尾吊布局民用飞机动力装置大侧风适航验证技术与经验

马建等

【摘 要】尾吊布局的民用飞机动力装置大侧风试验，是考核发动机在装机环境下进气道与发动机之间工作兼容性的适航试验，涉及对CCAR §25.939（a） （c）、§25.1091（a）（1）、§25.903（d）（2）和§25.1309（c）条款符合性验证，通过侧风地面试验制定出发动机在装机环境下的地面侧风运行包线，由侧风下的滑跑起飞和着陆试验验证发动机装机条件下的滑跑起飞侧风范围，并在飞行手册中给出飞机侧风飞行的要求和程序。

【关键词】尾吊布局；民用飞机；进气道兼容性；侧风性能

0 发动机进气兼容性试验概述

发动机的进气口在飞机结构中占有重要地位，而进气口非常容易受到其他条件的影响，如发动机的布局，机身机翼的干扰，发动机的操作情况、飞机的飞行工况等，常常会导致发动机的性能受到影响，严重情况下甚至会导致发动机颤振或失速。在包含航空发动机的商用飞机中，进气口既属于发动机的进气部件，又属于飞机气动结构的一部分，与发动机相关联的进气包容性适航条例在FAR33部中体现，与飞机相关联的进气包容性适航条例在FAR25部中体现。发动机的进气包容性就是为了保证发动机在飞行包线内满足所有操作特性。

1 尾吊布局飞机需要进行发动机装机环境下侧风验证的必要性

对于发动机尾吊布局的民用飞机，发动机进气道距离机身很近，进气道前方靠近机翼翼根，在这种布局下，飞机飞行攻角或偏航角的变化造成进气道入口的流场畸变。此外，机翼摆动均会造成进口流场的不均匀。另外进气道进气也会在强侧风下受周围机身机翼的干扰影响。在飞机研制阶段，尾吊布局飞机需要做更多侧风环境下的机上进气道兼容性试验。发动机安装条件下的机上进气道兼容试验试飞是为了验证适航规章条款： &25.1091、&25.939（a）（c）、&25.1121（a），同时也涉及到飞机总体专业需要验证的适航条款：&25.143（a）（b）、&25.233（a）、&25.237。

2 进气道兼容性试验方法

2.1 进气道兼容性地面试验

2.1.1 单独进气道/发动机兼容性试验

在发动机和飞机研制阶段，发动机供应商会进行台架模拟侧风的试验，验证单独进气道/发动机的兼容性，试验中发动机供应商采用风扇阵列的试验设备来模拟侧风环境，分别测试进气道在各种迎角和侧风条件下进气道畸变情况和发动机工作性能及振动情况。

2.1.2 机上安装环境下的进气道/发动机兼容性地面试验

发动机装机后，飞机完成首飞，首先会进入工程研发试验，对于尾吊布局的民用飞机，发动机装机下的进气道兼容性试验便是其中一项，在自然风条件下，摆放机身，使机身与来流保持在需求的侧风风向和风速下，测试发动机各个工作状态下的响应，监测发动机喘振和振动情况。综合试验结果制定出发动机在机上安装环境下的地面工作侧风边界。如图1所示，在静止起飞的侧风包线区域内飞机可以在静止状态下使发动机处于TOGA推力，松刹车正常起飞，在此侧风风速和风向范围内发动机运行功率不受限制，采用滑跑起飞方式可以在更大侧风下起飞，在AC 25-7A中也有推荐。在图中初步拟定的滑跑起飞区域内，飞机在滑行到一定速度后双发可推到TOGA完成起飞。

2.2 侧风起飞着陆进气道兼容试验

在完成发动机侧风机上地面试验后，确定出了发动机无功率限制的包线，也初步拟定了侧风滑跑起飞的侧风包线，这个包线需要试验来确定真实的侧风边界。

侧风滑跑起飞试验内容是在规定的侧风、尾风范围内进行起飞和着陆试验。为了验证飞机的侧风包线，侧风和尾风风速需要由小到大逐步来进行试验。

AC25对侧风速度要求如下：“取自惯导系统（INS）、塔台或地面活动记录站的风数据应修正为10米高度处的90°侧风分量值”。气象车在跑道旁实施采集气象数据，申请方根据采集的瞬时风速通过公式求出90°侧风风量值，求解公式如下：

V瞬时=V*Sin（φ风向-φ跑道）

上式中，V表示瞬时风速，φ风向表示瞬时风向，φ跑道为起飞着陆时跑道的方向。在综合统计所有试验点基础上，考虑实际运行的风速风向变化，制定出发动机装机后的地面风速风向的运行包线。

3 装机条件下发动机侧风试验经验

大侧风试飞转场前需要进行一系列的转场工作，这些工作主要包括：机场调研、测试改装、软硬件构型到位等。

在进行大侧风试飞前，需要评估飞机在大侧风试飞的安全性，并暴露潜在的风险。严格意义上讲，在上述所有前置试验准备都完成的情况下，方可进行大侧风试飞。

气象准确、及时的预报，对大侧风试飞的成败有着至关重要的影响。成功对侧风的预报，能减少无效试飞架次，有针对性的充分利用气象条件预报的侧风天气执行相关的试验点，从而大大提高试飞效率。气象数据应包括：风速、风向、大气温度、大气适度、可吸入颗粒物等。

大侧风试飞属于高风险科目，侧风起降尤其考验飞行员的驾驶技巧和心理素质。因此，在大侧风试验的前期准备时，应充分考虑所有可能影响安全的因素，针对潜在的风险制定详细的应急预案。具体的应急预案应该包括：飞机在滑行、起飞、着陆过程中失控条件下的应急处置、飞机可能冲出跑道的特情处置、大风条件下飞机无法着陆的备用机场选择等。

4 发动机侧风机上地面和飞行试验的难点

大侧风试飞是民机特情试飞的重要试飞科目之一，大侧风试飞科目对试飞机场的风速、风向都有特殊要求。制约和影响大侧风试飞进展的最主要因素是主要有如下几个因素：

1）满足试验要求的侧风条件难以遇到。对于侧风起降试验，需要风向垂直于跑道，这样的跑道在全国范围内很少有，同时具有大侧风天气和垂直侧风的跑道的机场国内罕有。大侧风试验需要持续而稳定的大侧风，在试验场地的大风天气一年中只有有限的次数，大风天的时间不确定，很容易错过，在试验时需要不断提前预报风速风向来抓住每个可飞的试验天气。另外由于试验的空域非常繁忙，在满足试验条件的天气下往往没有空域进行试验。

2）侧风起飞降落试验时很难把握风速风向。侧风起飞阶段，飞机在地面等待风向风速满足要求时开始滑跑，刚开始起飞时风速较大，由于风速风向的实时变化，在起飞过程中风速又减小了，风速难以达到试验要求。侧风着陆阶段会出现风速较小不满足试验要求，这时飞机须在空中盘旋等待风速，当地面气象车报的实时风速较大时，飞机开始着陆，这需要一段时间，等到着陆过程中风速又变小了，不能满足试验要求，需要飞机落地后再次起飞重复这样的着陆，直到在着陆中正好遇到持续的大侧风，导致试验点很难捕捉到满足试验要求的风速，增加了试验的重复量。同样由于风速风向的实时变化，在侧风地面试验中，发动机在各个功率状态下进行试验时，无法遇到持续稳定的满足试验要求的风速。

3）恶劣扬沙天气的飞行限制。试验场地属于沙漠戈壁，大风天往往伴随扬沙，在遇到需要的强侧风天气时，沙尘也随之而来，造成能见度很低，飞机无法进行飞行试验。另一方面，扬沙天气会对飞机发动机上安装的测试设备造成损伤，导致试验的进气道压力测量传感器损坏。

5 结论

尾吊布局民机发动机大侧风试验是验证机上安装环境下的进气道和发动机兼容性的试验，是动力装置专业的CCAR25部取证试验，是民机特情试飞的重要试飞科目之一，试验对气象要求高，难度大，本文总结的试验和试飞经验可对后续的动力装置试飞和适航取证起到参考。

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[责任编辑：汤静]