民用飞机反推力装置对发动机短舱排液性能影响试验研究

周雷声++杨铁链

摘 要：为考察民用飞机反推力装置对发动机短舱排液性能的影响，在某型民用飞机涡扇发动机开展试验研究，具体研究了反推力装置收起方式、开始收起反推力装置时的飞机滑行速度以及短舱排液结构对发动机短舱排液性能的影响。研究结果表明：加快反推力装置收起过程和提高开始收反推力装置时的飞机滑行速度均可以改善发动机短舱的排液性能；排液结构是发动机短舱排液性能决定因素；反推力装置收起方式和开始收反推力装置时的飞机滑行速度是短舱排液适航验证试验需选取的两个关键参数。该文结论对民用飞机发动机短舱排液系统设计优化和适航验证试验具有一定参考价值和指导意义。

关键词：反推力装置 短舱排液 适航 验证试验

中图分类号：TU985 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0024-02

民用飞机作为一种重要交通运输工具已被日益广泛使用，针对民用飞机有专门的适航条款用以确保其安全性，飞机制造商需要在飞机交付前通过合适的验证方法用以表明飞机及其各个系统对相应适航条款的符合性。本文从中国民用航空规章第25部《运输类飞机适航标准》[1]中适用于发动机短舱排液的相关条款出发，就反推力装置对发动机短舱排液性能的影响开展试验研究。针对民用飞机发动机短舱排液系统设计研发和适航验证的试验研究，国外已开展了大量研究工作，如波音和空客在其各型民用客机和运输机上已多次进行相关研究，积累了丰富的设计和试验经验。而国内对该系统的研究过去主要集中在军机领域，具体研究方法和内容也并非严格遵循相应的适航要求，特别是在民机领域，尚处起步阶段，借鉴经验也较少，仅文献[2]对民用飞机发动机短舱排液需满足的适航条款以及验证试验方法进行了介绍。

本文严格从相应适航条款要求出发，针对某型民用飞机反推力装置对发动机短舱排液影响进行较为系统的试验研究，在国内尚属首次，对民用飞机发动机短舱排液系统设计优化和验证试飞开展具有一定参考价值和指导意义。

1 试验装置

民用飞机发动机短舱排液系统主要用于发动机短舱内部可燃液体输送组件失效泄漏时，将产生的漏液安全的排至机外。如图1所示，发动机短舱排液结构主要包括短舱整流罩底部的排液孔、排液漏斗以及通风排液孔排，飞行过程中短舱内部产生的大量漏泄在重力作用通过上述结构排至机外，具体排液能力取决于排液开口的尺寸和大小。

为了模拟发动机短舱内的可燃液体泄漏，试验前对试验飞机和发动机进行了测试改装，改装设备主要包括：水箱、水泵、计量阀、排液管路、控制系统和流量测量装置，各设备的作用及连接原理可参见参考文献[2]。

图2为反推力装置工作原理图。反推力装置在正常飞行过程中处于收起状态，发动机外涵道保持畅通，外涵气流通过外涵出口高速排出，为飞机提供飞行所需的正推力，当在飞机着陆后将根据飞行员指令展开，封闭外涵道出口，并使外涵气流通过反推格栅向飞机斜前方高速排出，为飞机提供减速所需的反推力。如（图2）所示，由于排液孔、排液漏斗以及排液孔排均位于反推力装置航向前方，因此当在模拟飞机着陆使用反推减速过程中发生发动机短舱泄漏时，由于反推气流的反向推动作用，会将一部分由短舱排液结构排出的模拟漏液推向航向前方，存在被吸入发动机进气道的危险，这是相关适航条款所不允许的。而造成上述吸入现象的主要因素包括：反推力装置收起方式（后文简称收起方式）、开始收反推力装置时的飞机滑行速度（后文简称收起速度）和发动机短舱排液结构（后文简称排液结构），本文针对上述三种因素对短舱排液特性的影响开展试验研究，用于短舱排液结构设计的优化和指导短舱排液适航验证试验的开展。

2 试验方法

在本文试验中，分别通过改变收起方式、收起速度和排液结构来具体考查短舱排液在反推气流作用下吸入发动机进气道的特性（后文简称吸入特性）。试验具体工况如表1所示，表中方式1表示在收起反推力装置时推力杆由反推最大功率位置先推至反推慢车功率位置再推至正慢车功率位置，方式2表示推力杆由反推最大功率位置直接推至正慢车功率位置，收起速度具体数值表示开始收反推力装置时即操作推力杆时的飞机滑行速度，结构1表示正常短舱排液结构（如图1所示），结构2表示对通风排液孔排进行封堵后的短舱排液结构。并且为清楚地显示短舱排出的模拟漏液的流动痕迹和到达区域的具体部位，还在模拟漏液中掺入了一定量的染色剂；此外，各次试验的模拟泄漏速率相同且在试验过程保持稳定不变。

3 试验结果与分析

试验1结果显示，发动机进气道唇口表面、进气整流锥及风扇叶片上均有明显的模拟漏液染色痕迹，表明有大量由发动机短舱排出的模拟漏液在反推气流作用下吸入了发动机进气道。表2为各试验过程中相关测量数据。表中可知，试验1过程中，飞行员在飞机减速至60节时采用方式1对推力杆进行操作，由于从操作油门杆到发动机功率状态响应的延时，当在1 s后将推力杆推至反推慢车功率位置时，飞机速度已降至58节，而发动机功率却只将至68%，远高于反推慢车功率（30%），再经过6 s后反推力装置完全收起，此时发动机功率为32%，仍大于反推慢车功率。根据反推力装置风洞试验结果，在以上从飞行员推油门杆到反推力装置完全收起的整个过程中，均会发生短舱排液在反推气流推动下进入进气道的吸入现象，并且在反推功率较大时最为明显。因此试验1结果不能满足适航要求。

试验2结果显示，进气道唇口表面、进气整流锥及风扇叶片上均有较为明显的模拟漏液染色痕迹，但染色程度相比试验1有所减弱，表明吸入发动机进气道的漏液量有所减小。由表2可知，试验2过程中在开始推动推力杆时飞机速度为59节，到反推力装置开始响应时飞机速度已降为57节，再到反推力装置完全收起时飞机速度已降为54节，而发动机功率降至37%，仍在反推慢车功率以上，因此在上述整个过程中同样发生了进气道吸入现象。相比试验1，由于反推收起所用时间有所减少，完全收起时的飞机速度更大，所以吸入量有所减少。进而表明采用方式2可以减弱进气道吸入现象，但仍不能满足适航要求。

试验3结果显示，进气道唇口表面、进气整流锥及风扇叶片上仍有染色痕迹，相比试验2结果又有所减弱，表明吸入发动机进气道的漏液量进一步减小。由表2可知，当将推动推力杆时的飞机速度提至63节后，可以提高反推力装置完成收起时的飞机速度，进一步缩短飞机速度低于60节后反推气流的作用时间，从而进一步减少吸入量，因此吸入现象相比试验2也进一步减弱，但不能完全避免，因此仍不满足适航要求。

试验4结果显示，在进气道唇口表面、进气整流锥及风扇叶片上已无可见染色痕迹，表明该试验构型下短舱排出的模拟漏液未被吸入发动机进气道中。由表2可知，当将推动推力杆时的飞机速度进一步提至70.5节后，反推力装置完全收起时飞机速度已提高至62.5节，高于60节，因此，根据前期风洞试验结果，在整个反推力装置关闭过程中，反推气流作用都不足以使短舱排出模拟漏液被吸入进气道中。因此，采用收起方式2并在70节时开始收反推力装置的方法可以有效避免进气道吸入现象的发生，使飞机满足相应的适航要求。

试验5结果显示，与试验4结果相同，在进气道唇口表面、进气整流锥及风扇叶片上均无可见染色痕迹，表明该试验构型下短舱排出的模拟漏液也未被吸入发动机进气道中。由表2可知，与试验3相比，虽然反推力装置完全收起时，飞机速度也已降至60节以下，仍未发生吸入现象，说明短舱排液结构改为结构2可以起到与试验4相同的作用。这是由于对通风排液孔排进行封堵后，短舱整流罩上大面积的排液出流得到抑制，使受反推气流作用的模拟漏液量大幅减小，从而有效阻止了排液被再次吸入进气道中。表明现有短舱排液结构中，通风排液孔排用于短舱排液的设计特征是引起进气道吸入现象的本质原因，进而表明可将如何减少通风排液孔排的排液出流量作为发动机短舱排液设计优化的一个具体目标。

4 结论

该文通过发动机短舱排液试验研究，可得出以下主要结论：

加快反推力装置收起过程和提高开始收反推力装置时的飞机滑行速度均可以改善发动机短舱的排液性能；

排液结构是发动机短舱排液性能决定因素；

反推力装置收起方式和开始收反推力装置时的飞机滑行速度是短舱排液适航验证试验中需选取的两个关键参数；

发动机短舱排液验证试验需考虑发动机功率状态响应延时性的影响。

参考文献

[1] 运输类飞机适航标准.中国民用航空规章，第25部，CCAR-25-R3[S].中国民航总局，2001.

[2] 杨铁链，周雷声.民用飞机动力装置短舱排液适航验证试验研究[J].航空科学技术，2013（6）：47-50.

试验3结果显示，进气道唇口表面、进气整流锥及风扇叶片上仍有染色痕迹，相比试验2结果又有所减弱，表明吸入发动机进气道的漏液量进一步减小。由表2可知，当将推动推力杆时的飞机速度提至63节后，可以提高反推力装置完成收起时的飞机速度，进一步缩短飞机速度低于60节后反推气流的作用时间，从而进一步减少吸入量，因此吸入现象相比试验2也进一步减弱，但不能完全避免，因此仍不满足适航要求。

试验4结果显示，在进气道唇口表面、进气整流锥及风扇叶片上已无可见染色痕迹，表明该试验构型下短舱排出的模拟漏液未被吸入发动机进气道中。由表2可知，当将推动推力杆时的飞机速度进一步提至70.5节后，反推力装置完全收起时飞机速度已提高至62.5节，高于60节，因此，根据前期风洞试验结果，在整个反推力装置关闭过程中，反推气流作用都不足以使短舱排出模拟漏液被吸入进气道中。因此，采用收起方式2并在70节时开始收反推力装置的方法可以有效避免进气道吸入现象的发生，使飞机满足相应的适航要求。

试验5结果显示，与试验4结果相同，在进气道唇口表面、进气整流锥及风扇叶片上均无可见染色痕迹，表明该试验构型下短舱排出的模拟漏液也未被吸入发动机进气道中。由表2可知，与试验3相比，虽然反推力装置完全收起时，飞机速度也已降至60节以下，仍未发生吸入现象，说明短舱排液结构改为结构2可以起到与试验4相同的作用。这是由于对通风排液孔排进行封堵后，短舱整流罩上大面积的排液出流得到抑制，使受反推气流作用的模拟漏液量大幅减小，从而有效阻止了排液被再次吸入进气道中。表明现有短舱排液结构中，通风排液孔排用于短舱排液的设计特征是引起进气道吸入现象的本质原因，进而表明可将如何减少通风排液孔排的排液出流量作为发动机短舱排液设计优化的一个具体目标。

4 结论

该文通过发动机短舱排液试验研究，可得出以下主要结论：

加快反推力装置收起过程和提高开始收反推力装置时的飞机滑行速度均可以改善发动机短舱的排液性能；

排液结构是发动机短舱排液性能决定因素；

反推力装置收起方式和开始收反推力装置时的飞机滑行速度是短舱排液适航验证试验中需选取的两个关键参数；

发动机短舱排液验证试验需考虑发动机功率状态响应延时性的影响。

参考文献

[1] 运输类飞机适航标准.中国民用航空规章，第25部，CCAR-25-R3[S].中国民航总局，2001.

[2] 杨铁链，周雷声.民用飞机动力装置短舱排液适航验证试验研究[J].航空科学技术，2013（6）：47-50.

试验3结果显示，进气道唇口表面、进气整流锥及风扇叶片上仍有染色痕迹，相比试验2结果又有所减弱，表明吸入发动机进气道的漏液量进一步减小。由表2可知，当将推动推力杆时的飞机速度提至63节后，可以提高反推力装置完成收起时的飞机速度，进一步缩短飞机速度低于60节后反推气流的作用时间，从而进一步减少吸入量，因此吸入现象相比试验2也进一步减弱，但不能完全避免，因此仍不满足适航要求。

试验4结果显示，在进气道唇口表面、进气整流锥及风扇叶片上已无可见染色痕迹，表明该试验构型下短舱排出的模拟漏液未被吸入发动机进气道中。由表2可知，当将推动推力杆时的飞机速度进一步提至70.5节后，反推力装置完全收起时飞机速度已提高至62.5节，高于60节，因此，根据前期风洞试验结果，在整个反推力装置关闭过程中，反推气流作用都不足以使短舱排出模拟漏液被吸入进气道中。因此，采用收起方式2并在70节时开始收反推力装置的方法可以有效避免进气道吸入现象的发生，使飞机满足相应的适航要求。

试验5结果显示，与试验4结果相同，在进气道唇口表面、进气整流锥及风扇叶片上均无可见染色痕迹，表明该试验构型下短舱排出的模拟漏液也未被吸入发动机进气道中。由表2可知，与试验3相比，虽然反推力装置完全收起时，飞机速度也已降至60节以下，仍未发生吸入现象，说明短舱排液结构改为结构2可以起到与试验4相同的作用。这是由于对通风排液孔排进行封堵后，短舱整流罩上大面积的排液出流得到抑制，使受反推气流作用的模拟漏液量大幅减小，从而有效阻止了排液被再次吸入进气道中。表明现有短舱排液结构中，通风排液孔排用于短舱排液的设计特征是引起进气道吸入现象的本质原因，进而表明可将如何减少通风排液孔排的排液出流量作为发动机短舱排液设计优化的一个具体目标。

4 结论

该文通过发动机短舱排液试验研究，可得出以下主要结论：

加快反推力装置收起过程和提高开始收反推力装置时的飞机滑行速度均可以改善发动机短舱的排液性能；

排液结构是发动机短舱排液性能决定因素；

反推力装置收起方式和开始收反推力装置时的飞机滑行速度是短舱排液适航验证试验中需选取的两个关键参数；

发动机短舱排液验证试验需考虑发动机功率状态响应延时性的影响。

参考文献

[1] 运输类飞机适航标准.中国民用航空规章，第25部，CCAR-25-R3[S].中国民航总局，2001.

[2] 杨铁链，周雷声.民用飞机动力装置短舱排液适航验证试验研究[J].航空科学技术，2013（6）：47-50.