紅

【摘 要】為確保飛機已設計成為飛行中突遇風切變等惡劣天氣影響仍能夠正常工作，不會出現故障對飛行安全產生影響，各國民用飛機適航規(guī)章中均對動力裝置系統(tǒng)的負加速性能進行了規(guī)定，要求以試飛的形式進行表明條款符合性的驗證工作。本文對我國首次進行的某型民用飛機動力裝置系統(tǒng)負加速度飛行試驗和試驗數據進行分析，飛機按要求連續(xù)3次進入負加速狀態(tài)，飛機和發(fā)動機工作正常，未出現任何故障，試驗成功，表明拋物線試飛方法準確可靠，該型民用飛機動力裝置系統(tǒng)符合適航規(guī)章要求。

【關鍵詞】動力裝置；負加速度；試飛；滑油系統(tǒng)；低壓

Civil Aircraft Powerplant System Negative Acceleration Flight Test Analysis Study

ZHAO Qiang YAN Yan MA Xiang-dong ZHOU Yu-sui CHANG Hong

（Shanghai Aircraft Design and Research Institution，Shanghai 201210，China）

【Abstract】In order to ensure the civil aircraft has been designed to operate normally when the aircraft encounter bad weather in flight task，such as wind shear，and no failures emerge to impact on flight safety，the regulations for civil aircraft of all nations regulate requirements on negative acceleration performance of civil aircraft powerplant system.It requires that the civil aircraft powerplant system to be certificated through flight test. This paper analyzes the civil aircraft powerplant system negative acceleration flight test method and test measured parameters.The aircraft entered into negative acceleration condition for 3 successive times according to requirements during flight test.The aircraft and engines operate normally without any failure.The flight test indicated that the parabola flight method for negative acceleration is successful and the civil aircraft powerplant system can comply with the airworthiness requirement.

【Key words】Powerplant；Negative acceleration；Flight test；Oil system；Low pressure

2013年2月，國內某航空公司航班在執(zhí)行杭州至西安飛行任務中，受強氣流影響進入負加速狀態(tài)，飛機客艙內未固定物體在失重作用下產生漂浮，甚至沖撞行李艙下壁板。飛機改出負加速狀態(tài)后，迅速恢復正常，未出現故障，因此未造成任何飛行事故。飛機的負加速狀態(tài)將導致動力裝置系統(tǒng)在短時間內處于極端惡劣的工作狀態(tài)，可能出現危險故障，因此各國的民用飛機適航規(guī)章中均對動力裝置系統(tǒng)的負加速性能進行了規(guī)定，要求交付運營前必須對飛機動力裝置系統(tǒng)進行負加速度試飛試驗，作為民用飛機的1類高風險試飛科目[1]此次試驗在我國首次進行，本文使用此次試飛的數據，對民用飛機負加速試飛方法進行總結，對試飛結果進行分析，對我國民用飛機動力裝置的負加速試飛工作具有一定的借鑒意義。

1 負加速度試飛描述

負加速狀態(tài)為飛機在飛行過程中突然受到風切變等惡劣天氣影響，無法將升力保持與重力平衡，飛機急速下降，處于短暫的失重狀態(tài)。當飛機進入負加速狀態(tài)時，飛機燃油和動力裝置系統(tǒng)中的燃油和滑油液體處于懸浮狀態(tài)，可能導致發(fā)動機的燃油和滑油的供油中斷，引起發(fā)動機掉轉速、熄火、甚至空中停車等故障。動力裝置系統(tǒng)負加速度試飛用于驗證飛機是否已設計成為能夠保證負加速狀態(tài)下發(fā)動機正常運行，不會發(fā)生熄火、停車等故障，滿足CCAR25中§25.943條款的要求[2]，確保飛機在運營過程中突遇的負加速狀態(tài)不會影響飛行安全。

2 試飛前試驗基礎和準備工作

2.1 發(fā)動機試驗

負加速試飛過程中發(fā)動機滑油系統(tǒng)處于供油不充分的惡劣狀態(tài)，為保證試飛過程中發(fā)動機的安全可靠，發(fā)動機安裝飛機前必須完成滑油供油中斷臺架試驗，驗證發(fā)動機已設計成為當滑油系統(tǒng)出現供油中斷時，在規(guī)定的時間內不會出現掉轉速、熄火、喘振等故障。發(fā)動機供油中斷時間為試驗的關鍵考核因素，定義為飛機單次負加速動作最大時間要求外加20%時間裕度。負加速試飛中，發(fā)動機可能出現熄火等故障，存在空中停車隱患，試飛前飛機應完成發(fā)動機空中起動試驗，以確保發(fā)動機具備良好的空中起動性能。

2.2 試飛準備

動力裝置負加速試飛為高風險、高難度科目，為保證試飛安全和試驗結果有效，必須在試驗前嚴格執(zhí)行如下的準備工作。endprint

1）試飛員熟知空中起動程序和應急處理程序，飛行期間飛機輔助動力裝置處于工作狀態(tài)；

2）要求試驗發(fā)動機的滑油箱油量最小，試驗前需執(zhí)行滑油放油程序，非試驗發(fā)動機滑油箱油量保持正常；

3）正式負加速度動作前，飛機燃油箱內燃油油量應消耗至半油箱液面位置；

4）為保證負加速過載值的準確測量，負加速傳感器必須安裝于飛機重心位置；

5）機艙內無多余物，機載設備有效固定。

3 試飛方法

根據按照咨詢通告AC25-7B[2]中的要求，動力裝置系統(tǒng)負加速試飛中，處于0～-1.0g之間的單次動作時間不少于7s，累計負加速度時間不少于20s。裝配渦輪風扇發(fā)動機的民用飛機可使用如下圖1所示的拋物線飛行法，連續(xù)3次進行單次動作不少于7s的負加速動作，正式動作前允許進行訓練動作。每次動作可分解為如下圖2所示的平飛、爬升、俯沖和恢復平飛4個步驟，其中爬升步驟中油門桿應推至最大推力，飛機俯仰角保持于+18°左右。飛機開始俯沖時，負加速狀態(tài)出現，保持油門桿至最大推力，直至負加速保持超過7s，收油門桿至巡航慢車[3]。

4 試飛結果和分析

4.1 試飛有效性

飛機正式地連續(xù)3次進入的負加速度狀態(tài)的記錄如圖3所示，每次負加速時間均大于7s，累計負加速度時間不少于20s的要求。

4.2 飛機性能分析

負加速試飛中，飛機俯仰角、空速、高度的變化趨勢一致，曲線如圖4所示。飛行員慢推油門桿，同時拉操縱桿使飛機爬升，俯仰角持續(xù)增大，高度上升。即將開始負加速動作，保持油門桿最大，飛行員推操縱桿，飛機俯仰角轉捩，飛機由爬升改為俯沖，進入負加速狀態(tài)（加速度值突降至0g以下）。負加速度狀態(tài)保持超過7s后，俯仰角達到低頭最大值，飛行員拉桿改出俯沖，終止負加速度動作，建立抬頭俯仰角。由于慣性作用，飛機高度繼續(xù)下降，速度繼續(xù)增加，直至飛機姿態(tài)改平。3次動作中，飛機參數正常，能夠迅速有效地響應飛行員的操作。

4.3 發(fā)動機性能分析

負加速試飛中，發(fā)動機風扇轉速N1，核心機轉速N2和排氣溫度EGT的變化趨勢相同，曲線如圖5所示。進入負加速動作前，發(fā)動機響應油門桿指令，N1、N2轉速和EGT溫度持續(xù)增大至最大連續(xù)推力。飛機進入負加速，發(fā)動機保持大推力狀態(tài)。負加速度狀態(tài)改出后，飛行員收油門桿，N1和N2轉速回復慢車狀態(tài)，EGT溫度回落。3次動作中，發(fā)動機及時響應油門桿指令，發(fā)動機工作連續(xù)穩(wěn)定，性能參數均未超限。

4.4 發(fā)動機燃/滑系統(tǒng)性能分析

負加速試飛中，發(fā)動機燃油和滑油系統(tǒng)的參數變化如圖7所示，燃油流量、滑油溫度、滑油量變化正常，發(fā)動機滑油壓力受負過載作用出現突降情況，3次均降低至限制值25psid以下，飛機駕駛艙彈出如圖7所示的發(fā)動機滑油低壓告警。試驗發(fā)動機的運行手冊中規(guī)定負加速度飛行時允許發(fā)動機滑油壓力低于限制值，因此該告警可被試驗接受。

飛機進入負加速狀態(tài)時，滑油壓力降低至限制值以下，但發(fā)動機仍正常工作，無熄火和掉轉速問題出現。飛機改出負加速度后，滑油壓力迅速恢復至正常值，發(fā)動機工作狀態(tài)良好。

5 結論

我國首次進行的某型民用飛機動力裝置系統(tǒng)的負加速試飛數據分析結果表明，負加速度拋物線試飛方法是可靠和準確的。飛機連續(xù)三次進入負加速狀態(tài)，滿足咨詢通告中的規(guī)定的時間和次數要求。飛機、發(fā)動機以及發(fā)動機燃油、滑油系統(tǒng)的參數符合負加速飛行的特征，發(fā)動機工作正常，未出現任何故障，試驗成功，為后續(xù)民機試飛工作提供了借鑒。

【參考文獻】

[1]運輸類飛機飛行試驗技術手冊[S].航空工業(yè)部民機局，1988.

[2]CCAR25，中國民用航空規(guī)章第25部——運輸類飛機適航標準[S].中國民用航空總局，2011.

[3]Ali Bahrami.AC25-7B Flight Test Guide for Certification of Transport Category Airplanes[S].FAA.2011.3.29.

[4]呂美茜，魏錦州，劉宏亮.民用飛機燃油系統(tǒng)負加速試飛技術研究[J].民用飛機設計與研究，2012.

[5]陳戰(zhàn)斌，呂美茜，魏錦州.某民機燃油系統(tǒng)負加速度供油性能試驗分析[J].科學技術與工程，2011，11（35）.

[責任編輯：田吉捷]endprint