非揮發(fā)性顆粒物排放適航符合性驗(yàn)證方法

劉來，沈蘇華，宋建宇，王杰

（1.中國(guó)航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，上海 200241；2.中國(guó)民用航空適航審定中心，北京 100102）

0 引言

近年來，隨著民用航空產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，航空器排放污染對(duì)大氣環(huán)境和人體健康造成了不可忽視的影響[1-2]。航空器污染排放主要來自于發(fā)動(dòng)機(jī)，包括一氧化碳（CO）、未燃碳?xì)浠衔铮║nburned hydrocarbons，UHC）、氮氧化物（NOx）和顆粒物，其中由于近年來霧霾等惡劣大氣條件對(duì)人體健康產(chǎn)生持續(xù)重大危害，顆粒物排放備受關(guān)注[3-5]。在2010年之前，國(guó)際民航組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）航空環(huán)境保護(hù)委員會(huì)（Committee on Aviation Environmental Protection，CAEP）制定了排放標(biāo)準(zhǔn)和建議措施，僅限于NOx、CO和UHC等氣態(tài)污染物的排放，以及煙霧的排放（以煙度SN報(bào)告）[6]。其中發(fā)煙指數(shù)（Smoke Number，SN）測(cè)量是為了確保飛機(jī)發(fā)動(dòng)排氣能見度符合適航標(biāo)準(zhǔn)而開發(fā)的，不提供環(huán)境影響評(píng)估所需的關(guān)于顆粒物數(shù)量、大小和成分的任何信息。CAEP第8次會(huì)議（2010年）認(rèn)識(shí)到SN已經(jīng)無(wú)法滿足對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放的限制要求，因此在2016年制定了首個(gè)針對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)非揮發(fā)性顆粒物（non-volatile Particulate Matter，nvPM）排放的新監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)（CAEP/10）。在制定nvPM質(zhì)量和數(shù)量排放的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)之前，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排放認(rèn)證試驗(yàn)需要一種標(biāo)準(zhǔn)化的取樣和測(cè)量方法，美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)（Society of Automotive Engineers，SAE）飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣體和顆粒物排放測(cè)量委員會(huì)為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM質(zhì)量和數(shù)量測(cè)量制定了標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議[7-8]，國(guó)際民用航空組織在此基礎(chǔ)上制定發(fā)布了附件16《環(huán)境保護(hù)》第Ⅱ卷《航空器發(fā)動(dòng)機(jī)的排放物》（第4版，2017）。

雖然國(guó)際民用航空公約和SAE相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)非揮發(fā)性顆粒物排放測(cè)試做出了較為詳細(xì)的規(guī)定，但由于中國(guó)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)起步較晚，缺乏相關(guān)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，目前中國(guó)還沒有成熟的nvPM測(cè)量系統(tǒng)。國(guó)外主航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備制造商研發(fā)制造體系成熟，擁有多種型號(hào)產(chǎn)品，目前國(guó)際上存在3個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范的航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放測(cè)量系統(tǒng)，可供歐美主航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備制造商產(chǎn)品適航取證使用。國(guó)外研究學(xué)者對(duì)nvPM排放測(cè)量技術(shù)也進(jìn)行了深入研究。Durdina等[9-10]提出了顆粒物質(zhì)量測(cè)量的方法，并對(duì)噴氣飛機(jī)的顆粒物污染進(jìn)行了評(píng)估；Lobo等[11]對(duì)比了3種符合ICAO排放試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在測(cè)量設(shè)備的誤差波動(dòng)范圍內(nèi)測(cè)量結(jié)果一致性較好。

本文對(duì)nvPM排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了解讀，并基于國(guó)際民用航空組織推薦的nvPM測(cè)量規(guī)程，總結(jié)了用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)非揮發(fā)性顆粒物排放測(cè)量適航取證的符合性驗(yàn)證方法。

1 適航規(guī)章要求

為了控制飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排放物對(duì)全球空氣質(zhì)量的影響，國(guó)際民用航空組織制定了排放標(biāo)準(zhǔn)，各國(guó)民航局根據(jù)ICAO排放標(biāo)準(zhǔn)制定了相應(yīng)的適航排放法規(guī)，以期在航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造階段貫徹落實(shí)排放要求。

現(xiàn)行的適航法規(guī)采用煙度測(cè)量評(píng)判發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放水平，發(fā)煙指數(shù)（SN）測(cè)量是為了確保飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣能見度符合適航標(biāo)準(zhǔn)而應(yīng)用的，并不能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放的質(zhì)量和數(shù)量定量測(cè)量。為了進(jìn)一步限制發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放水平，2017年3月3日，國(guó)際民航組織航空環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第十次會(huì)議（CAEP/10）審議通過了附件16《環(huán)境保護(hù)》第Ⅱ卷《航空器發(fā)動(dòng)機(jī)的排放物》的第9次修訂（第4版），本次修訂新增了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放測(cè)量的要求：額定推力大于26.7 kN且在2020年1月1日或之后生產(chǎn)的所有渦輪風(fēng)扇和渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及其衍生產(chǎn)品均需符合nvPM排放最大質(zhì)量濃度限制要求[12]。CAEP/10最大nvPM質(zhì)量濃度的監(jiān)管水平是基于nvPM質(zhì)量濃度和煙度之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系制定的[13]，確保了任何符合煙度認(rèn)證要求的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)也將達(dá)到nvPM質(zhì)量排放水平。非揮發(fā)性顆粒物排放的具體要求如下：發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)在足夠的推力設(shè)定值上測(cè)試，以確定發(fā)動(dòng)機(jī)的非揮發(fā)性顆粒物排放，可使用下述特定百分比的額定推力以及經(jīng)審定當(dāng)局同意的可產(chǎn)生最大質(zhì)量濃度nvPMmass、最大非揮發(fā)性微粒物質(zhì)質(zhì)量排放指數(shù)EImass和最大非揮發(fā)性微粒物質(zhì)數(shù)量排放指數(shù)EInum的推力來確定EImass和EInum。

對(duì)于在2020年1月1日或之后生產(chǎn)的某一類型或型號(hào)的額定推力大于26.7 kN的所有渦輪風(fēng)扇和渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)際適航法規(guī)對(duì)非揮發(fā)性顆粒物的排放要求為最大質(zhì)量濃度特征值nvPMmass/（μg/m3）

目前各國(guó)適航當(dāng)局根據(jù)ICAO要求（CAEP10）及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定了nvPM排放適航法規(guī)。其中歐洲航空安全局（European Aviation Safety Agency，EASA）在CS-34第3修正案中根據(jù)國(guó)際民航公約附件16第2卷（第4版）新增了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放測(cè)量的要求，加拿大和巴西等國(guó)家也已經(jīng)將nvPM排放要求（CAEP10）納入適航規(guī)章要求，目前FAA尚未將nvPM要求納入FAR-34部，中國(guó)CCAR-34部正在按照國(guó)際民用航空公約附件16第2卷（第4版）要求進(jìn)行修訂。為了適應(yīng)適航要求，開展非揮發(fā)性顆粒物排放采集測(cè)量技術(shù)研究十分必要。

目前國(guó)際上存在的3個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放測(cè)量系統(tǒng)，分別是瑞士聯(lián)邦材料測(cè)試與開發(fā)研究所（Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology，Empa）的固定（后改移動(dòng)）系統(tǒng)（Swiss fixed system，CHE），歐洲卡迪夫大學(xué)的移動(dòng)系統(tǒng)（European mobile system by Cardiff University，EUR）以及北美密蘇里科技大學(xué)的移動(dòng)系統(tǒng)（North American mobile system by Missouri University of Science andTechnolog，NAM），以上測(cè)試系統(tǒng)均符合SAE AIR6241標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，3個(gè)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Swiss（CHE）-North American（NAM）-European（EUR）測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

表1 [12]發(fā)動(dòng)機(jī)推力設(shè)定

2 符合性驗(yàn)證方法

顆粒物的組成成分十分復(fù)雜[14-15]，主要包括直接排放的一次顆粒物和以氣態(tài)形式排放到大氣中經(jīng)過一系列物理化學(xué)過程生成的二次顆粒物。其中，一次顆粒物又可分為直接以固體形式排放的一次固態(tài)顆粒物和在高溫條件下為氣態(tài)，經(jīng)過空氣稀釋、降溫后凝結(jié)為固態(tài)的一次凝結(jié)顆粒物[16]。而非揮發(fā)性顆粒物（nvPM）即一次顆粒物中直接以固體形式排放的一次固態(tài)顆粒物，是存在于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口截面、當(dāng)加熱到350℃時(shí)不揮發(fā)的排放微粒。

最新研究表明[17]，對(duì)于典型的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，與總顆粒相比，直徑小于10 nm的的燃燒顆粒占比低于10%，直徑大于300 nm的占比低于0.01%。約90%以上的顆粒物直徑介于二者之間。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)排放顆粒物組成復(fù)雜，粒徑極小，nvPM排放測(cè)量系統(tǒng)需要采集具有代表性的航空發(fā)動(dòng)機(jī)排氣樣品，在傳輸過程中要降低樣本中顆粒物質(zhì)量濃度，同時(shí)去除氣體中非燃燒產(chǎn)生的大顆粒物質(zhì)，最終通過測(cè)量?jī)x器測(cè)量得到nvPM質(zhì)量濃度和數(shù)量濃度。

為滿足nvPM適航規(guī)章要求，工業(yè)方需通過nvPM排放試驗(yàn)向?qū)彾ó?dāng)局表明符合性，在對(duì)適航要求以及國(guó)內(nèi)外排放測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行充分研究后，本文歸納總結(jié)了滿足適航要求的符合性驗(yàn)證方法。

（1）對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行符合性驗(yàn)證，保證搭建的測(cè)量系統(tǒng)符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)；

（2）對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，保證測(cè)量結(jié)果的有效性；

（3）對(duì)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行構(gòu)型確認(rèn)，確定測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)構(gòu)型一致；

（4）檢查試驗(yàn)方法及測(cè)試程序，確定測(cè)試程序符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)；

（5）對(duì)試驗(yàn)用油進(jìn)行理化分析，確定測(cè)試用油符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)；

（6）進(jìn)行多臺(tái)份測(cè)試，對(duì)獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)按測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理修正，提供符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的符合性判據(jù)。

符合性驗(yàn)證技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 適航符合性驗(yàn)證路線

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)搭建

國(guó)際民用航空公約附件16卷Ⅱ和SAE ARP6320對(duì)非揮發(fā)性顆粒物采集測(cè)量系統(tǒng)做出了嚴(yán)格的要求，按照要求搭建標(biāo)準(zhǔn)化的nvPM采集測(cè)量系統(tǒng)是進(jìn)行符合性驗(yàn)證的第一步。ICAO推薦的測(cè)試規(guī)程中包含對(duì)測(cè)試設(shè)備（如采樣探針、采樣管路、溫度控制、分流器、稀釋器、旋風(fēng)分離器、測(cè)量?jī)x器等）的要求，對(duì)測(cè)試程序（如泄漏檢查、清潔檢查、反沖洗準(zhǔn)備、測(cè)試準(zhǔn)備、采樣過程、測(cè)量?jī)x器校準(zhǔn)等）的要求，同時(shí)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的記錄及計(jì)算分析方法等也有詳細(xì)描述。

非揮發(fā)性顆粒物質(zhì)采樣測(cè)量系統(tǒng)如圖3所示。該系統(tǒng)主要包含3部分，分為5區(qū)：收集部分（1區(qū)）、傳輸部分（2、3和4區(qū)）和測(cè)量部分（5區(qū)）。為了減小顆粒物傳輸損失，采樣管路應(yīng)盡可能避免彎折，同時(shí)采樣管路從探頭端部到測(cè)量?jī)x進(jìn)口處的總長(zhǎng)度不得超過35 m。

圖3 [12]非揮發(fā)性微粒物質(zhì)采樣測(cè)量系統(tǒng)

收集部分主要包括采樣耙和連接管路，用于采集具有代表性的航空發(fā)動(dòng)機(jī)排氣樣本并將樣本從采樣探頭輸送至分流器1，總長(zhǎng)度不得超過8 m；傳輸部分分為2、3、4區(qū)，主要包括分流器1、壓力控制閥、隔離閥、稀釋器、稀釋氣體加熱器、旋風(fēng)分離器、分流器2，加熱連接管路等部件，用于將樣本氣體傳輸至測(cè)量?jī)x器，并降低樣本中顆粒物質(zhì)量濃度，同時(shí)去除氣體中非燃燒產(chǎn)生的大顆粒物質(zhì)；測(cè)量部分主要包括nvPM質(zhì)量測(cè)量?jī)x、nvPM數(shù)量測(cè)量?jī)x、揮發(fā)性顆粒物去除器、CO2分析儀、主泵、流量控制器等部件，用于測(cè)量樣本氣體中nvPM的質(zhì)量濃度和數(shù)量濃度，并通過主泵和流量控制器控制管路中流入測(cè)量?jī)x器的氣體流量。

在采集測(cè)量系統(tǒng)中，最重要的部分是nvPM測(cè)量分析儀器[18-19]。對(duì)于nvPM質(zhì)量濃度測(cè)量，目前可用的測(cè)量方法包括燃燒分析法、光吸收光度法以及激光誘導(dǎo)白熾。數(shù)量濃度測(cè)量包含2部分，揮發(fā)性微粒去除器內(nèi)含稀釋系統(tǒng)和去除揮發(fā)性物質(zhì)的設(shè)備，用來去除揮發(fā)性顆粒物并將微粒數(shù)量濃度進(jìn)一步稀釋到數(shù)量測(cè)量?jī)x量程范圍內(nèi)。而顆粒物數(shù)量濃度測(cè)量?jī)x使用的是微粒冷凝計(jì)數(shù)器，用于對(duì)非揮發(fā)性顆粒物數(shù)量濃度進(jìn)行測(cè)量。

2.2 試驗(yàn)系統(tǒng)和設(shè)備校準(zhǔn)

為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性，需要對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)和測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，包括對(duì)nvPM質(zhì)量濃度測(cè)量?jī)x、nvPM數(shù)量濃度測(cè)量?jī)x，以及揮發(fā)性微粒去除器等，采用ICAO推薦的校準(zhǔn)方法，在具備相應(yīng)資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)。具體校準(zhǔn)程序見第2.5節(jié)。

2.3 試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型確認(rèn)

在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量試驗(yàn)前，需要對(duì)試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型進(jìn)行確認(rèn)，確保試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型與取證發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)型號(hào)保持一致。通過建立基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能模型，確定發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)，為排放試驗(yàn)和測(cè)量結(jié)果修正提供參考。

2.4 試驗(yàn)用燃油規(guī)范

由于試驗(yàn)用油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放生產(chǎn)具有重大影響，為保證測(cè)量結(jié)果的規(guī)范性，每次試驗(yàn)前確定試驗(yàn)用油是否符合燃油規(guī)范是nvPM排放測(cè)試適航取證符合性驗(yàn)證工作中不可缺少的一環(huán)。

測(cè)試期間使用的燃油應(yīng)符合表2中的燃油規(guī)范。在每次測(cè)試前，均應(yīng)對(duì)試驗(yàn)用燃油進(jìn)行取樣，由具備相應(yīng)測(cè)量分析資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行理化分析，評(píng)估其是否符合規(guī)范。

表2 試驗(yàn)用燃油規(guī)范

2.5 試驗(yàn)程序

為了保證測(cè)量過程的規(guī)范性，按照要求搭建試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)后，在試驗(yàn)前需要進(jìn)行一系列的準(zhǔn)備工作。

（1）反沖洗檢查：在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和關(guān)閉時(shí)對(duì)1區(qū)進(jìn)行，用于去除采樣探頭和管路中殘留的未燃燒燃料。

（2）滲漏檢查：用于確定收集部分和氣體管路是否滲漏，檢查要求滲漏流速應(yīng)小于0.4L/min。

（3）清潔度檢查：用于確定收集部分和氣體管路是否存在顆粒物殘留，要求30 s平均非揮發(fā)性微顆粒物質(zhì)量濃度應(yīng)小于1 μg/m3，30 s平均非揮發(fā)性顆粒物數(shù)量濃度應(yīng)小于2.0微粒/cm3。

（4）外界微粒測(cè)量：應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試前后獲取代表發(fā)動(dòng)機(jī)空氣進(jìn)口處情況的外界非揮發(fā)性微粒物質(zhì)質(zhì)量和數(shù)量濃度，所報(bào)告的值應(yīng)為2次測(cè)量結(jié)果的平均值。

（5）測(cè)量?jī)x器校準(zhǔn)：應(yīng)每年由具備相關(guān)資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室對(duì)nvPM質(zhì)量測(cè)量?jī)x、數(shù)量測(cè)量?jī)x、CO2分析儀等測(cè)量?jī)x器進(jìn)行校準(zhǔn)，以便符合規(guī)定的性能要求。

（6）揮發(fā)性微粒去除器稀釋因子（DF2）校準(zhǔn)：應(yīng)按照揮發(fā)性微粒去除器制造商的規(guī)定，在揮發(fā)性微粒去除器的每個(gè)稀釋設(shè)定值對(duì)DF2進(jìn)行校準(zhǔn)。

（7）碳平衡檢查：將依據(jù)測(cè)量CO2質(zhì)量濃度估算出的空氣/燃料比與基于試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)計(jì)算得到的空氣/燃料比進(jìn)行對(duì)比，要求二者在滑行/地面慢車模式下差異不超過±15%以及在其他運(yùn)行模式下差異不超過±10%。

試驗(yàn)應(yīng)在所有儀器和樣本傳輸管路預(yù)熱并達(dá)到穩(wěn)定之后進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)對(duì)非揮發(fā)性顆粒物質(zhì)量?jī)x/數(shù)量測(cè)量?jī)x進(jìn)行制造商所建議的可操作性檢查，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行和測(cè)量的非揮發(fā)性微粒物質(zhì)及[CO2]dil1濃度在所要求的推力設(shè)定值穩(wěn)定后，應(yīng)將至少30 s的數(shù)據(jù)平均后記錄下來。

2.6 數(shù)據(jù)處理

型號(hào)取證過程需要獲得1臺(tái)或多臺(tái)具有代表性的發(fā)動(dòng)機(jī)在著陸起飛循環(huán)4個(gè)推力設(shè)定值（滑行/地面慢車7%、進(jìn)近30%、爬升85%、起飛100%）下的排放數(shù)據(jù)。同時(shí)，為了得到最終的符合性判據(jù)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照定義的公式進(jìn)行處理分析。nvPM質(zhì)量濃度為

式中：kthermo為熱泳損失修正因子。

在非揮發(fā)性微粒物質(zhì)采樣和測(cè)量系統(tǒng)中，微粒會(huì)因沉積機(jī)理而損失在采樣系統(tǒng)管壁上。熱泳損失與粒徑不相關(guān)；非揮發(fā)性微粒物質(zhì)采樣和測(cè)量系統(tǒng)的整體微粒損失（收集部分的熱泳損失除外）被稱為系統(tǒng)損失，與粒徑相關(guān)。熱泳損失修正因子為

式中：T1為稀釋器1進(jìn)氣管壁溫度；TEGT為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度，通常T1＜TEGT，即kthermo＞1。

對(duì)于系統(tǒng)損失修正，制造商只需采用ICAO附件16卷Ⅱ附錄8所述的方法確定非揮發(fā)性微粒物質(zhì)質(zhì)量和非揮發(fā)性微粒物質(zhì)數(shù)量系統(tǒng)損失修正因子（kSL_mass和kSL_num），并向?qū)彾ó?dāng)局報(bào)告，無(wú)需對(duì)試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)損失修正。

非揮發(fā)性微粒物質(zhì)質(zhì)量和數(shù)量排放指數(shù)為

式中：EImass_STP、EInum_STP分別為測(cè)量得到的非揮發(fā)性微粒物質(zhì)質(zhì)量、數(shù)量濃度；DF1、DF2分別第1、2階段稀釋因子；kthermo為熱泳損失修正因子；N[CO2]dil1為第1稀釋階段后樣氣中的二氧化碳體積濃度；N[CO]為樣氣中一氧化碳的體積濃度；N[CO]為樣氣中未燃碳?xì)浠衔餁怏w的體積濃度；N[CO2]b為空氣中的二氧化碳體積濃度；MC=12.011，為碳原子質(zhì)量；MH=1.008，為氫原子質(zhì)量；α為燃料的原子氫碳比。

為了保證測(cè)量結(jié)果可靠，要求至少做3次發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試，可使用1臺(tái)或多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行。在符合性程序中規(guī)定，所有測(cè)試中的最大非揮發(fā)性微粒物質(zhì)質(zhì)量濃度值的平均值使用由測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量i所確定的適當(dāng)系數(shù)轉(zhuǎn)換成某一特征值后，才能與規(guī)定數(shù)值比較，從而判斷顆粒物排放是否符合適航要求。用于確定非揮發(fā)性微粒物質(zhì)質(zhì)量濃度特征值的系數(shù)見表3。制造商可結(jié)合試驗(yàn)測(cè)量成本和實(shí)際測(cè)量結(jié)果綜合考慮選擇測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量。

表3 用于確定非揮發(fā)性微粒物質(zhì)質(zhì)量濃度特征值的系數(shù)

2.7 誤差分析

利用nvPM排放測(cè)量系統(tǒng)可以對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒的數(shù)量、質(zhì)量進(jìn)行定量分析。這些儀器被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和政府研究機(jī)構(gòu)廣泛接受，可以作為實(shí)驗(yàn)室或移動(dòng)系統(tǒng)在燃燒室或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)出口平面附近的困難條件下運(yùn)行。使用這種提取取樣技術(shù)，必須特別考慮取樣系統(tǒng)，以盡量減小將排氣微粒運(yùn)送到測(cè)量?jī)x器時(shí)的損失。

同時(shí)，由于非揮發(fā)性顆粒物質(zhì)采樣和測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)施需要最長(zhǎng)35 m的采樣管路，并且包含若干采樣和測(cè)量系統(tǒng)組件，會(huì)導(dǎo)致大量的微粒損失，其中非揮發(fā)性微粒物質(zhì)質(zhì)量可能損失約50%，非揮發(fā)性微粒物質(zhì)數(shù)量可能損失約90%。包括與顆粒物粒徑無(wú)關(guān)的熱泳損失和與顆粒物粒徑相關(guān)的系統(tǒng)損失，其中熱泳損失在數(shù)據(jù)處理中已經(jīng)考慮了，所以只需單獨(dú)對(duì)系統(tǒng)損失進(jìn)行分析。

3 總結(jié)與展望

本文對(duì)nvPM排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了介紹，結(jié)合國(guó)際民航組織和SAE推薦的非揮發(fā)性顆粒物采集測(cè)量系統(tǒng)搭建和測(cè)量程序，歸納總結(jié)了nvPM排放適航符合性驗(yàn)證方法，包括驗(yàn)證路線、nvPM測(cè)試系統(tǒng)搭建、測(cè)試程序以及后處理等，為搭建nvPM測(cè)試系統(tǒng)和開展nvPM測(cè)試奠定基礎(chǔ)，指導(dǎo)制造商向?qū)彾ó?dāng)局表明nvPM排放的符合性。

目前，國(guó)外主航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備制造商（Original Equipment Manufacturer，OEM）均有可供使用的成熟的非揮發(fā)性顆粒物采集和測(cè)量系統(tǒng)，以滿足排放適航驗(yàn)證需求，而中國(guó)尚未建立起航空發(fā)動(dòng)機(jī)非揮發(fā)性顆粒物采集和測(cè)量系統(tǒng)，高等院校和研究所大多也未對(duì)該問題進(jìn)行深入研究。為了滿足中國(guó)航空產(chǎn)業(yè)國(guó)際化發(fā)展以及排放適航要求，提高在國(guó)際民航環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)，對(duì)非揮發(fā)性顆粒物采集和測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行研究十分迫切和必要。由于中國(guó)尚無(wú)符合適航要求的顆粒物排放測(cè)試分析系統(tǒng)和流程規(guī)范可借鑒，nvPM排放測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)研究仍然存在一些疑問和難點(diǎn)。主要包括：

（1）在nvPM排放測(cè)量中要求采集具有代表性的樣氣，但并未明確指出如何表明樣氣的代表性，問題的焦點(diǎn)主要聚集在采樣耙的設(shè)計(jì)制造方案上，未來需加快對(duì)采樣耙的研制；

（2）在nvPM排放采集測(cè)量過程中，對(duì)傳輸管路幾何結(jié)構(gòu)和溫度做出了嚴(yán)格規(guī)定，但并沒有說明采樣管路幾何特征及溫度對(duì)樣氣傳輸損失的影響，為了加深對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中管路幾何結(jié)構(gòu)和溫度要求的理解，在今后的試驗(yàn)研究中需重點(diǎn)關(guān)注；

（3）由于中國(guó)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)起步較晚，缺乏nvPM排放測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，也沒有相應(yīng)的顆粒物測(cè)量設(shè)備，在國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中，可推動(dòng)中國(guó)供應(yīng)商對(duì)顆粒物測(cè)量設(shè)備的研制。