吞鳥對某渦軸發(fā)動機結(jié)構(gòu)影響分析

弓可

摘 要：為研究吞鳥對某渦軸發(fā)動機結(jié)構(gòu)方面的影響，對某渦軸發(fā)動機進行了吞鳥試驗。試驗中，用氣體炮將鳥射入發(fā)動機進氣道，發(fā)動機未熄火、停車，功率能在規(guī)定時間內(nèi)恢復。試驗后對發(fā)動機進行檢查，結(jié)果表明吞鳥對發(fā)動機結(jié)構(gòu)方面的影響主要集中在壓氣機部件，主要表現(xiàn)為葉片的擊傷，并未發(fā)生嚴重的結(jié)構(gòu)損壞，試驗為該發(fā)動機的抗鳥撞能力提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：吞鳥試驗;渦軸發(fā)動機;結(jié)構(gòu);影響

中圖分類號：V263.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0089-02

自飛機誕生以來，鳥撞就一直威脅著飛機的安全，隨著飛機數(shù)量及飛行次數(shù)的急速增長，鳥撞事故發(fā)生的也越來越多[1]。相比撞擊飛機其它部位而言，發(fā)動機遇到的鳥撞達到飛機遇到總鳥撞次數(shù)的60%以上[2]。鳥進入發(fā)動機后，輕則會對導致轉(zhuǎn)靜子葉片變形，發(fā)動機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，重則會使葉片折斷，導致發(fā)動機空中熄火。

為掌握某渦軸發(fā)動機是否具有吞鳥能力，對該渦軸發(fā)動機進行了吞鳥試驗，本文對吞鳥試驗后結(jié)構(gòu)方面受到的影響進行分析。

1 試驗對象

本次的試驗對象為某渦軸發(fā)動機，該發(fā)動機是軸向進氣、單轉(zhuǎn)子燃氣發(fā)生器、自由渦輪式渦軸發(fā)動機，動力渦輪軸同心前輸出軸功率。發(fā)動機前部裝有粒子分離器，進氣氣流通過大曲率分叉流道和渦流機匣的預旋葉片產(chǎn)生徑向和周向偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生離心力。沙石、灰塵及其他外物在離心力、與壁面碰撞反彈的作用下進入主機匣外環(huán)清除流道，隨氣流通過清除葉片偏轉(zhuǎn)約90°沿切向進入渦殼，最后通過鼓風機排出機外。而清潔氣流則經(jīng)內(nèi)圈流路，并在反旋葉片消除旋流后進入壓氣機流道，其粒子分離器部分的工作原理如圖1所示。

2 試驗內(nèi)容

2.1 試驗設(shè)備

該發(fā)動機軸功率為前輸出形式，軸重心前方需要連接測功器，因此，發(fā)射鳥的炮筒需要避開測功器，與發(fā)動機呈一定角度進行發(fā)射。

2.2 試驗過程

起動發(fā)動機后在地面慢車和空中慢車狀態(tài)各停留3min，然后上推中間功率狀態(tài)，穩(wěn)定工作3min，按壓投射開關(guān)，炮筒在1s內(nèi)以160km/h的速度向發(fā)動機進口投射2只重量分別為63.5g、94.7g的鳥，發(fā)動機穩(wěn)定運行5min后下拉狀態(tài)停車。

3 吞鳥試驗對結(jié)構(gòu)方面的影響分析

3.1 粒子分離器

從發(fā)動機吞鳥試驗后的檢查發(fā)現(xiàn)，粒子分離器主流道反旋葉片多處卡有鳥的殘骸，其中1號鳥殘骸卡在渦流機匣進口渦形葉片處，堵塞約1.5個通道，見圖2，鼓風機內(nèi)及其出口均有很多被分離出的鳥的碎屑，渦殼內(nèi)也有較多鳥的羽毛和碎屑。

分析認為，由于該發(fā)動機采用了整體式預旋粒子分離器設(shè)計，即將前段進氣組件與粒子分離器整合設(shè)計，可將鳥盡可能分離、排出發(fā)動機體外，由此可避免來流中鳥直接進入發(fā)動機主流道。經(jīng)過計算，采用該粒子分離器設(shè)計后，鳥撞入發(fā)動機后，由于預旋葉片、反旋葉片和分流唇口的阻擋，大部分鳥的殘骸可被排出發(fā)動機體外，少部分鳥的殘骸可能卡在分流唇口處，其撞碎后的才還可能進入發(fā)動機主流道的概率約為6%。

3.2 壓氣機部件

壓氣機部件是鳥進入發(fā)動機主流道后影響最大的部件，不僅會造成軸流轉(zhuǎn)子葉片的損傷，還會影響轉(zhuǎn)靜子間隙，導致轉(zhuǎn)靜子刮磨，威脅發(fā)動機安全。

從對某發(fā)動機吞鳥試驗后壓氣機部件的檢查結(jié)果來看，零級導葉阻擋了部分鳥進入一級轉(zhuǎn)子葉片，如圖3所示，多片零級導葉葉片均有不同程度鳥的殘骸附著，未發(fā)現(xiàn)有明顯損傷。

壓氣機第一級葉片盤進氣邊有5處擊傷變形，其中兩片彎曲嚴重，彎曲長度最大的占葉片總長度的約3/4，如圖4所示。一片有點狀擊傷，擊傷面積約0.5mm×0.5mm。第五級葉片盤上涂層整圈刮磨，刮磨深度約0.1mm，葉輪外罩出口涂層刮磨，寬約10mm，流道中間有一處長約20mm的線狀刮磨。壓氣機機匣一、二級涂層輕微刮磨，無明顯手感。

3.3 燃燒室部件

從燃燒室部件的檢查結(jié)果來看，吞鳥對燃燒室的影響主要表現(xiàn)為燃燒后的殘渣附著在流道表面，在燃油噴嘴、渦流器等處附著較多，如圖5所示。

3.4 渦輪部件

吞鳥后，渦輪部件僅燃氣渦輪二級轉(zhuǎn)子葉片葉尖部位與外環(huán)之間產(chǎn)生了輕微刮磨，未見鳥的殘渣等，其余結(jié)構(gòu)也未見異常，如圖6所示。

4 結(jié)語

發(fā)動機吞鳥后，發(fā)動機未出現(xiàn)熄火、停車的現(xiàn)象，功率也能在規(guī)定時間內(nèi)恢復。通過對吞鳥試驗后對發(fā)動機結(jié)構(gòu)方面的檢查結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：

（1）通過設(shè)計整體式預旋粒子分離器，可將軸向進氣中的大部分鳥的殘骸分離、排出發(fā)動機外，提高發(fā)動機的抗鳥撞能力。

（2）吞鳥對該發(fā)動機的結(jié)構(gòu)損傷主要集中在壓氣機部件，尤其是一級轉(zhuǎn)子葉片上，表現(xiàn)形式為葉片的擊傷變形。葉片并不會發(fā)生掉塊、斷裂等可能引起發(fā)動機失效的嚴重毀壞。

（3）壓氣機部件與渦輪部件轉(zhuǎn)靜子之間的刮磨并未產(chǎn)生掉塊且未傷及基體，不會影響發(fā)動機運行安全。

（4）發(fā)動機經(jīng)過燃燒室、渦輪等高溫部件后，燃燒殘渣會附著在流道壁面及部分孔處，會對發(fā)動機性能產(chǎn)生一定影響，不會危及結(jié)構(gòu)安全。

參考文獻

[1] 李榮懷.鳥撞事故及預防[J].外國空軍訓練，2001，（5）：44-45.

[2] 劉振江，成新元.加強機場防范鳥撞事故[J].國防科技，2015，36（3）：64-67.