航空发动机吞鸟要求的发展

2023-09-14沈锡钢

航空发动机 2023年4期

张清，沈锡钢，牛坤，李娜

（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳 110015）

0 引言

随着航空领域的快速发展，鸟类对飞行的危害不断凸显[1-3]。很多国家针对发动机吞鸟问题均制订了相应的要求[4-6]，规定了发动机在遭遇鸟撞击后必须具备的基本安全性和工作能力[7-9]，同时也规定了考核发动机具备上述能力所必须开展的验证要求，形成了各自的吞鸟验证体系[10-12]。总的来说，在民用航空发动机领域，主要依据适航规章开展吞鸟验证[13]，目前应用比较广泛的主要包括美国联邦航空局FAA 颁布的FAR-33《航空发动机适航标准》、欧洲航空安全局EASA 颁布CS-E《欧洲发动机合格证规范》、俄罗斯洲际航空委员会MAK 颁布的АP-33《航空规章33部》和中国民航总局CAAC 颁布CCAR-33R2《航空发动机适航规定》等。在军用航空发动机领域，主要依据航空发动机通用规范要求开展吞鸟验证，主要包括美国国防部颁布的MIL -STD -3024《推进系统结构完整性大纲》、JSSG-2007B《航空涡喷涡扇涡轴涡桨发动机联合使用规范指南》、MIL-HDBK-516C《军用航空器适航性审查准则》、英国国防部颁布的DEF STAN 00-970 PART 11《军用飞机用设计和适航性要求》、EMAR《欧洲军用适航性规章》和中国人民解放军总装备部批准的GJB 241A-2010《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》。

目前，中国首次开展大涵道比涡扇发动机研制，缺少按照适航规章完成吞鸟验证的经验，须继承中国军用航空发动机和国外同类型民用大涵道比发动机吞鸟验证成果，建立完善、系统、适用的标准规范体系。吴晶峰等[14]开展了民用适航要求的解读；丁水汀等[15]、李其汉[16]以安装性、结构完整性为出发点开展了民机适航体系和军用规范的分析研究；唐伟等[17]、于宏军[18]初步开展了适航标准与军用规范的对比分析；于宏军[19]、李岩[20]、张华等[21]对国内外军用适航标准和通用规范进行了初步探索；鲍梦瑶等[22]对民航适航规章衍变与发动机研制的关联性进行了初步分析；晏祥斌等[23]对军用涡扇发动机吞鸟适航符合性验证方法开展了研究，但未见到对国内外军、民用航空发动机吞鸟要求衍变过程和内容的系统综合分析，也未见到针对中国军用大涵道比发动机研制特点提出的吞鸟适航符合性验证方法。

本文针对大涵道比涡扇发动机吞鸟验证需求，对世界各国的适航规章和发动机顶层通用规范中吞鸟要求的重点衍变过程和衍变内容进行比较；并提出中国自主研制的军用大涵道比涡扇发动机吞鸟验证建议，为形成适用于中国军用大涵道比发动机吞鸟要求提供参考。

1 民用航空发动机适航规章吞鸟要求衍变

1.1 民用航空发动机适航规章吞鸟要求的衍变历程

目前，典型的民用航空发动机适航规章吞鸟要求分别在美国的FAR 33.76、欧洲的CS E800、俄罗斯的AP 33.76和中国的CCAR 33.76中提出。

1.1.1 美国的适航规章[24]

美国民用航空发动机适航规章，最早起源于1937年美国商务部航空局颁布的飞机发动机适航法规CAR 13。后随美国民航机构改革，美国联邦航空局代替了商务部，并随涡轮发动机的问世和发展，1965年美国联邦航空局FAA 颁布了第1 版FAR-33《航空发动机适航标准》。至今已经过35个版本的34次修订。据不完全统计，约有15个系列170型涡扇发动机按此规章完成适航取证。美国联邦航空管理局FAA 颁布的美国民用航空发动机适航规章吞鸟要求，最早起源于1965年颁布的咨询通告AC33-1《涡轮发动机外物吞咽和转子包容性型号合格取证方法》，吞鸟要求随外物吞咽要求与转子叶片包容性一并提出。经过2 次修订后，于1974年首次在FAR 33部中以外物吸入条款FAR 33.77 提出，此时鸟同水、雹、冰、“砂-沙”混合物和飞失的叶片、轮胎碎片等外物共同纳入其中，2000年首次以独立的吞鸟条款FAR 33.76提出。

截至目前，美国适航条款吞鸟要求经过9 次修正，涉及实质性变化的有6 次，衍变为现行有效的FAR 33.76吞鸟条款，见表1。

表1 FAR 33.76吞鸟条款

衍变内容具体来说：

（1）1965年，在AC33-1 中提出吞鸟要求时，验证类型分为大鸟群和小鸟群，鸟重范围分别对应0.9～1.8 kg 和56.7～113.4 g，鸟的数量按照发动机进口喉部面积进行计算。

（2）1968年，颁布咨询通告AC33-1A 时，补充了吞中鸟群要求，验证类型包括了大鸟群、中鸟群和小鸟群，形成了现行吞鸟要求的基础。

（3）1970年，颁布咨询通告AC33-1B 时，首次明确了大鸟数量减少到1 只，并对中鸟数量计算方法进行了优化。小鸟的质量、数量要求不变。

（4）1974年，正式颁布FAR33.77时，再次对小鸟、中鸟的质量和计算方法进行了优化，小鸟和中鸟质量调整为唯一值，中鸟数量计算方法进行改进，其余保持不变。

（5）1984年，在1974年版本基础上，对吞中鸟和小鸟验证后增加了持续运行5 min 的要求，以满足鸟撞后飞机返场的需求。

（6）2000年，通过AMD 33-20 提出，并于2002年正式以“33.76吞鸟”条款独立出现，在大鸟、中鸟和小鸟的验证要求上都发生了较大变化。

大鸟主要变化是质量由统一的1.8 kg 调整为按照发动机进口喉部面积选取3 个等级；试验程序由吞鸟后无要求调整为15 s内不移动油门杆，实现与整机包容和转子不平衡要求一致；撞击位置由最严苛区域细化为第1级转子叶片最危险的暴露部位。

中鸟是3 种验证类别中变化最大的，鸟的质量由统一的0.68 kg 调整为按照发动机进口喉部面积在4种质量中组合选择；鸟数计算方法进行优化，优化后同等面积下吞鸟数量更多；试验程序由吞鸟后持续运转5 min调整为20 min，并且给出了具体的运行程序；撞击位置要求也显著变化，由撞击进口最严苛区域细化为撞击核心机主流道和1 级转子叶片暴露的最关键位置。同时，增加了中鸟群的附加完整性验证，以考核核心机主流道以外的风扇组件最关键部位为目标，按照进口喉部面积，选取2 种质量鸟进行验证，验证程序与中鸟群相同。

对于小鸟来说，撞击位置优化与大鸟相同。试验程序优化与中鸟相同。

（7）2007年，通过AMD 33-24，针对喉道面积≥2.5 m2的发动机[32-33]，新增了大型群鸟的验证要求。鸟的数量为1 只，质量为按照发动机进口喉部面积选取3 个质量等级，撞击位置为不小于第1 级暴露的转子叶片50%叶高。

1.1.2 欧洲的适航规章[34]

欧洲民用航空发动机适航规章，最早起源于1926年英国民用航空管理局（CAA）颁布的BCAR《英国民航适航性要求》第C 章。1972年，出于民航领域同美国的竞争需要，成立了欧洲联合航空局JAA，代表欧洲各参与国的民用航空局，并颁布了联合适航性要求JAR-E《发动机联合航空性规章》[35]替代BCAR，成为欧洲通行的航空发动机适航要求，到2003年JAR-E 共经历了13 个版本12 次修订。2003年，随着欧盟国家一体化及欧洲民用航空竞争的需要，建立了欧洲航空安全局EASA，并颁布了审定规范CS-E《发动机合格证规范》替代JAR-E，至今经过5个版本的4次修订，成为现行有效的发动机合格证规范。

CS-E 中的吞鸟要求，起源于1972年1月的JARE 的C3-4 第20 章[36]“外物撞击和吞咽”条款。截至目前，吞鸟要求经过涉及实质性变化的4 次修订，分别对应JAR-E 的1986年change 7[37]、1999年change 10[38]、2003年AMDT12 和2003年颁布的CS-E 800，衍变为现行有效的CS-E 800吞鸟条款，见表2。

表2 CS-E 800吞鸟条款

衍变内容具体来说：

（1）1972年，吞鸟随其他外物一并在JAR-E C3-4第20章“外物撞击和吞咽”条款提出，对于鸟的验证类型分为大鸟、中鸟和小鸟。

（2）1986年，JAR-E change7 版中涡轮风扇发动机的吞鸟要求以C3-4 第20 章“鸟撞”独立出来，并提出了中鸟群考核时对发动机核心机的考核要求。在1990年change8中，以JAR-E 800“鸟撞”重新编号，内容始终不变。

（3）1999年，JAR-E change10 版再次对JAR-E 800 吞鸟要求进行了完善，主要变化在小鸟质量、中鸟的数量和运行程序上。变化后要求内容，以1984年的FAR33.77 为基础，吞鸟运行程序已经与2002年的FAR 33.76 相同，表明该次吞鸟要求提升中，欧洲适航规章先于美国。

（4）2003年，JAR-E 的第12 次变化后，JAR E 800与2002年的FAR33.76完全相同。

（5）2003年，颁布CS-E 时，基于第12 次修订的JAR E 800 中吞鸟要求，并吸纳了JAA 的NPA-E-45号提案公告“大型群鸟”，针对喉道面积≥2.5 m2的发动机，新增了吞入大型群鸟的要求，形成了CS-E 800条款。此时，CS-E 800 与后续美国于2007年颁布的FAR 33.76要求相同，表明该次吞鸟要求提升过程中，欧洲适航规章先于美国。

1.1.3 俄罗斯的适航规章[39]

俄罗斯民用航空发动机适航规章，最早起源于1967年前苏联民航总局颁布的НЛГС《苏联民航适航性标准》第6 章，经7 次修订后于1984年衍变为НЛГС-3《苏联民航适航性标准-3》第6 章[40]。1985年，按照经济互助委员会常务委员会的计划，并与经济互助委员会民航常务委员会在民用航空方面的合作，将该标准修订为ЕНЛГ-С《经济互助委员成员国的民用运输机适航性统一标准》第6 章，由经济互助委员会民用航空常务委员会颁布，作为前苏联正式贯彻执行的民航适航性标准。ЕНЛГ-С 与НЛГС-3 的第6 章所有内容、引文与条例均相同。1994年，为了向西方国家出口民用飞机获得西方国家适航当局的认可，俄罗斯洲际航空委员会以FAR-33（1993年1月1日）为基础，同时兼顾ЕНЛГ-С《经济互助委员成员国的民航适航性统一标准》第6章和JAR-E（change8，1990年3月4日）的要求，首次发布了俄罗斯AP-33（俄文АП-33）《飞机发动机适航标准33 部》[41]，后经2003年[42]、2012年2 次修订形成了现行有效的АP-33。其章节号与FAR-33完全相同。

АP-33 中的吞鸟要求，起源于1974年颁布的НЛГС-2 中НЛГС 6.5.2.9 外物吸入条款，鸟随水、冰雹、冰块等外物共同纳入其中。在条款衍变过程中，1994年颁布的版本AP 33.77 为分界线，吞鸟要求划分为2个阶段。1994年前，前苏联颁布的适航吞鸟要求与当时的欧洲标准JAR-E 吞鸟要求一致。1994年及以后，吞鸟要求与当时的美国规章FAR 33 保持一致，先后在1994、2003、2012年陆续修订吞鸟要求，分别与对应时间的FAR 33.77 和FAR 33.76 相对应，完成了标准的国际化接轨，衍变成现行有效的АP 33.76吞鸟要求，见表3。

表3 АP 33.76吞鸟条款

1.1.4 中国的适航规章[43]

中国民用航空发动机适航规章，起源于1988年中国民航总局颁布的第1 版CCAR-33 部《航空发动机适航规定》[44]，主要是参考了美国FAR-33 部33-11修正案制定，之后分别于2002、2012年参考FAR-33部的修正案33-20 和33-24 颁布了CCAR-33R1[45-46]和CCAR-33R2[47]，至今合计颁布3个版本。

CCAR-33 中的吞鸟条款，起源于1988年版本的CCAR 33.77 条款，经2 次修订衍变为现行的CCAR 33.76 吞鸟条款，各次衍变过程分别与同时期美国FAR 33对应内容相同，见表4。

表4 CCAR 33.76吞鸟条款

1.2 民用航空发动机适航吞鸟要求的衍变阶段分析

针对吞鸟要求，美国、欧洲、俄罗斯和中国的民用航空发动机适航规章虽然起源和内容不尽相同，但技术要求思路基本一致，并经各自多年衍变与修订，趋于一致，各适航规章吞鸟条款衍变历程关系如图1所示。

图1 各适航规章中吞鸟条款衍变发展

典型适航吞鸟要求从起源开始，总体上可以划分为6 个大的阶段，并先后于1999、2003 和2012年在内容实现统一：

（1）第1阶段，吞鸟危害性认识起源。

1965～1971年，适航吞鸟要求处于对吞鸟危害性认识起源阶段。以美国和欧洲为代表的国家、地区开始意识到发动机吞鸟的危害，率先启动了吞鸟要求的研究工作，并在这期间按照各自的体系不断完善要求。

（2）第2阶段，规章条款统一融合。

1972～1983年，适航吞鸟要求处于规章条款统一融合的阶段。以欧洲适航规章率先提出包含鸟在内的“外物吸入”条款为标志，吞鸟正式纳入各适航规章要求。美国、俄罗斯适航规章陆续增加了包含鸟在内的“外物吸入”条款。同时，美国和欧洲按照各自的研制体系分别完善要求，并相互借鉴和参考，不断更新，形成了吞鸟条款第1次统一的雏形。

这一阶段处于第1 代大涵道比发动机全面诞生阶段，这一阶段的产品具有20 世纪60年代末的设计特征。典型民用大涵道比发动机产品JT9D、CF6-6呈现出采用常规双转子构型、涵道比在5-6 左右、采用凸肩窄弦大尺寸风扇叶片的技术特点。这类产品都是以当时生效的适航吞鸟条款，即对应美国适航规章FAR 33.77（1974年）内容完成吞鸟验证和适航取证。

（3）第3阶段，与背景技术进步匹配。

1984～1993年，适航吞鸟要求处于与背景技术进步匹配阶段。以美国适航规章FAR 33.77 率先完成修订为标志，形成了各适航吞鸟条款第1 次统一的基础。中国参考FAR-33 颁布了第1 版CCAR-33 部，吞鸟要求以“CCAR 33.77 外物吸入”条款提出。1994年前，吞鸟要求以美国和欧洲为代表分别衍变，中国的适航规章要求始终与美国相同，而俄罗斯的适航规章要求变化则一直追随欧洲脚步。

这一阶段处于第2 代大涵道比发动机快速发展阶段，这一阶段的产品具有吸取第1 代经验教训的设计特征。典型民用大涵道比发动机产品CF6-80E1、CF6-80C2、CFM56-3、CFM56-3C、CFM56-5A1、PW4000 依然呈现出采用常规双转子构型、涵道比为5～6、采用凸肩窄弦大尺寸风扇叶片的技术特点。这类产品都是以当时生效的适航吞鸟条款，即对应美国适航规章FAR 33.77（1984年）内容完成吞鸟验证和适航取证。

（4）第4阶段，利用规章实现国际垄断。

1994～1998年，适航吞鸟要求处于利用规章实现国际垄断阶段。以苏联适航吞鸟要求的修订完成为标志，首次实现了美国、俄罗斯和中国3 国适航规章吞鸟要求的统一，条款内容上与1984年修订后的FAR33.77 相同，鸟仍然包含在“外物吸入”条款中。随后的1999年，欧洲适航规章“JAR-E 800 鸟的撞击和吞咽”条款完成衍变，在3 国统一的规章基础内容上，率先增加了中鸟、小鸟验证运行要求，与2000年的FAR 33.76相同。

这一阶段处于第3 代大涵道比发动机初始发展阶段，这一阶段的产品具有吸取第2 代经验教训的设计特征。典型民用大涵道比发动机产品CFM56-5B、CFM56-7B 、GE90-90B、Trent700、BR710、CF34-10，随着大尺寸无凸肩宽弦风扇叶片技术的发展，呈现出涵道比开始增大的趋势，已经出现了涵道比8 的产品，同时风扇叶片的应用也开始由凸肩窄弦向着无凸肩宽弦叶片发展。这类产品虽然是按照当时生效的适航条款，即对应美国适航规章FAR 33.77（1984年）内容完成吞鸟验证和适航取证。但已经开始按照FAR 33.76吞鸟要求的内容进行吞鸟能力摸底和探索。

（5）第5阶段，适航规章成熟与广泛应用。

1999～2002年，适航吞鸟要求处于适航规章逐步成熟与广泛应用阶段。以美国率先提出修订案对FAR 33.77 条款进行修订，形成了独立吞鸟要求FAR 33.76，即为各适航吞鸟条款第2 次统一的基础。随后，其他各规章条款陆续更新，并纷纷将吞鸟要求独立出来，形成了各自的吞鸟条款“CCAR 33.76”和“AP 33.76”，并以2003年俄罗斯AP 33.76条款内容更新完成为标志，第2 次实现了吞鸟要求的统一。统一后，条款内容上与2000年的FAR33.76相同。

这一阶段处于第3 代大涵道比发动机精细化设计阶段，民用发动机设计技术迅速发展。典型民用大涵道比发动机产品GE90-92B、GE90-115B 涵道比达到8 以上，并且应用了无凸肩宽弦风扇叶片技术，以当时生效的适航吞鸟条款，即对应美国适航规章FAR 33.76内容完成吞鸟验证和适航取证。

（6）第6阶段，专属条款升级和垄断。

2003～2012年，适航吞鸟要求处于专属条款升级和垄断阶段。以欧洲颁布CS-E时率先在吞鸟条款CS-E 800 中增加多羽毛大鸟要求为标志，形成了各适航吞鸟条款第3 次统一的基础。根据欧美规章一体化关于安全性分析要求，美国等各国陆续修订要求，并最终在2012年以俄罗斯适航吞鸟要求修订完成，实现了第3 次统一。即全部实现了要求申请人必须验证发动机吸入单只大鸟、中鸟群、小鸟群和大鸟群4种类型鸟的能力。

这一阶段处于第4 代大涵道比发动机一体化发展阶段，各类先进民用设计技术层出不穷，典型民用大涵道比发动机产品GP7200、Leap-X、GENX、TRENT1000 呈现出涵道比逐步增大到8-10 左右、大量应用无凸肩宽弦风扇叶片的技术特点，其中3 型为常规双转子构型，1 型采用常规3 转子构型。这些产品都是以当时生效的适航吞鸟条款，即对应美国适航规章FAR 33.76内容完成吞鸟验证和适航取证。

由于欧洲与美国在航空工业技术实力上处于同一技术水平，因此在有关航空器适航审定上达成了妥协和相互认可。经过二者对FAR 33.76 和CS-E800的不断修订，2项规章的吞鸟验证要求已经一致。

1.3 民用航空发动机适航吞鸟要求的内容衍变分析

综观世界适航规章吞鸟要求衍变的6个阶段，主要验证参数要求有8个版本。以对应美国适航规章吞鸟要求各版本的内容为代表，按照衍变的各阶段分别对应为AC33-1、AC33-1A、AC33-1B、FAR 33.77（1974年）、FAR 33.77（1984年）、FAR33.76（2002年）、FAR33.76（2007年）共计7个版本参数。此外，由于缺少与英国适航规章JAR-E C3-4第20章（1972年）吞鸟参数对应的美国适航规章，因此单独表达，具体见表5。

表5 民用吞鸟要求及其等效条款

各适航规章8 次核心内容修订中，鸟的质量、数量、运行程序、验证类型等方面都有了细化的要求，条款修订都得严苛程度都在大幅增加，具体如下：

（1）吞鸟验证类型方面，在单只大鸟、中型群鸟、小型群鸟基础上，从2003年起统一增加了中鸟群的附加完整性验证，从2013年起统一的增加了多羽毛大鸟验证。其中，要求吞入单只大鸟后发动机不产生危害性后果，吸入其他鸟型则要求发动机具有持续运行的能力。

（2）吞鸟验证方法方面，从1994年起统一增加了中鸟群通过可以替代小鸟群试验，从2003年起统一增加了包容性试验通过可以等效大鸟试验的验证方法；

（3）单只大鸟和小型群鸟验证参数方面，从统一的2003版起，对鸟重、运行程序和撞击位置进行了优化。

（4）中型群鸟验证参数方面，质量、数量和撞击位置都进行了大幅调整，严苛成度逐渐加大。此外，增加了中鸟群的附加完整性验证，以考核核心机主流道以外的风扇组件最关键部位为目标。

2 军用航空发动机通用规范/适航规章吞鸟要求的衍变

目前，典型的军用航空发动机规范/规章吞鸟要求在依据美国军用标准MIL-STD-3024《推进系统完整性大纲》、美国军用适航要求MIL-HDBK-516C《军用航空器适航性审查准则》、英国国防标准Def Stan00-970《军用飞机用设计和适航性要求》11部、欧洲军用适航要求EMAR《欧洲军用适航性规章》21部、GJB 241A-2010《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》和GJB 3727-1999《航空发动机吞鸟试验要求》中提出。

2.1 军用航空发动机规范/规章吞鸟要求的衍变历程

2.1.1 美国的规范/规章

2.1.1.1 美国通用规范[48]

美国航空发动机通用规范的起源于20世纪50年代颁布的MIL-E-5007A《航空发动机通用规范》，到2008年4月15日颁布军用通用规范MIL -STD -3024《推进系统完整性大纲》为止，共颁布了14 部，其中包括专门针对发动机结构而颁布的3 部结构完整性大纲。主要衍变历程为，70年代针对不同类型发动机，相继分别颁布了MIL-E-5007D《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》和MIL-E-8593A《航空涡桨、涡轴发动机通用规范》[52]；80年代相继对MIL-E-5007D 进行了2 轮修订，形成了MIL-E-5007E、MIL-E-5007F，并增加MIL-E-1783 内容，合并颁布了MIL-E-87231《航空涡喷涡扇发动机通用规范》，1995年年颁布了JSGS-87231A《航空涡喷涡扇涡轴涡桨发动机联合使用指导规范》替代MIL-E-87231。1998年经过对JSGS-87231A 修订形成JSSG-2007《航空涡喷涡扇涡轴涡桨发动机联合使用规范指南》[49]。进入21 世纪后，2004年经对JSSG-2007 修订形成了JSSG-2007A，2008年又对JSSG-2007A 修订形成JSSG-2007B[50]，并于2008年与MIL -STD -1783《发动机结构完整性大纲》合并形成了MIL -STD -3024《推进系统完整性大纲》[51-52]，作为研制依据一直延续至今。

MIL-STD-3024 中的吞鸟要求直接引用JSSG-2007 的吞鸟要求，即对应的3.3.2.1 吞鸟、4.3.2.1 吞鸟试验和对应的A3.3.2.1、A4.3.2.1 条内容，要求起源于1973年的MIL-E-5007D 的3.2.5.6.1 吞鸟和3.2.5.6.1吞鸟试验2 个章节，后随通用规范变更和章节的合并，衍变为现行有效的军机吞鸟要求JSSG-2007的为3.3.2.1 吞鸟、4.3.2.1 吞鸟试验、A3.3.2.1、A4.3.2.1 条吞鸟相关要求。其间，涉及吞鸟实质性变化的修订为由MIL-E-5007D到MIL-E-5007E的参数细化。

美国军标吞鸟要求提出开始至今，主要内容及变化如下：

（1）吞鸟要求在MIL-E-5007D 中提出开始时，对于鸟的验证类型也分为大鸟、中鸟和小鸟，形成了现行军机吞鸟要求的基础。

（2）在MIL-E-5007E 修订吞鸟要求时，主体要求不变，但细化了参数，验证要求更加严格。鸟的质量都有所增加。计算方法改为按照进气道面积或发动机进口面积；撞击位置方面，强调了1 kg 以上鸟撞击进口的关键位置；验证程序方面增加了高度的限制。

2.1.1.2 美国适航标准[53]

在军用航空器适航性方面，美国军方在20 世纪90年代初率先提出军机适航性的概念，在追求性能指标的同时，提高了安全性要求，并对F-15、F-16、F-22和F-35飞机进行了适航性审查。2002年10月，美国国防部颁布MIL-HDBK-516《军用航空器适航性审查准则》，随后分别于2004年2月25日、2005年9月26日、2018年1月、2008年2月，修订形成MILHDBK-516A、MIL-HDBK-516B、MIL-HDBK-516B1、MIL-HDBK-516C。

MIL-HDBK-516C 中对于吞鸟要求直接引用了JSSG-2007 的吞鸟章节和内容，在3.3.2.1、4.3.2.1、A.3.3.2.1 和A.4.3.2.1 中体现，具体要求内容与JSSG-2007一致，未发生变化。

2.1.2 欧盟的规范/规章

2.1.2.1 欧盟通用规范[54]

英国国防标准Def Stan00-970《军用飞机用设计和适航性要求》第11 部起源于1987年5月29日的国防标准Def Stan00-971，2006年1月27日完成更新。

Def Stan00-970 Part11 中吞鸟要求在3.E 800 中体现，具体要求为按照飞机的类型进行分类，内容涵盖CS-E 和JSSG-2007 中吞鸟要求。其中明确，运输机、海上侦察机和直升机发动机按照CS-E条款要求，高性能战斗机或教练机使用的发动机按照JSSG-2007要求。

2.1.2.2 欧盟适航性标准[55-56]

21 世纪初，欧盟各国分别发展了自己的军用航空器适航性准则。为解决欧盟内各国在军用航空器协作过程中的问题，欧盟各国成立论坛，参考美国的MIL-HDBK-516B 制定了EMAR《欧洲军用适航性规章》和EMACC Hand Book《欧洲军用适航性审查准则》，并对CH-47D（法国），安-70（乌克兰）、A400M（空客）、台风战斗机等开展了军用航空器适航性工作。

EMACC 依据和引用更多现有的规章条例标准规范执行，如其他MIL 标准规范、JSSG、FAR、TSO、AC等条例。更详细地规定了用于确定所有军用航空器系统的适航性审查标准，以方便有关军事适航当局、有关当局或其他实体用这份文件来界定航空系统适航性审查依据的基础文件。

EMAR 规定了军用航空器设计、制造、试验、运营、适航审定、TC/PC 的取证流程等各项适航性规章。其中，EMAR 21 是军用航空器适航性基础准则，包含适航技术和有关当局的程序2 部分。它主要包括了军用航空器的设计、制造、试验、维修等相关的各项适航技术要求；军用航空器型号合格证/限制型号合格证/补充型号合格证的授权、变更和批准等。对于吞鸟的具体要求在涵盖了JSSG-2007、Def Stan00-970-11、FAR 33和CS-E中吞鸟内容。

2.1.3 中国的规范/规章[57-59]

中国目前没有军用航空器适航性审查准则，吞鸟要求在通用规范和专用军标中提出。

中国航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范起源于1987年2月17日颁布的GJB 241-1987，吞鸟验证的相关要求完全借鉴了美国MIL-E-5007D；2010年9月16日，颁布GJB 241A-2010，代替GJB 241-1987，吞鸟验证的相关要求完全借鉴了美国MIL-E-5007E，要求主体不变，在细节上按照MIL-E-5007E进行了完善。

GJB 3727 是针对吞鸟的专用要求，规定了航空发动机吞鸟试验技术要求和试验方法，目前颁布的只有GJB 3727-1999 版本。GJB 3727-1999 在编制过程中引用了GJB 241-1987，并参考国外相关标准。其关于吞鸟试验条件的要求与GJB 241-1987 一致，另外对吞鸟过程中的一些细节提出了进一步说明，如试验设备及鸟的准备、试车程序、试车数据记录与整理等。本质上来说，其内容与MIL-E-5007E 中吞鸟要求相同，亦即与GJB 241A-2010 A 3.8.6.1 和4.4.2.4.5完全相同。

2.2 军用航空发动机规范/规章吞鸟要求的衍变阶段分析

各军用航空发动机规范/规章吞鸟要求衍变过程关系如图2所示。

军用吞鸟要求从起源开始，吞鸟要求的变化可以分为4个阶段：

（1）第1阶段，军机吞鸟要求首次提出。

1951～1979年，从美国军用航空发动机通用规范MIL-E-5007A 出现开始，于1973年首次在MIL-E-5007D提出吞鸟要求，形成了第1版军机吞鸟要求；

（2）第2阶段，军机吞鸟要求参数固化。

1980～2001年，以完成参数细化的MIL-E-5007E 吞鸟要求为标志，形成了现行有效的军机吞鸟要求，并一直沿用至今，成为世界通用的军机吞鸟验证依据；

（3）第3阶段，军机适航规章陆续颁布。

2002～2008年，以美国国防部颁布MIL-HDBK-516《军用航空器适航性审查准则》为标志，适航理念被引入军机研制，开启了军机适航验证阶段。后续，英国和欧洲陆续颁布了英国国防部标准和欧洲军用适航性规章，制定了在原军用吞鸟要求基础上增加了民机适航规章吞鸟要求的军机适航规章。

（4）第4阶段，欧美吞鸟要求自成体系。

2009年至今，以美国和欧洲为代表，军机吞鸟要分为2 类各自执行。美国军用航空发动机通用规范和适航规章中吞鸟要求相同，始终与1980年形成的吞鸟要求相同。英国和欧洲的军机吞鸟要求则在美国军用吞鸟要求上增加了民机适航要求内容，并按照不同飞机类型执行对应的要求。

2.3 军用航空发动机规范/规章吞鸟要求的内容衍变分析

综观世界军机吞鸟要求衍变历程，涉及核心验证参数的主要有3个版本。以对应美国军机通用规范吞鸟要求内容为代表，按照衍变的各阶段分别对应MIL-5007D（3.2.5.6.1、3.2.5.6.1）和JSSG - 2007（3.3.2.1、4.3.2.1、A3.3.2.1、A4.3.2.1）条内容。此外，由于缺少与英国国防部标准DEF 00-970-11 3.E800 吞鸟参数对应的美国军机通用标准，因此单独表达，具体见表6。

表6 军用吞鸟要求等效情况

对于前2 个版本的吞鸟，要求内容基本不变，仅为参数细化和圆整。引入适航理念后，美国仍然沿用军机通用规范要求，其他的军机适航规章验证要求在原有基础上增加了民机适航条款要求，具体如下：

（1）军机吞鸟要求自美国通用规范MIL-E-5007D 提出，在80年代修订的MIL-E-5007E 后，吞鸟要求一致持续至今，吞鸟验证要求在发展历程中没有本质变化，并一直作为各国军机吞鸟要求的基础。

（2）军机适航规章从2002年颁布提出开始，美国规章要求与通用规范要求协调一致；英国国防标准和欧洲军用适航要求中，吞鸟要求都涵盖了CS-E 和JSSG-2007 二者内容，且给出了根据不同类型飞机选择执行的具体内容。

（3）中国发动机通用规范在修订过程中主要借鉴美国航空发动机通用规范要求，吞鸟要求与美军标和美军机适航规章保持一致。

3 军民用航空发动机通用规范/适航规章吞鸟要求内容差异分析

随着英国和欧洲适航规章的颁布和更新，军机适航规章吞鸟要求已经完全涵盖了民机适航规章和军用航空发动机通用规范的要求。

本节对民用航空发动机适航规章和军用航空发动机通用规范内容差异进行分析，以民机适航规章吞鸟要求8 个版本内容和军用航空发动机通用规范吞鸟标准3 个版本内容为对象，对比军民机吞鸟要求的具体差异。吞鸟条款/标准如图3所示。

3.1 试验类型

民用航空发动机适航规章和军用航空发动机通用规范/适航规章对吞鸟验证的试验类型都包括了单只大鸟、中鸟和小鸟3 种类型。但民用航空发动机适航规章的中鸟验证要求包括了2 种验证要求，且从2007年起又增加了大型群鸟的验证要求。

3.2 试验参数

试验参数方面包括鸟的数量、质量、鸟速和发动机转速、撞击位置。

3.2.1 数量

FAR 33.76（2007年）版中只是增加了多羽毛大鸟的验证项目，因此对前8 个版本的军民用吞鸟要求的鸟数进行对比，见表7。

就鸟的数量来说，军、民用要求在要求起始时都是按照面积计算得到，且计算方法和结果基本相同。在后续衍变过程中，小鸟数量计算方法始终相同，大鸟数量也始终相同，为吞1只。

但对于中鸟数量，按照计算方法军用要求的数量始终多于民用。需要注意的是，这只是按照计算方法得到的结论，具体到军用规范中鸟验证内容中，始终强调的是每次试验吞1只中鸟。

3.2.2 质量

就鸟的质量来说，军民用要求起始时各鸟型质量等级基本相同，见表8。

表8 鸟的质量

FAR33.76 条款没有颁布前，同等验证类型下军用要求的鸟重高于民用要求。在FAR33.76条款正式颁布之后，中鸟和大鸟的质量在原要求质量基础上根据进口面积增加了不同质量要求。

3.2.3 验证状态

验证状态包括鸟速和发动机转速，具体来说军用规范的验证状态要求远远高于民用航空发动机适航规章要求。在大鸟验证状态二者相当，但中小鸟相差较大。

军用发动机通用规范始终要求在3 种状态下进行验证，分别包括了鸟速等于飞机起飞飞行速度，发动机转速为最大状态转速；鸟速等于3000 m 高度内飞机巡航飞行速度，发动机转速为巡航规定转速；鸟速等于1500 m 高度内飞机下滑飞行速度，发动机转速为下滑规定转速。

而民用航空发动机适航规章始终要求一种验证状态，鸟速为反应反映从地面到地面上460 m 的正常飞行高度所使用的空速范围内的最严酷条件的，但不应小于飞机的V1最小速度，发动机在100%起飞功率或者推力条件下进行。

3.2.4 撞击位置

就撞击位置，随着民机适航吞鸟要求的演变，相对于军用要求越来越严格，特别是从FAR33.76 颁布以后，明确提出了对准核心机主通道的要求，见表9。

表9 撞击位置

3.3 试验程序

就试验程序，民用适航吞鸟要求经过演变，要求已远高于军用航空发动机通用规范要求。其中，大鸟的验证程序二者没有明显差别，中、小鸟的试验程序，民用航空发动机适航规章对吞咽后的运行状态和时间做出明确的要求，具体如图4、5所示。

图4 军用航空发动机通用规范吞鸟运行程序

图5 民用航空发动机适航规章吞鸟要求运行程序

3.4 通过标准

就通过标准来说，军民用航空发动机吞鸟要求都分为安全性和运转能力2个方面要求，见表10。

表10 通过标准

对于大鸟，都要求发动机不应发生导致飞机损坏的危险性事件，对于中鸟和小鸟，则都要求吞咽之后具有足够的推力。所不同的是，推力损失量级上军用吞小鸟后的推力损失要求更加严格，而吞咽后的运行时间和程序方面，民用航空发动机要求更加严格。

3.5 吞鸟典型案例

本节通过对民用大涵道比发动机CFM56-5B 吞鸟典型案例介绍，加深对国外大涵道比发动机吞鸟适航验证的印象。

1993年，CFM56-5B 发动机按照FAR33.77 外物吸入条款完成FAA的适航取证。

采用整机级试验完成吞入0.68 kg 中鸟群试验。在发动机低压转子物理转速5070 r/min 状态，在0.3 s内6只0.68 kg的鸟先后投射到风扇叶片的叶中、凸肩和叶尖位置，发动机在1.5 s 内恢复稳定，通过了试验验证。

同时，采用部件试验完成了吞入1只1.15 kg中鸟试验。在旋转地坑中采用1 只1.15 kg 中鸟撞击风扇叶片70%叶高位置，并将受损叶片换装到整机上验证了87.2%推力。

4 结论

4.1 适航要求与通用规范吞鸟要求的关系[60]

国内外适航要求和通用规范吞鸟要求衍变历程和应用情况对比分析结果表明，欧美等国家、地区，适航规章、通用规范研究起步较早，经历了长期的、系统的研究与大量的型号应用验证，规章的不断修订和提高要求，经过了多个型号验证考核。吞鸟要求的颁布和实施借鉴了航空发动机的研制的实践经验，与技术/产品的相互促进，并呈现出螺旋式增长关系。各发动机吞鸟验证过程中，应用的吞鸟要求与同期技术能力相匹配，而更新内容或提高要求的吞鸟要求随工业技术水平的提升推广应用。

俄罗斯和中国的适航规章制定过程，具有一定的相似性，更多的是借鉴了适航领域更具话语权的美国和欧洲适航规章，缺少了适航要求的制定和发动机技术互锁，发动机研制过程和适航要求提高互促的过程，因此在具体的发动机验证中都没有严格的执行适航要求。

因此，建议现阶段中国军用大涵道比涡扇发动机吞鸟验证应用与中国工业技术水平或与发动机现有技术能力相匹配的吞鸟要求。

4.2 适航要求与通用规范吞鸟要求具体参数的关系

适航要求与军用航空发动机通用规范侧重点不同，即适航要求是保障航空发动机安全的最低要求，是以安全性为导向提出，但具体的应用需要考虑各个航空器制造商技术差异的平衡与妥协。军用航空发动机通用规范是型号研制的技术要求，需要考虑的是军机指标的先进性要求。因此，军用航空发动机通用规范具体要求比民机适航规章更加严格。

就国内外适航要求和通用规范吞鸟要求衍变历程和具体参数对比分析结果来说，从试验类型（科目）、试验参数、试验程序到验收标准，适航规章和通用规范参数逐步统一，并且呈现出参数要求越来越严格的特点。

吞鸟参数变化特点代表了适航规章和通用规范对发动机研制要求的变化方向。因此，建议制定符合中国国情的军机适航规章，作为未来军用发动机研制的依据和技术牵引，加速中国工业技术水平或发动机技术能力提升。