發(fā)動機性能飛行試驗

六問.發(fā)動機性能試飛發(fā)動機既然已經(jīng)取得了33部TC證，為何裝上飛機之后，還需要開展一系列的飛行試驗呢？按照21部的要求，申請航空發(fā)動機型號合格證的法人必須表明符合33部中適用的條款。為此，發(fā)動機制造商需要完成一系列地面試驗和飛行試驗，可分為性能試驗、適用性試驗、耐久性試驗、環(huán)境試驗和飛行試驗。發(fā)動機作為飛機的“心臟”，在為飛機提供正反推力的同時，也與飛機其他各系統(tǒng)存在廣泛的交聯(lián)。從系統(tǒng)科學的角度來看，發(fā)動機作為飛機上最關(guān)鍵的系統(tǒng)之一，通過機械、電氣、功能接口與燃油系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、航電系統(tǒng)等組成了具有一定結(jié)構(gòu)和功能的有機整體，因此在滿足33部要求的基礎(chǔ)上，還需要表明符合25部中適用的要求。CCAR33部要求做哪些發(fā)動機飛行試驗呢？發(fā)動機飛行試驗可以分為4類，分別是性能試驗(Performance)、適用性試驗(Operability)、發(fā)動機控制試驗(Controls)以及短艙完整性試驗(NacelleIntegration)。性能試驗的目的是采集發(fā)動機性能數(shù)據(jù)，用于校準發(fā)動機性能模型，調(diào)整發(fā)動機推力管理表，典型試飛科目是飛行中推力確定，也就是IFTD試驗。適用性試驗的目的是測定發(fā)動機對油門桿和進氣流場變化時的響應，驗證在正常和應急使用期間不會出現(xiàn)不利工作特性，典型試飛科目有進氣兼容性試驗和發(fā)動機工作特性試驗等。發(fā)動機控制試驗的目的是驗證發(fā)動機控制裝置設(shè)計合理，在正常和應急使用期間不出現(xiàn)危險的故障，典型試飛科目有發(fā)動機空中起動試驗和發(fā)動機控制與操縱等。短艙完整性試驗的目的是驗證發(fā)動機有足夠的通風、除冰能力，在各種可預期的臨界條件下完成預定功能，典型試飛科目有短艙通風、短艙冷卻等試驗。發(fā)動機性能有什么樣的特性，對飛機性能有什么影響？發(fā)動機推力的溫度、高度特性曲線，隨著環(huán)境溫度升高，為了保持飛機性能，發(fā)動機設(shè)計了推力平直段，在拐點溫度前，通過增加供油量，提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速以維持推力不變，在環(huán)境溫度超過拐點溫度之后，發(fā)動機排氣溫度(EGT)達到限制值，發(fā)動機推力下降。在不同的高度，發(fā)動機拐點溫度也不相同。隨著飛行高度的增加，發(fā)動機推力降低；隨著飛行速度增加，發(fā)動機推力也降低。發(fā)動機性能指的就是發(fā)動機推力和油耗。發(fā)動機推力決定了飛機最大飛行速度，剩余推力決定了飛機的爬升和加速性能，同時，發(fā)動機的油耗也對飛機的續(xù)航性能有重大的影響。因此，分析飛機性能就需要發(fā)動機性能數(shù)據(jù)。通過發(fā)動機性能試飛數(shù)據(jù)所建立起來的發(fā)動機性能模型，可以為飛機性能計算提供數(shù)據(jù)，為發(fā)動機推力管理提供依據(jù)，并能給出發(fā)動機平均推力和最小推力，建立發(fā)動機驗收標準。而這一切的基礎(chǔ)，就是要通過IFTD試飛，最終得到AFTM模型，也就是平均飛行試驗模型。IFTD試飛如何進行呢？IFTD試飛方法并不復雜，主要是在不同的試驗點和相應引氣構(gòu)型下，保持被試發(fā)動機在不同換算轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定，并通過調(diào)整非試驗發(fā)動機推力保證飛機穩(wěn)定平飛，然后采集被試發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)性能數(shù)據(jù)。下圖給出了在飛機包線內(nèi)選擇的試驗點。這里給出了單個轉(zhuǎn)速試驗點的執(zhí)行流程。記錄數(shù)據(jù)20sp、Ma、記錄數(shù)據(jù)20sp、Ma、NIK等參數(shù),TBV、ACC、VBV等閥門位置數(shù)據(jù)分析檢查傳感器狀態(tài)，判斷數(shù)據(jù)有效性穩(wěn)定飛行5mMTBV.試驗點結(jié)束進入下T試驗點試驗點執(zhí)行流程首先，在試驗點要求的高度、速度、引氣構(gòu)型下保持穩(wěn)定飛行3?5分鐘，在此過程中監(jiān)控ACC（渦輪主動間隙控制閥1TBV（瞬態(tài)放氣閥入VBV（可變放氣閥）位置，被試發(fā)動機狀態(tài)穩(wěn)定后，開始記錄數(shù)據(jù)20秒，監(jiān)控飛機高度、速度等在要求的允差范圍之內(nèi)。最后再檢查傳感器狀態(tài)，判斷數(shù)據(jù)有效性，然后進入下一個試驗點。IFTD試飛方法較為簡單，但試驗過程中對速度、高度等的允差要求非常嚴格。IFTD試飛改裝如何進行呢？IFTD測試改裝主要有以下幾部分，發(fā)動機各截面總壓、拖錐靜壓、大氣總溫、燃油流量、引氣流量、VFG提取功率等。以CFM56發(fā)動機示意圖為例介紹發(fā)動機內(nèi)改裝。在外涵噴管進口截面、內(nèi)涵噴管進口截面安裝米字型測壓耙，然后利用發(fā)動機推力計算公式，計算得到發(fā)動機推力值。測壓耙結(jié)構(gòu)看起來像“米”字，因此又叫米字耙，每一支耙上分布有若干壓力測點。將米字耙上的氣壓接入掃描閥，同時將托錐壓力接入掃描閥作為參考壓力，掃描閥將此壓力差轉(zhuǎn)化成電信號輸出到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在飛行試驗中可以使用高精度的雙轉(zhuǎn)子燃油流量計，相比單轉(zhuǎn)子燃油流量計，精度更高。發(fā)動機測試改裝IFTD試飛的注意事項有哪些？IFTD試飛有幾個注意事項，首先就是IFTD必須使用新發(fā)，并且要求在N1轉(zhuǎn)速大于50%的前50個小時內(nèi)完成。隨著發(fā)動機工作時間增加，將出現(xiàn)性能衰退的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為發(fā)動機油耗上升EGT增大。下圖表示隨著使用時間增加，EGT裕度越來越小，即EGT線不斷向上移動、越來越接近紅線。對于飛行試驗用發(fā)動機，由于需要在最大功率和慢車之間頻繁調(diào)節(jié)發(fā)動機推力，因此性能衰退相對于航線使用更加顯著。在IFTD試飛期間，每隔10個小時安排一次健康檢查試飛，用于監(jiān)控發(fā)動機健康狀況。EGT裕度逐漸減小其次，試飛前需要清潔發(fā)動機。分析表明，若進氣道總壓恢復系數(shù)降低1%，發(fā)動機推力損失一般在1.5%?2%之間、耗油率上升0.3%?0.5%。因此，在IFTD試飛前，需要擦洗發(fā)動機進氣道、整流錐、風扇葉片、外涵道等部位。再次，短艙泄漏使發(fā)動機推力下降、油耗上升，因此飛行試驗前，需要進行短艙泄漏