吞鸟对某涡轴发动机结构影响分析

弓可

摘 要：为研究吞鸟对某涡轴发动机结构方面的影响，对某涡轴发动机进行了吞鸟试验。试验中，用气体炮将鸟射入发动机进气道，发动机未熄火、停车，功率能在规定时间内恢复。试验后对发动机进行检查，结果表明吞鸟对发动机结构方面的影响主要集中在压气机部件，主要表现为叶片的击伤，并未发生严重的结构损坏，试验为该发动机的抗鸟撞能力提供了依据。

关键词：吞鸟试验;涡轴发动机;结构;影响

中图分类号：V263.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0089-02

自飞机诞生以来，鸟撞就一直威胁着飞机的安全，随着飞机数量及飞行次数的急速增长，鸟撞事故发生的也越来越多[1]。相比撞击飞机其它部位而言，发动机遇到的鸟撞达到飞机遇到总鸟撞次数的60%以上[2]。鸟进入发动机后，轻则会对导致转静子叶片变形，发动机运转不稳定，重则会使叶片折断，导致发动机空中熄火。

为掌握某涡轴发动机是否具有吞鸟能力，对该涡轴发动机进行了吞鸟试验，本文对吞鸟试验后结构方面受到的影响进行分析。

1 试验对象

本次的试验对象为某涡轴发动机，该发动机是轴向进气、单转子燃气发生器、自由涡轮式涡轴发动机，动力涡轮轴同心前输出轴功率。发动机前部装有粒子分离器，进气气流通过大曲率分叉流道和涡流机匣的预旋叶片产生径向和周向偏转，从而产生离心力。沙石、灰尘及其他外物在离心力、与壁面碰撞反弹的作用下进入主机匣外环清除流道，随气流通过清除叶片偏转约90°沿切向进入涡壳，最后通过鼓风机排出机外。而清洁气流则经内圈流路，并在反旋叶片消除旋流后进入压气机流道，其粒子分离器部分的工作原理如图1所示。

2 试验内容

2.1 试验设备

该发动机轴功率为前输出形式，轴重心前方需要连接测功器，因此，发射鸟的炮筒需要避开测功器，與发动机呈一定角度进行发射。

2.2 试验过程

起动发动机后在地面慢车和空中慢车状态各停留3min，然后上推中间功率状态，稳定工作3min，按压投射开关，炮筒在1s内以160km/h的速度向发动机进口投射2只重量分别为63.5g、94.7g的鸟，发动机稳定运行5min后下拉状态停车。

3 吞鸟试验对结构方面的影响分析

3.1 粒子分离器

从发动机吞鸟试验后的检查发现，粒子分离器主流道反旋叶片多处卡有鸟的残骸，其中1号鸟残骸卡在涡流机匣进口涡形叶片处，堵塞约1.5个通道，见图2，鼓风机内及其出口均有很多被分离出的鸟的碎屑，涡壳内也有较多鸟的羽毛和碎屑。

分析认为，由于该发动机采用了整体式预旋粒子分离器设计，即将前段进气组件与粒子分离器整合设计，可将鸟尽可能分离、排出发动机体外，由此可避免来流中鸟直接进入发动机主流道。经过计算，采用该粒子分离器设计后，鸟撞入发动机后，由于预旋叶片、反旋叶片和分流唇口的阻挡，大部分鸟的残骸可被排出发动机体外，少部分鸟的残骸可能卡在分流唇口处，其撞碎后的才还可能进入发动机主流道的概率约为6%。

3.2 压气机部件

压气机部件是鸟进入发动机主流道后影响最大的部件，不仅会造成轴流转子叶片的损伤，还会影响转静子间隙，导致转静子刮磨，威胁发动机安全。

从对某发动机吞鸟试验后压气机部件的检查结果来看，零级导叶阻挡了部分鸟进入一级转子叶片，如图3所示，多片零级导叶叶片均有不同程度鸟的残骸附着，未发现有明显损伤。

压气机第一级叶片盘进气边有5处击伤变形，其中两片弯曲严重，弯曲长度最大的占叶片总长度的约3/4，如图4所示。一片有点状击伤，击伤面积约0.5mm×0.5mm。第五级叶片盘上涂层整圈刮磨，刮磨深度约0.1mm，叶轮外罩出口涂层刮磨，宽约10mm，流道中间有一处长约20mm的线状刮磨。压气机机匣一、二级涂层轻微刮磨，无明显手感。

3.3 燃烧室部件

从燃烧室部件的检查结果来看，吞鸟对燃烧室的影响主要表现为燃烧后的残渣附着在流道表面，在燃油喷嘴、涡流器等处附着较多，如图5所示。

3.4 涡轮部件

吞鸟后，涡轮部件仅燃气涡轮二级转子叶片叶尖部位与外环之间产生了轻微刮磨，未见鸟的残渣等，其余结构也未见异常，如图6所示。

4 结语

发动机吞鸟后，发动机未出现熄火、停车的现象，功率也能在规定时间内恢复。通过对吞鸟试验后对发动机结构方面的检查结果，可以得到如下结论：

（1）通过设计整体式预旋粒子分离器，可将轴向进气中的大部分鸟的残骸分离、排出发动机外，提高发动机的抗鸟撞能力。

（2）吞鸟对该发动机的结构损伤主要集中在压气机部件，尤其是一级转子叶片上，表现形式为叶片的击伤变形。叶片并不会发生掉块、断裂等可能引起发动机失效的严重毁坏。

（3）压气机部件与涡轮部件转静子之间的刮磨并未产生掉块且未伤及基体，不会影响发动机运行安全。

（4）发动机经过燃烧室、涡轮等高温部件后，燃烧残渣会附着在流道壁面及部分孔处，会对发动机性能产生一定影响，不会危及结构安全。

参考文献

[1] 李荣怀.鸟撞事故及预防[J].外国空军训练，2001，（5）：44-45.

[2] 刘振江，成新元.加强机场防范鸟撞事故[J].国防科技，2015，36（3）：64-67.