航空發(fā)動(dòng)機(jī)非揮發(fā)性顆粒物排放性能等效評(píng)估方法研究

周利敏，豐火雷，倪玉山*

(1.復(fù)旦大學(xué)航空航天系，上海 200433；2.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院航空學(xué)院，浙江 杭州 311112)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放的污染物對(duì)機(jī)場周圍的空氣質(zhì)量具有重要的影響。為了持續(xù)有效地降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放物對(duì)機(jī)場空氣質(zhì)量的影響，國際民航組織(International Civil Aviation Organization，ICAO)航空環(huán)境保護(hù)委員會(huì)(Committee on Aviation Environmental Protection，CAEP)正在不斷完善航空發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)。過去較長時(shí)間，民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)主要限制了煙霧、未燃碳?xì)浠衔铩⒁谎趸己偷趸?種污染物的排放量[1]。直至2017年，ICAO CAEP/10會(huì)議通過附件16卷2第9修正案，將顆粒物定為亞音速飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)向適航當(dāng)局申請(qǐng)型號(hào)合格認(rèn)證的限定污染物。此后，ICAO CAEP/11會(huì)議批準(zhǔn)了附件16卷2第10修正案，新增航空發(fā)動(dòng)機(jī)起降(Landing and Take-off，LTO)循環(huán)階段的非揮發(fā)性顆粒物(non-volatile Particulate Matter，nvPM)質(zhì)量和數(shù)量的排放標(biāo)準(zhǔn)[2]。因此，顆粒物已經(jīng)成為新一代民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)的限定污染物，航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放合格審定將是型號(hào)適航取證過程中的重要工作，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒物排放性能進(jìn)行有效評(píng)估具有重要的工程價(jià)值。

顆粒物對(duì)大氣空氣質(zhì)量和人類身體健康具有重要的影響，已得到相關(guān)研究廣泛證實(shí)[3-5]。近十年來，航空排放已經(jīng)成為相關(guān)學(xué)者和社會(huì)廣泛關(guān)注的研究課題，如Yim等[6]從環(huán)境影響和政策評(píng)估角度對(duì)英國機(jī)場的空氣質(zhì)量和公共健康影響進(jìn)行了研究;Mahashabde等[7]評(píng)估了飛機(jī)排放對(duì)環(huán)境的影響。諸多研究表明，航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放的nvPM等污染物對(duì)機(jī)場周圍生活或工作的居民身心健康會(huì)造成極大的危害。為了制定有效控制航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放量的相關(guān)適航標(biāo)準(zhǔn)，國外Theo等[8]對(duì)航空燃?xì)廨啓C(jī)顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究；Howard等[9]建立了航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM的標(biāo)準(zhǔn)原型測量系統(tǒng)；ICAO[10]制定了航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM采樣和測量的標(biāo)準(zhǔn)方法，并提出了估算飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放量的近似方法。同時(shí)，國內(nèi)閆國華等[11]和曹惠玲等[12]對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)場LTO循環(huán)階段的顆粒物排放量預(yù)測方法進(jìn)行了相關(guān)研究;楊曉軍等[13]提出了一種飛機(jī)起降階段nvPM排放量計(jì)算的優(yōu)化方法。然而，針對(duì)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放性能的相關(guān)等效評(píng)估方法研究尚未引起學(xué)者們的充分重視。

當(dāng)前，全球航空運(yùn)輸業(yè)對(duì)航空器的環(huán)保性能要求越來越高，我國大型民用航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，型號(hào)適航審定經(jīng)驗(yàn)缺乏，新一代民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能設(shè)計(jì)必須滿足ICAO最新的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)苛要求，亟待開發(fā)適用于對(duì)國產(chǎn)大型民用航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒物排放設(shè)計(jì)性能進(jìn)行預(yù)測分析的方法。因此，本文通過對(duì)ICAO最新頒布的航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，總結(jié)了民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放合格審定的技術(shù)要求和基本流程，提出了一種基于等效程序的航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放性能評(píng)估方法，并利用該方法對(duì)CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放性能進(jìn)行了評(píng)估，可為航空工程界評(píng)估航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放性能提供參考。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)非揮發(fā)性顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)

在航空領(lǐng)域，ICAO把非揮發(fā)性顆粒物(nvPM)定義為航空發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噴管出口平面上加熱到350℃時(shí)不會(huì)揮發(fā)的排放顆粒物[14]。根據(jù)ICAO最新的航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)， nvPM排放質(zhì)量濃度(nvPMmass)的特征水平應(yīng)當(dāng)以μg/m3為計(jì)量單位進(jìn)行報(bào)告，且無小數(shù)。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定nvPM排放標(biāo)準(zhǔn)僅適用于亞音速飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)合格審定，具體類別應(yīng)為額定推力F∞大于26.7 kN且制造日期為2020年1月1日或之后的所有型號(hào)渦扇和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)及其衍生型號(hào)。本文通過對(duì)ICAO最新頒布的航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，總結(jié)梳理了航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放合格審定的基準(zhǔn)條件、測試條件、規(guī)定限值和報(bào)告信息。

1.1 基準(zhǔn)條件

在適航審定過程中，測量航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放量的參考大氣條件為海平面上的國際標(biāo)準(zhǔn)大氣，但參考絕對(duì)濕度應(yīng)為0.006 34 kg水/kg干空氣。測量過程中模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)基準(zhǔn)排放LTO循環(huán)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段具體推力設(shè)置情況見表1[14]。通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在足夠的推力設(shè)置下進(jìn)行試驗(yàn)，可以確定航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段的nvPM排放量，包括nvPM質(zhì)量排放指數(shù)(EImass)和nvPM數(shù)量排放指數(shù)(EInum)。其中，EImass表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)每千克燃料燃燒產(chǎn)生的顆粒物排放質(zhì)量(mg/kg)；EInum表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)每千克燃料燃燒產(chǎn)生的顆粒物排放數(shù)量(微粒/kg)。同時(shí)，可以得到相應(yīng)推力設(shè)置條件下適航當(dāng)局認(rèn)可的最大nvPMmass、最大EImass和最大EInum等數(shù)據(jù)。

表1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段推力設(shè)置

1.2 測試條件

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物測試試驗(yàn)中使用的燃料要符合ICAO附件16卷2附錄4的相關(guān)規(guī)格，相關(guān)測量儀器應(yīng)具備合格證，證明其符合相應(yīng)性能規(guī)范。同時(shí)，要滿足相關(guān)測試條件：①試驗(yàn)應(yīng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行；②航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)基本符合航空發(fā)動(dòng)機(jī)類型的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，并具有完全具有代表性的運(yùn)行和性能特征，不得模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)基本運(yùn)行所需以外的排氣和附件負(fù)載;③當(dāng)試驗(yàn)條件不同于基準(zhǔn)參考大氣條件時(shí)，應(yīng)根據(jù)ICAO附件16卷2附錄7中推薦的程序，將EImass和EInum校正為參考大氣條件下航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室相應(yīng)入口溫度下的值；④根據(jù)ICAO附件16卷2附錄7中推薦的程序，考慮航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物測量取樣系統(tǒng)采集部分的熱泳損失，進(jìn)一步校正最大nvPMmass、EImass和EInum。

1.3 規(guī)定限值

ICAO通過附件16卷2的4.2.2條款對(duì)渦扇和渦噴航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放水平給出了明確的規(guī)定限值：在足夠的推力設(shè)置下，通過ICAO附件16卷2附錄7中推薦的測量方法確定航空發(fā)動(dòng)機(jī)的最大排放量，計(jì)算獲得航空發(fā)動(dòng)機(jī)的最大nvPMmass(表示為nvPMmass_max)，并通過ICAO附件16卷2附錄6中推薦的程序或適航當(dāng)局認(rèn)可的等效程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為相應(yīng)的最大nvPMmass特征水平(表示為[nvPMmass_max])，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的[nvPMmass_max]不超過以下公式計(jì)算的規(guī)定限值，其中nvPM排放規(guī)定限值表示為nvPMmass_reg：

(1)

此外，針對(duì)2023年1月1日之后制造且額定推力大于26.7 kN的所有在產(chǎn)和新申請(qǐng)型號(hào)合格證的渦扇和渦噴航空發(fā)動(dòng)機(jī)，ICAO通過附件16卷2第10修正案明確了新增航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段nvPM排放質(zhì)量(LTOmass)和數(shù)量(LTOnum)的具體標(biāo)準(zhǔn)，按照航空發(fā)動(dòng)機(jī)的額定推力大小進(jìn)行分類，LTOmass和LTOnum排放特征水平的規(guī)定限值分別表示為LTOmass/F∞和LTOnum/F∞，詳見表2和表3[15]。此外，ICAO附件16卷2第9修正案要求的相關(guān)數(shù)據(jù)仍需向適航當(dāng)局報(bào)告。

表2 在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放特征水平的規(guī)定限值

表3 新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的排放特征水平的規(guī)定限值

1.4 報(bào)告信息

航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商在向適航當(dāng)局提交型號(hào)合格審定相關(guān)資料時(shí)，所需信息分為兩組，分別是確定航空發(fā)動(dòng)機(jī)特性、所用燃料和數(shù)據(jù)分析方法的基本信息，以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)信息。所有申請(qǐng)排放合格審定的航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)都需要提供相關(guān)基本信息：航空發(fā)動(dòng)機(jī)識(shí)別號(hào)、額定推力、參考?jí)毫Ρ取⑷剂弦?guī)格說明書、燃料氫碳比、數(shù)據(jù)采集方法、校正取樣系統(tǒng)采集部分熱泳損失的方法，以及數(shù)據(jù)分析的方法；同時(shí)，每次試驗(yàn)都要提供以下測試信息：凈燃燒熱、燃料氫含量、燃料總芳烴含量、燃料含萘量和燃料含硫量。

此外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商應(yīng)報(bào)告根據(jù)ICAO附件16卷2附錄7中推薦的程序[14]或適航當(dāng)局認(rèn)可的等效程序測量和計(jì)算的航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放量相關(guān)值，具體包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段每一推力設(shè)定值下的[nvPMmass_max]、燃油流量(kg/s)、EImass、EInum、最大EImass，以及最大EInum等數(shù)據(jù)。針對(duì)本文研究內(nèi)容的需要，在此僅給出[nvPMmass_max]的計(jì)算公式[見公式(2)]，其他相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算公式也可以從ICAO附件16卷2附錄7中獲取。[nvPMmass_max]的計(jì)算公式為

[nvPMmass_max]=DF1_S×nvPMmass_STP×kthermo

(2)

式中:DF1_S表示測量系統(tǒng)第一階段稀釋因子;nvPMmass_STP表示標(biāo)準(zhǔn)條件下的nvPMmass_max測量值;kthermo表示測量取樣系統(tǒng)采集部分的熱泳損失因子。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)非揮發(fā)性顆粒物排放性能等效評(píng)估方法

航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放質(zhì)量測量結(jié)果表明，航空發(fā)動(dòng)機(jī)在LTO循環(huán)階段的nvPMmass_max與其發(fā)煙指數(shù)(Smoke Number，SN)相關(guān)[16]。目前，ICAO附件16卷2附錄一中并沒有給出兩者之間的特定關(guān)系式，早先ICAO曾建議使用一階近似方法模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段nvPM排放量與SN之間的關(guān)系。在ICAO頒布了航空發(fā)動(dòng)機(jī)非揮發(fā)性微粒物質(zhì)量和數(shù)量排放標(biāo)準(zhǔn)后，利用非揮發(fā)性微粒物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化采樣和測量系統(tǒng)，得出了1 400多種航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)排氣的SN和nvPMmass數(shù)據(jù)，建立了經(jīng)改進(jìn)的nvPMmass與SN的關(guān)系式[見公式(3)]，其中航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)排氣的nvPMmass表示為nvPMmass_core。該關(guān)系式被建議用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPMmass與SN轉(zhuǎn)換的等效程序[16]，兩者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系見圖1。同時(shí)，ICAO提出如果可以表明能夠?yàn)樘囟ǖ暮娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)提供nvPMmass與SN具體的關(guān)系式或者開發(fā)進(jìn)一步的關(guān)系式，則可以獲得適航當(dāng)局批準(zhǔn)后使用改進(jìn)后的關(guān)系式。改進(jìn)的nvPMmass與SN的關(guān)系式為

圖1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPMmass與SN之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

(3)

對(duì)于涵道比(Bypass Ratio,BPR)確定的渦扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)，如果航空發(fā)動(dòng)機(jī)涵道氣流與排氣出口平面的核心機(jī)氣流完全混合，則航空發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣流的nvPMmass可以使用下面公式(4)進(jìn)行修正，其中航空發(fā)動(dòng)機(jī)混合排氣的nvPMmass表示為nvPMmass_mix.在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步利用公式(3)計(jì)算得到航空發(fā)動(dòng)機(jī)混合排氣的當(dāng)量SN。航空發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣流的nvPMmass修正公式為

(4)

當(dāng)某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)的SN最大測量值(SNmax)為20時(shí)，利用公式(3)可計(jì)算得出其當(dāng)量nvPMmass濃度為3 000 μg/m3。假定航空發(fā)動(dòng)機(jī)的BPR為5，利用公式(4)可計(jì)算得到航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管截面處的nvPMmass_mix為500 μg/m3?？紤]到外涵道風(fēng)扇氣流的影響，基于公式(3)可以進(jìn)一步得到航空發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噴口截面處的SN為3.4。

通過分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPMmass與SN之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)在LTO循環(huán)階段的SN值越大，其nvPMmass值也越大。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放適航審定工作中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放測量的標(biāo)準(zhǔn)方法流程復(fù)雜，需要一系列標(biāo)準(zhǔn)化的測量設(shè)備，且試驗(yàn)成本較高。因此，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能設(shè)計(jì)階段提供一種nvPM排放性能預(yù)測和分析的近似方法具有重要的工程價(jià)值。基于前述航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPMmass與SN轉(zhuǎn)換的等效程序，在獲取航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段SNmax的情況下，可以估算航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段的nvPMmass_max，并進(jìn)一步建立基于等效程序的航空發(fā)動(dòng)nvPM排放性能評(píng)估方法。

根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵道氣流和和核心機(jī)氣流是否混合排放，在已知航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段平均SNmax的基礎(chǔ)上，分別采用前述等效程序中公式(3)和(4)可以計(jì)算得到航空發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)的nvPMmass_max，其中nvPMmass_core表示非混合排氣航空發(fā)動(dòng)機(jī)的最大nvPMmass_max，nvPMmass_mix表示混合排氣航空發(fā)動(dòng)機(jī)的最大nvPMmass_max。結(jié)合相關(guān)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPMmass_max和nvPMmass_STP實(shí)際測量值，由公式(2)可以計(jì)算得到nvPM測量系統(tǒng)的綜合修正因子，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步計(jì)算得到航空發(fā)動(dòng)機(jī)的[nvPMmass_max]預(yù)測值。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段的[nvPMmass_max]是相應(yīng)型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放合格審定的重要性能指標(biāo)，因此該方法可用于等效評(píng)估分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放性能是否合格，其具體流程見圖2。

圖2 基于航空發(fā)動(dòng)機(jī)SN分析nvPM排放性能的等效評(píng)估流程

3 典型應(yīng)用分析與驗(yàn)證

隨著ICAO最新航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物的排放性能要求更加嚴(yán)格，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放性能進(jìn)行評(píng)估分析具有重要的意義。本文以國內(nèi)外民航窄體客機(jī)中廣泛使用的CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)為例，采用基于等效程序的航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放性能評(píng)估方法，計(jì)算相應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在LTO循環(huán)階段的[nvPMmass_max]值，并根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相應(yīng)型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放適航性進(jìn)行比較分析，以為航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。本研究中使用的CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)可從ICAO航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放數(shù)據(jù)庫[17]中獲取，見表4。

表4 CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)[17]

經(jīng)過計(jì)算，可以得到CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPMmass_max預(yù)測值，同時(shí)查詢ICAO航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放數(shù)據(jù)庫可以得到相應(yīng)型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPMmass_max測量值，見表5。

表5 CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPMmass_max值

由表5可知：針對(duì)CFM公司在產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，采用近似方法計(jì)算航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段的nvPMmass_max具有不同的相對(duì)誤差，其中對(duì)CFM56-7B20E航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPMmass_max的預(yù)測誤差最大，對(duì)CFM56-5B1/3型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPMmass_max的預(yù)測誤差只有大約1%，其余兩種型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPMmass_max的預(yù)測誤差均在20%左右。研究表明，該近似方法要廣泛適用于估算不同型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPMmass_max，還需要進(jìn)一步使用更多不同型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在LTO循環(huán)階段的nvPM排放數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和提高預(yù)測精度。同時(shí)，在工程實(shí)際使用中，上述研究結(jié)果表明針對(duì)特定型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)可以建立估算nvPMmass_max的高精度近似方法。

基于ICAO航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放數(shù)據(jù)庫中CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在LTO循環(huán)階段的nvPMmass_max測量值和nvPMmass_STP測量值，由公式(2)可以計(jì)算得到CFM公司在產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放測量系統(tǒng)的綜合修正因子均大約為1.29，結(jié)果表明航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放測量系統(tǒng)的修正因子與航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)無關(guān)。因此，在獲得CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPMmass_max預(yù)測值的基礎(chǔ)上，利用公式(2)可以進(jìn)一步計(jì)算得到相應(yīng)型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的[nvPMmass_max]預(yù)測值。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放測量系統(tǒng)的相關(guān)修正因子是確定的，故航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段的[nvPMmass_max]和nvPMmass_max相對(duì)預(yù)測誤差是一致的，見表6。

表6 CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的[nvPMmass_max]值

根據(jù)ICAO CAEP/10航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放性能要求，由公式(1)可以計(jì)算得到CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPMmass_reg。在此基礎(chǔ)上，基于該方法計(jì)算得到的CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的[nvPMmass_max]預(yù)測值和ICAO航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放數(shù)據(jù)庫中給出的相應(yīng)[nvPMmass_max]實(shí)際值，對(duì)相關(guān)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放性能進(jìn)行了評(píng)估，其結(jié)果見表7。

表7 CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放性能評(píng)估

由表7可知：CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放性能預(yù)測結(jié)果與實(shí)際結(jié)果保持一致，其nvPM排放性能均是合格的；通過比較分析CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的相應(yīng)[nvPMmass_max]預(yù)測值和實(shí)際值相對(duì)于nvPMmass_reg的占比，可以發(fā)現(xiàn)兩者整體上也具有較高的符合性。同時(shí)，已有研究結(jié)果表明CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放性能在持續(xù)優(yōu)化，最新的LEAP型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放性能得到了顯著提升。因此，本文提出的基于等效程序的發(fā)動(dòng)機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放性能評(píng)估方法具有較高的可靠性，可用于預(yù)測航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放性能的變化情況。

4 結(jié) 論

本文對(duì)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究，總結(jié)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放合格審定的基本流程和相關(guān)要求，提出了一種基于等效程序的航空發(fā)動(dòng)機(jī)非揮發(fā)性顆粒物(nvPM)排放性能評(píng)估方法，并使用CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)測量數(shù)據(jù)對(duì)其有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，主要得到以下結(jié)論：

(1) 通過分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)LTO循環(huán)階段nvPMmass_max和[nvPMmass_max]相關(guān)預(yù)測結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的相對(duì)誤差，結(jié)果表明基于等效程序的航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放性能評(píng)估方法對(duì)不同型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放質(zhì)量濃度預(yù)測結(jié)果具有不同的精確度，還需要進(jìn)一步降低相對(duì)誤差。

(2) 通過分析CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)[nvPMmass_max]預(yù)測值和實(shí)際值相對(duì)于nvPMmass_reg的占比，結(jié)果表明航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放性能預(yù)測結(jié)果與實(shí)際結(jié)果保持一致，兩者具有較高的符合性，說明預(yù)測誤差沒有對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放性能的總體評(píng)估結(jié)果造成影響。

(3) 通過分析CFM公司在產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放性能的變化情況，結(jié)果表明基于等效程序的航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM排放性能評(píng)估方法可以有效預(yù)測分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM排放性能變化。