民用飞机喷气发动机地面台架侧风试验

王虎成

【摘 要】本文结合民用飞机喷气发动机适航条款，简要介绍了发动机地面台架侧风试验的基本方法，其中包括适用的33部条款，测试改装，侧风发生器，可变风扇外涵喷管，基本试验步骤以及主要测试支持硬件。

【关键词】喷气发动机;地面台架;侧风试验

中图分类号： V235 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）24-0061-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.029

【Abstract】This article was based on the civil aircraft jet engine airworthiness regulations， briefly discussed about the jet engine cross wind testing method on engine test stand， which including the test related Part 33 regulations， instrumentation， cross wind generator， Variable Fan Nozzle，general test process and the major test supporting hardware.

【Key words】Jet Engine; Engine Test Stand; Cross Wind Test

0 引言

当喷气式飞机在地面起飞阶段或者空中进近着陆阶段时，较强的侧风不仅会对飞机本身的操控品质带来显著影响，而且会影响发动机的工作状态，严重时可以导致发动机喘振甚至熄火。因此，无论是针对民用运输类飞机的25部适航规章，还是在专门针对飞机动力系统的33部适航规章，均有对侧风运行条件的相关规定。作为飞机发动机供应商，应对其发动机进行侧风地面试验，获取发动机侧风运行特性，并建立起发动机地面运行包线。侧风地面试验的测试结果，将是飞机主制造商在进行飞机大侧风试验试飞时的重要依据。

1 侧风试验

1.1 适航条款

发动机地面台架侧风试验涉及的适航条款主要分为两个方面：第一，发动机风扇叶片，风扇盘以及风扇出口导向叶片在侧风条件下的应力及振动特征，相应的FAA适航条款主要是FAR 33.83（a），33.83（b），33.83（c）和33.83（d）[1]，FAR 33.83是针对发动机振动的条款;第二，发动机风扇叶片在侧风条件下的工作特性，相关条款主要是FAR 33.65[2]，FAR 33.65是关于发动机喘振与失速的条款。

1.2 测试改装

在发动机上针对侧风试验而加装的测试传感器主要为高灵敏度的应变计和压力传感器。其中，应变计主要安装在风扇叶片，风扇盘和风扇出口导向叶片上，具体到每个部件的安装位置和应变片数量，需要结合部件结构、理论计算结果、测试通道等综合考虑。压力传感器用于测量通过发动机关键截面上的气流参数，例如进气道，风扇导向叶片出口，高压压气机出口，低压涡轮出口等。

1.3 侧风发生器

侧风发生器是发动机地面台架侧风试验的重要设备之一。侧风发生器可以产生速度均匀，方向稳定，可维持较长时间的人工侧风气流。侧风气流的风速和风向能够根据试验需要灵活设置，以满足被测发动机的全包线操作需求。侧风发生器的底座上可以安装滑轨或者轮子，以便调整侧风角度。

1.4 可变风扇外涵喷管

可变风扇外涵喷管也是侧风试验的重要设备，它主要由安装在外涵喷管处的调节片，调节片伺服机构和控制系统组成。通过改变调节片的收敛或者扩张角度，可以改变风扇外涵出口面积大小，从而进一步调节风扇出口压力。因此，通过一系列的角度调节，可以使发动机工作在风扇的整个工作特性曲线上，直至逼近风扇失速状态。

1.5 基本試验步骤

地面侧风试验一般按照如下基本顺序进行：

a）发动机制造符合性检查，试验台架符合性检查，以确认发动机实际构型符合设计图纸要求，试验台架设置符合试验大纲要求。

b）发动机推力校验测试，这也是大部分地面台架测试项目开始前及结束后的必要步骤，这是为了确保同一台发动机在不同的测试台架上，或者在经历了不同的测试项目之后，仍然能够保持同等的推力指标，保证了整个测试项目中所获数据的一致性。

c）可变风扇外涵喷管校验，以建立调节片角度与风扇工作状态之间准确的对应关系。

d）非侧风条件下的测试试验点。

e）侧风条件下的测试试验点，且风速由低到高，风向一般从90°侧风开始。在实际操作中试验人员应严密监控发动机状态，当确认当前侧风状态测试数据和结果可以接受时，再确定是否进行下一个试验风速或试验风向。

2 测试支持硬件

在发动机地面台架侧风试验中，除了应用到侧风发生器，可变风扇外涵喷管等关键测试设备外，还有一些测试支持硬件也必不可少，这里仅举两例予以说明。

风扇机匣加强环：当风扇在接近失速的状态下工作时，风扇和风扇机匣均会承受较大载荷，此时风扇机匣的形变量会加大，进而影响风扇叶片与机匣之间的间隙。因此，在进行较为临界的试验点时，可以在机匣外围加装风扇机匣加强环，提高机匣强度，减小形变量。机匣加强环不得与发动机原有管路或零部件产生位置冲突，因此在设计该加强环时需要综合考虑。

地面升降平台：为了尽可能地反映发动机在飞机地面运行时的侧风环境，台架上发动机的最低点位置与地面的距离应该和实际安装在飞机上的发动机与地面间距相同。然而实际上大部分地面测试台架在设计时为了满足多型号发动机和不同测试项目的需要，其挂架与地面间距要明显高于飞机上的挂架高度。为了解决这一问题，可以在试验发动机下方安装一个升降平台，用于模拟飞机实际运行时的地面。该升降平台必须与地面有良好的固定。

3 结语

发动机地面台架侧风试验是一个较为复杂的测试项目，且成本高，耗时长，涉及到的测试设备多。因此，在实际测试活动开始前，需要预留较长的时间来做好充分的准备和组织管理，列出各个检查项目，逐一确认后方可开展试验。

【参考文献】

[1]CFR14，chapter I，subchapter C，part 33，subpart F，2012.

[2]CFR14，chapter I，subchapter C，part 33，subpart E，1974.