民用飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架側(cè)風(fēng)試驗(yàn)

王虎成

【摘 要】本文結(jié)合民用飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)適航條款，簡(jiǎn)要介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架側(cè)風(fēng)試驗(yàn)的基本方法，其中包括適用的33部條款，測(cè)試改裝，側(cè)風(fēng)發(fā)生器，可變風(fēng)扇外涵噴管，基本試驗(yàn)步驟以及主要測(cè)試支持硬件。

【關(guān)鍵詞】噴氣發(fā)動(dòng)機(jī);地面臺(tái)架;側(cè)風(fēng)試驗(yàn)

中圖分類號(hào)： V235 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）24-0061-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.029

【Abstract】This article was based on the civil aircraft jet engine airworthiness regulations， briefly discussed about the jet engine cross wind testing method on engine test stand， which including the test related Part 33 regulations， instrumentation， cross wind generator， Variable Fan Nozzle，general test process and the major test supporting hardware.

【Key words】Jet Engine; Engine Test Stand; Cross Wind Test

0 引言

當(dāng)噴氣式飛機(jī)在地面起飛階段或者空中進(jìn)近著陸階段時(shí)，較強(qiáng)的側(cè)風(fēng)不僅會(huì)對(duì)飛機(jī)本身的操控品質(zhì)帶來(lái)顯著影響，而且會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)喘振甚至熄火。因此，無(wú)論是針對(duì)民用運(yùn)輸類飛機(jī)的25部適航規(guī)章，還是在專門針對(duì)飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的33部適航規(guī)章，均有對(duì)側(cè)風(fēng)運(yùn)行條件的相關(guān)規(guī)定。作為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商，應(yīng)對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行側(cè)風(fēng)地面試驗(yàn)，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)風(fēng)運(yùn)行特性，并建立起發(fā)動(dòng)機(jī)地面運(yùn)行包線。側(cè)風(fēng)地面試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果，將是飛機(jī)主制造商在進(jìn)行飛機(jī)大側(cè)風(fēng)試驗(yàn)試飛時(shí)的重要依據(jù)。

1 側(cè)風(fēng)試驗(yàn)

1.1 適航條款

發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架側(cè)風(fēng)試驗(yàn)涉及的適航條款主要分為兩個(gè)方面：第一，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片，風(fēng)扇盤以及風(fēng)扇出口導(dǎo)向葉片在側(cè)風(fēng)條件下的應(yīng)力及振動(dòng)特征，相應(yīng)的FAA適航條款主要是FAR 33.83（a），33.83（b），33.83（c）和33.83（d）[1]，F(xiàn)AR 33.83是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的條款;第二，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片在側(cè)風(fēng)條件下的工作特性，相關(guān)條款主要是FAR 33.65[2]，F(xiàn)AR 33.65是關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)喘振與失速的條款。

1.2 測(cè)試改裝

在發(fā)動(dòng)機(jī)上針對(duì)側(cè)風(fēng)試驗(yàn)而加裝的測(cè)試傳感器主要為高靈敏度的應(yīng)變計(jì)和壓力傳感器。其中，應(yīng)變計(jì)主要安裝在風(fēng)扇葉片，風(fēng)扇盤和風(fēng)扇出口導(dǎo)向葉片上，具體到每個(gè)部件的安裝位置和應(yīng)變片數(shù)量，需要結(jié)合部件結(jié)構(gòu)、理論計(jì)算結(jié)果、測(cè)試通道等綜合考慮。壓力傳感器用于測(cè)量通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵截面上的氣流參數(shù)，例如進(jìn)氣道，風(fēng)扇導(dǎo)向葉片出口，高壓壓氣機(jī)出口，低壓渦輪出口等。

1.3 側(cè)風(fēng)發(fā)生器

側(cè)風(fēng)發(fā)生器是發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架側(cè)風(fēng)試驗(yàn)的重要設(shè)備之一。側(cè)風(fēng)發(fā)生器可以產(chǎn)生速度均勻，方向穩(wěn)定，可維持較長(zhǎng)時(shí)間的人工側(cè)風(fēng)氣流。側(cè)風(fēng)氣流的風(fēng)速和風(fēng)向能夠根據(jù)試驗(yàn)需要靈活設(shè)置，以滿足被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的全包線操作需求。側(cè)風(fēng)發(fā)生器的底座上可以安裝滑軌或者輪子，以便調(diào)整側(cè)風(fēng)角度。

1.4 可變風(fēng)扇外涵噴管

可變風(fēng)扇外涵噴管也是側(cè)風(fēng)試驗(yàn)的重要設(shè)備，它主要由安裝在外涵噴管處的調(diào)節(jié)片，調(diào)節(jié)片伺服機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成。通過(guò)改變調(diào)節(jié)片的收斂或者擴(kuò)張角度，可以改變風(fēng)扇外涵出口面積大小，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)風(fēng)扇出口壓力。因此，通過(guò)一系列的角度調(diào)節(jié)，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在風(fēng)扇的整個(gè)工作特性曲線上，直至逼近風(fēng)扇失速狀態(tài)。

1.5 基本試驗(yàn)步驟

地面?zhèn)蕊L(fēng)試驗(yàn)一般按照如下基本順序進(jìn)行：

a）發(fā)動(dòng)機(jī)制造符合性檢查，試驗(yàn)臺(tái)架符合性檢查，以確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際構(gòu)型符合設(shè)計(jì)圖紙要求，試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)置符合試驗(yàn)大綱要求。

b）發(fā)動(dòng)機(jī)推力校驗(yàn)測(cè)試，這也是大部分地面臺(tái)架測(cè)試項(xiàng)目開始前及結(jié)束后的必要步驟，這是為了確保同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的測(cè)試臺(tái)架上，或者在經(jīng)歷了不同的測(cè)試項(xiàng)目之后，仍然能夠保持同等的推力指標(biāo)，保證了整個(gè)測(cè)試項(xiàng)目中所獲數(shù)據(jù)的一致性。

c）可變風(fēng)扇外涵噴管校驗(yàn)，以建立調(diào)節(jié)片角度與風(fēng)扇工作狀態(tài)之間準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

d）非側(cè)風(fēng)條件下的測(cè)試試驗(yàn)點(diǎn)。

e）側(cè)風(fēng)條件下的測(cè)試試驗(yàn)點(diǎn)，且風(fēng)速由低到高，風(fēng)向一般從90°側(cè)風(fēng)開始。在實(shí)際操作中試驗(yàn)人員應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，當(dāng)確認(rèn)當(dāng)前側(cè)風(fēng)狀態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果可以接受時(shí)，再確定是否進(jìn)行下一個(gè)試驗(yàn)風(fēng)速或試驗(yàn)風(fēng)向。

2 測(cè)試支持硬件

在發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架側(cè)風(fēng)試驗(yàn)中，除了應(yīng)用到側(cè)風(fēng)發(fā)生器，可變風(fēng)扇外涵噴管等關(guān)鍵測(cè)試設(shè)備外，還有一些測(cè)試支持硬件也必不可少，這里僅舉兩例予以說(shuō)明。

風(fēng)扇機(jī)匣加強(qiáng)環(huán)：當(dāng)風(fēng)扇在接近失速的狀態(tài)下工作時(shí)，風(fēng)扇和風(fēng)扇機(jī)匣均會(huì)承受較大載荷，此時(shí)風(fēng)扇機(jī)匣的形變量會(huì)加大，進(jìn)而影響風(fēng)扇葉片與機(jī)匣之間的間隙。因此，在進(jìn)行較為臨界的試驗(yàn)點(diǎn)時(shí)，可以在機(jī)匣外圍加裝風(fēng)扇機(jī)匣加強(qiáng)環(huán)，提高機(jī)匣強(qiáng)度，減小形變量。機(jī)匣加強(qiáng)環(huán)不得與發(fā)動(dòng)機(jī)原有管路或零部件產(chǎn)生位置沖突，因此在設(shè)計(jì)該加強(qiáng)環(huán)時(shí)需要綜合考慮。

地面升降平臺(tái)：為了盡可能地反映發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)地面運(yùn)行時(shí)的側(cè)風(fēng)環(huán)境，臺(tái)架上發(fā)動(dòng)機(jī)的最低點(diǎn)位置與地面的距離應(yīng)該和實(shí)際安裝在飛機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)與地面間距相同。然而實(shí)際上大部分地面測(cè)試臺(tái)架在設(shè)計(jì)時(shí)為了滿足多型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)和不同測(cè)試項(xiàng)目的需要，其掛架與地面間距要明顯高于飛機(jī)上的掛架高度。為了解決這一問(wèn)題，可以在試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)下方安裝一個(gè)升降平臺(tái)，用于模擬飛機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的地面。該升降平臺(tái)必須與地面有良好的固定。

3 結(jié)語(yǔ)

發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架側(cè)風(fēng)試驗(yàn)是一個(gè)較為復(fù)雜的測(cè)試項(xiàng)目，且成本高，耗時(shí)長(zhǎng)，涉及到的測(cè)試設(shè)備多。因此，在實(shí)際測(cè)試活動(dòng)開始前，需要預(yù)留較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)做好充分的準(zhǔn)備和組織管理，列出各個(gè)檢查項(xiàng)目，逐一確認(rèn)后方可開展試驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]CFR14，chapter I，subchapter C，part 33，subpart F，2012.

[2]CFR14，chapter I，subchapter C，part 33，subpart E，1974.