民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)適航要求研究

賈 惟 何文博 / JIA Wei HE Wenbo

(中國民航大學(xué)，天津 300300)

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)適航要求研究

賈 惟 何文博 / JIA Wei HE Wenbo

(中國民航大學(xué)，天津 300300)

中國民用航空規(guī)章CCAR 25-R4《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》要求航空發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)危及飛行安全。圍繞25.903(c)款并對(duì)比33.74條和33.92條，從條款的內(nèi)容、制定背景、修訂原因以及技術(shù)內(nèi)涵四個(gè)方面全面分析了適航審定對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的要求。從發(fā)動(dòng)機(jī)合格審定和飛機(jī)合格審定兩個(gè)角度分析了適航符合性驗(yàn)證的基本內(nèi)容，為工業(yè)方理解適航條款提供參考，為局方開展型號(hào)合格審定工作提供支持。

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)；持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；適航

0 引言

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車、燃燒室熄火或者不工作時(shí)，氣流通過未點(diǎn)燃的發(fā)動(dòng)機(jī)并由氣動(dòng)力、轉(zhuǎn)子慣性和阻力矩共同作用而帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速的亞穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)狀態(tài)稱為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)車狀態(tài)[1]。導(dǎo)致渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入這種持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的原因有很多，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的影響程度也有所不同。所以，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)后，飛機(jī)仍然能夠繼續(xù)安全飛行直至降落，25.903(c)款和33.74條以及33.92條分別從飛機(jī)安全性和發(fā)動(dòng)機(jī)安全性的角度進(jìn)行了約束。

我國現(xiàn)行有效的CCAR 25-R4《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》和CCAR 33-R2《航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定》中關(guān)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)條款的制定均參照了FAR 25部和FAR 33部相應(yīng)的條款。為了深入理解發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的適航要求，對(duì)條款進(jìn)行適航性解釋，本文采用文獻(xiàn)研究法，對(duì)FAR 25部和FAR 33部中涉及到的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)條款進(jìn)行梳理，從條款內(nèi)容、修訂過程以及技術(shù)內(nèi)涵等多個(gè)角度對(duì)條款和符合性驗(yàn)證要求進(jìn)行分析，為運(yùn)輸類飛機(jī)和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)合格審定工作提供技術(shù)支持。

1 FAR 25.903(c)款

在20世紀(jì)40年代末期，F(xiàn)AA(Federal Aviation Administration)的前身CAA(Civil Aeronautics Administration)頒布了CAR 4b，用于運(yùn)輸類飛機(jī)的適航審定。隨著航空科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)CAR 4b進(jìn)行了多次修訂。與此同時(shí)，隨著渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)輸類飛機(jī)中的廣泛應(yīng)用，美國適航當(dāng)局于1957年頒布了SR 422，并于1959年頒布了SR 422B。1965年，F(xiàn)AA基于CAR 4b和SR 422B制訂了FAR 25部，作為運(yùn)輸類飛機(jī)適航審定的標(biāo)準(zhǔn)[2]。到目前為止，F(xiàn)AR 25部已經(jīng)更新到第25-142號(hào)修正案。

1.1 第25-0號(hào)修正案

FAR 25.903條最早來源于CAR的4b.401條款，它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)上的安裝、起動(dòng)以及控制等提出了一個(gè)整體性的要求。其中25.903(c)款對(duì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制提出了要求[3]。

1.2 第25-23號(hào)修正案

25.903(c)款要求：必須有在飛行中單獨(dú)停止和再起動(dòng)任何一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的措施，對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝，只有持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)危及飛行的安全時(shí)才需要有停止任一發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的措施；在防火墻的發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)，可能暴露于火中的停轉(zhuǎn)和再起動(dòng)系統(tǒng)的每個(gè)部件至少是耐火的。

從條款的內(nèi)容和要求可以看出，最初的25.903(c)款涉及到了兩個(gè)重要問題：一個(gè)是停止轉(zhuǎn)動(dòng)和再起動(dòng)的問題，另一個(gè)是耐火的問題。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)和再起動(dòng)的問題，要求必須具有在飛行中單獨(dú)停止任意一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的措施和再起動(dòng)的措施，對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝，如果其持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)危及飛行安全，則不需要符合這個(gè)要求。

FAA認(rèn)為，對(duì)于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，無論是停止任意一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)還是再起動(dòng)，都是沒有任何異議的。對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)來說，如果其持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)危及飛機(jī)的安全，則必須具有停止任意一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的措施。但是對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的再起動(dòng)問題，F(xiàn)AA的調(diào)查結(jié)果表明，從未發(fā)現(xiàn)任何安裝渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)輸類飛機(jī)沒有再起動(dòng)措施的情況。因?yàn)椋瑴u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的再起動(dòng)能力在操作訓(xùn)練中是必需的，并且這種能力對(duì)于預(yù)防發(fā)動(dòng)機(jī)意外停車也是極其重要的。

基于上述分析，F(xiàn)AA在第25-23號(hào)修正案中修改了25.903(c)款的內(nèi)容，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)再起動(dòng)進(jìn)行了區(qū)別性的要求。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的停轉(zhuǎn)，F(xiàn)AA要求必須有在飛行中單獨(dú)停止任意一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的措施，但對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝，只有其繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)危及飛機(jī)的安全時(shí)才需要有停止任意一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的措施。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的再起動(dòng)，F(xiàn)AA要求必須提供空中再起動(dòng)任意一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的措施[4]。

1.3 第25- 40號(hào)和第25-94號(hào)修正案

25.903(c)款中的另外一個(gè)重要問題就是耐火問題。由于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部起火后再起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并繼續(xù)進(jìn)行使用的情況是非常罕見的，因此FAA認(rèn)為要求再起動(dòng)系統(tǒng)部件耐火所帶來的收益很小，沒有必要對(duì)再起動(dòng)系統(tǒng)的部件提出耐火的要求。FAA考慮到這個(gè)實(shí)際情況，在第25- 40號(hào)修正案中對(duì)再起動(dòng)系統(tǒng)的耐火要求進(jìn)行了修訂，將原來要求“在防火墻中的發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)，可能暴露于火中的停轉(zhuǎn)和再起動(dòng)系統(tǒng)的每個(gè)部件必須至少是耐火的”修改為“在防火墻的發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)，可能暴露于火中的停轉(zhuǎn)系統(tǒng)的每個(gè)部件必須至少是耐火的”，也就是刪除了對(duì)再起動(dòng)系統(tǒng)的耐火要求[5]。

在第25-94號(hào)修正案中，對(duì)25.903(c)款中的文字錯(cuò)誤進(jìn)行了修訂，并沒有對(duì)條款的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)質(zhì)性地更改[6]。

與此同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)空中再起動(dòng)能力是飛機(jī)安全運(yùn)行所必須的。因此，為了進(jìn)一步明確對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)再起動(dòng)能力的要求，第25-40號(hào)修正案將原來的25.903(c)款中對(duì)涉及發(fā)動(dòng)機(jī)再起動(dòng)系統(tǒng)的要求進(jìn)行了擴(kuò)展，并新增為專門的一個(gè)條款，即25.903(e)款。該條款要求制定再起動(dòng)能力必須滿足的高度和空速條件，并且進(jìn)一步要求發(fā)動(dòng)機(jī)必須具有在此包線內(nèi)再起動(dòng)的能力。此外，該條款還對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)再起動(dòng)的點(diǎn)火條件也進(jìn)行了明確的要求。

2 FAR 33.74條

FAR 33.74條從發(fā)動(dòng)機(jī)安全性的角度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)提出了要求。

2.1 第33-17號(hào)修正案

上世紀(jì)90年代初期，為了提高美國和歐洲適航標(biāo)準(zhǔn)的一致性，美國和歐洲的適航當(dāng)局以及工業(yè)方對(duì)FAR 33部和JAR-E中的相關(guān)條款進(jìn)行統(tǒng)一，其中就涉及到風(fēng)車狀態(tài)的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)子鎖定裝置。當(dāng)時(shí)FAR 25部中的25.903(c)款中提到了這個(gè)問題。對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝，只有在持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)危及飛行安全的情況下才需要停止發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而當(dāng)時(shí)的JAR-E中提出了一個(gè)無滑油條件下風(fēng)車狀態(tài)的安全目標(biāo)。

為了與25.903(c)款中發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制要求和安全目標(biāo)保持一致，航空規(guī)章咨詢協(xié)會(huì)動(dòng)力裝置協(xié)調(diào)工作組建議在FAR 33部中增加33.74條，對(duì)風(fēng)車狀態(tài)提出明確的要求，確保發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車后的風(fēng)車狀態(tài)不會(huì)對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生危害性的影響。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)制造商必須滿足33.74條的要求，而33.74條的安全性要求與25.903(c)款相同，所以發(fā)動(dòng)機(jī)制造商可以直接為飛機(jī)制造商提供相關(guān)的信息，這樣就可以減少飛機(jī)制造商25.903(c)款符合性驗(yàn)證的工作，也可以降低飛機(jī)制造商的成本。在這樣一個(gè)背景下提出了FAR 33.74條[7]。

在針對(duì)NPRM 95-3的討論中，有評(píng)論者建議將“windmilling”修改為“continued rotation”，保證與25部中條款的一致性，同時(shí)“continued rotation”一詞也包含了機(jī)械和氣動(dòng)力學(xué)的影響。也有評(píng)論者認(rèn)為，33.74條中的文字表述欠準(zhǔn)確，比如“engine”應(yīng)修改為“any of the engine main rotating systems”，“l(fā)ikely to occur”應(yīng)修改為“and in the flight conditions expected to occur”。還有評(píng)論者認(rèn)為應(yīng)該將“typical installation”刪掉，因?yàn)檫@是針對(duì)所有安裝制定的要求。FAA接受了上述修改意見。

在進(jìn)一步討論中，有評(píng)論者指出應(yīng)該刪除“for any reason”這一表述或者對(duì)這一表述解釋清楚。因?yàn)槿绻惭b了轉(zhuǎn)子鎖定裝置，這個(gè)條款就要求在轉(zhuǎn)子鎖定裝置失效的情況下還要滿足條款的要求。FAA表示，該條款的初衷并沒有考慮轉(zhuǎn)子鎖定裝置的失效，因此FAA保留了“for any reason”這一表述，同時(shí)對(duì)“for any reason”這一表述進(jìn)行了補(bǔ)充和解釋，仍然包含了使發(fā)動(dòng)機(jī)停車的所有因素。

有評(píng)論者指出，應(yīng)該刪除“hazard to the aircraft”這一表述，用更明確的標(biāo)準(zhǔn)來代替。FAA接受了這一建議，通過引用33.75條使安全標(biāo)準(zhǔn)更加明確。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)這一級(jí)別進(jìn)行評(píng)估，不需要安裝在飛機(jī)上再進(jìn)行評(píng)估。

還有一位評(píng)論者提出，應(yīng)該確定轉(zhuǎn)子不平衡的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)接口處的負(fù)載并提交給發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)合格審定，但是FAA不同意這個(gè)觀點(diǎn)。FAA認(rèn)為，這個(gè)建議超出了該條款的制定范圍，因?yàn)樵摋l款僅僅涉及發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)特性，并不涉及各種發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載情況下飛機(jī)的結(jié)構(gòu)要求，而且該建議并沒有給出任何評(píng)價(jià)飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)接口處負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)只有在考慮整個(gè)飛機(jī)的時(shí)候才能進(jìn)行評(píng)估。

FAA綜合各方面的意見和建議，在第33-17號(hào)修正案中正式頒布了33.74條[8]。

2.2 第33-24號(hào)修正案

在2006年，由于對(duì)33.75條中的危害性發(fā)動(dòng)機(jī)后果進(jìn)行了比較大的修改，因此33.74條中對(duì)33.75條的引用也需要同步進(jìn)行修訂。GE公司提出，應(yīng)該在33.74條中引入對(duì)于危害性后果可接受的概率范圍，與33.75條保持一致，但是FAA并不同意上述觀點(diǎn)。FAA認(rèn)為，對(duì)33.74條的修訂僅限于對(duì)33.75條中危害性發(fā)動(dòng)機(jī)后果的引用，也就是33.75(g)(2)(i)目到33.75(g)(2)(vi)目。因此，在第33-24號(hào)修正案中，對(duì)涉及到的33.75條引用的內(nèi)容以及33.74條中的文字進(jìn)行了修訂[9]。

3 FAR 33.92條

FAR 33.92條針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鎖定裝置的試驗(yàn)提出了要求。

3.1 第33-6號(hào)修正案

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制的要求體現(xiàn)在FAR 25部中，這樣就將要求適用的對(duì)象限制為運(yùn)輸類飛機(jī)。FAA認(rèn)為，基本的風(fēng)車規(guī)定應(yīng)該適用于為所有飛機(jī)裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)。NPRM 71-12中指出，轉(zhuǎn)子或者滿足在沒有滑油的情況下進(jìn)入風(fēng)車狀態(tài)的要求，或者具備停止轉(zhuǎn)子風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)的措施，同時(shí)還提出要開展風(fēng)車試驗(yàn)[10]。

有評(píng)論者表示，對(duì)于單發(fā)飛機(jī)來說33.92條并不是必要的，3個(gè)小時(shí)的時(shí)間可能并不符合實(shí)際情況。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行軌跡的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上發(fā)生失效，應(yīng)根據(jù)推薦的飛行技術(shù)確定時(shí)間和轉(zhuǎn)速。當(dāng)然也有評(píng)論員對(duì)于沒有滑油條件下3個(gè)小時(shí)的備降時(shí)間持懷疑態(tài)度。FAA認(rèn)為，在審定期間不可能清楚了解每一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)最終的使用情況，因此需要建立一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)來表明在發(fā)動(dòng)機(jī)在可能遇到的常見的、典型的飛行軌跡下具備一定的安全性。3個(gè)小時(shí)的時(shí)間確實(shí)能夠代表一個(gè)預(yù)期的飛行軌跡所需要的時(shí)間，保持無滑油的風(fēng)車狀態(tài)3個(gè)小時(shí)也是可能的。

也有評(píng)論者提出，在軸承凍結(jié)的情況下要求發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)車轉(zhuǎn)速降低或者發(fā)動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，F(xiàn)AA對(duì)此表示了認(rèn)可。還有評(píng)論者指出，并沒有足夠的經(jīng)驗(yàn)表明有必要開展這些試驗(yàn)，如果符合這個(gè)條款則意味著發(fā)動(dòng)機(jī)審定的時(shí)候就需要開展飛行試驗(yàn)。FAA認(rèn)為使用經(jīng)驗(yàn)表明有必要開展這些試驗(yàn)，同時(shí)也指出飛行試驗(yàn)并不是必須的。FAA在第33-6號(hào)修正案中，正式提出了33.92條“風(fēng)車試驗(yàn)”[11]。

3.2 第33-10號(hào)修正案

在33.92條頒布后發(fā)現(xiàn)，上述條款應(yīng)用到亞音速飛機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)合格審定時(shí)，給發(fā)動(dòng)機(jī)制造商增加了不必要的負(fù)擔(dān)。經(jīng)過了多年的使用后，沒有事故報(bào)告指出發(fā)動(dòng)機(jī)在沒有滑油的情況下的風(fēng)車狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)災(zāi)害性的后果。因此，有評(píng)論者建議刪除33.92(a)款中對(duì)亞音速發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。但是，也有評(píng)論者對(duì)此產(chǎn)生質(zhì)疑，他們建議保留現(xiàn)有的條款，這樣可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)車狀態(tài)下使用故障的缺失進(jìn)行解釋，但是FAA并不同意。大多數(shù)正在服役的發(fā)動(dòng)機(jī)的審定基礎(chǔ)在33.92條頒布之前已經(jīng)確定，但是多年的服役過程中沒有出現(xiàn)風(fēng)車狀態(tài)導(dǎo)致危害性事故的報(bào)告。因此對(duì)于亞音速發(fā)動(dòng)機(jī)來說，已經(jīng)不需要進(jìn)行風(fēng)車狀態(tài)的試驗(yàn)了。但對(duì)于超音速發(fā)動(dòng)機(jī)來說，仍然需要進(jìn)行風(fēng)車狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槌羲侔l(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)車狀態(tài)的轉(zhuǎn)速比亞音速發(fā)動(dòng)機(jī)要高出很多，所以需要在33.92(a)款中對(duì)超音速發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行要求。

在討論過程中，也有評(píng)論者要求申請(qǐng)人提供證據(jù)表明發(fā)動(dòng)機(jī)在沒有滑油的風(fēng)車狀態(tài)下不會(huì)對(duì)飛機(jī)造成危害。FAA同意這個(gè)觀點(diǎn)，同時(shí)也為了與33.23條和33.77條保持一致，對(duì)33.92(a)(2)項(xiàng)和33.92(a)(3)項(xiàng)進(jìn)行了修改，進(jìn)一步明確了bursting的具體含義以及對(duì)33.23條中極限載荷的引用。在第33-10號(hào)修正案中對(duì)33.92條進(jìn)行了修訂[12]。

3.3 第33-17號(hào)修正案

33.92條經(jīng)過第一次修訂后，要求對(duì)安裝在超音速飛機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)車試驗(yàn)的同時(shí)，還需要對(duì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)和鎖定設(shè)備進(jìn)行持久性試驗(yàn)。在NPRM 95-3中，有評(píng)論者建議刪除33.92(a)款中的試驗(yàn)要求，同時(shí)澄清關(guān)于轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)和鎖定設(shè)備持久試驗(yàn)的要求，并且使之適用于所有安裝此設(shè)備的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)[7]。

刪除33.92(a)款的建議是基于世界上僅有的超音速商務(wù)運(yùn)輸機(jī)的服役經(jīng)驗(yàn)。英法兩國的協(xié)和號(hào)超音速客機(jī)自從1974年以來，經(jīng)歷了一些在超音速飛行條件下發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車的事件。在這些事件中，由于氣動(dòng)阻力的影響以及推力的損失，飛行速度很快降低到亞音速的水平。因此，開展超音速發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)車試驗(yàn)是沒有必要的。

由于刪除了33.92(a)款，因此將33.92(b)(1)項(xiàng)變?yōu)樾碌?3.92(a)款，同時(shí)在33.92條中要按照發(fā)動(dòng)機(jī)使用說明的規(guī)定操作停止和鎖定轉(zhuǎn)子的裝置。為了進(jìn)一步明確耐久性的含義，要求轉(zhuǎn)子在承受該狀態(tài)下持續(xù)飛行可能引起的最大扭矩的情況下，每一次鎖定后必須在這些狀態(tài)下保持靜止5分鐘。即使這樣，條款中也沒有對(duì)如何開展這些試驗(yàn)提供足夠的信息，只是通過增加5分鐘的時(shí)間來確定系統(tǒng)的耐久性。根據(jù)上述建議，在第33-17號(hào)修正案中對(duì)33.92條進(jìn)行了修訂，同時(shí)將條款名稱改為“轉(zhuǎn)子鎖定試驗(yàn)”[8]。

4 符合性驗(yàn)證要求概述

4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制符合性要求

1)如果不能完全停止渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，那么應(yīng)該表明，無論是風(fēng)車狀態(tài)還是可控的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，或者是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)停車，不會(huì)導(dǎo)致：

(1)動(dòng)力裝置(包括發(fā)動(dòng)機(jī)和附件)結(jié)構(gòu)損傷對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)或者飛機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響；

(2)可燃液體進(jìn)入火區(qū)或者點(diǎn)火源；

(3)對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生不利影響的振動(dòng)模式。

2)在所有飛行條件下，除非持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)將導(dǎo)致1)中的任何一種狀況出現(xiàn)，用來控制渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳、制動(dòng)器或者其他方法并不需要使發(fā)動(dòng)機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

3)如果通過發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣門、轉(zhuǎn)軸或其他類型的制動(dòng)器來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，除非有補(bǔ)償?shù)奶卣鞅ＷC發(fā)動(dòng)機(jī)失效或者臨界的運(yùn)行條件不會(huì)出現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)的單一故障或者失效不應(yīng)該引起進(jìn)氣門關(guān)閉或者制動(dòng)器失靈。

使用經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)表明，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生危害性影響，所以近些年設(shè)計(jì)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)并沒有采用停轉(zhuǎn)裝置來滿足這個(gè)條款的要求。但是，隨著寬弦風(fēng)扇葉片的應(yīng)用，不平衡量的增大導(dǎo)致不平衡載荷的增加，需要關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡振動(dòng)與飛機(jī)的相互作用，評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡振動(dòng)對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)的影響。

4.2 持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)符合性要求

1)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)可能是由于風(fēng)車或者由于機(jī)械作用引起的，可以通過試驗(yàn)或者分析的方法表明對(duì)33.74條款的符合性，并考慮典型的飛機(jī)安裝條件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。

2)空中停車以后，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件及其最大工作時(shí)間的分析，應(yīng)該考慮所有預(yù)期使用該發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)，如旋翼機(jī)、亞音速飛機(jī)以及超音速飛機(jī)等。

3) 需要考慮但不限于以下條件：

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)滑油完全流失；

(2)由于葉片脫落和葉片脫落導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子損傷引起的不平衡振動(dòng)。

應(yīng)當(dāng)結(jié)合上述條件以及發(fā)動(dòng)機(jī)單發(fā)停車后的飛行包線考慮持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間。

4)建立經(jīng)過驗(yàn)證的發(fā)動(dòng)機(jī)模型，在整個(gè)飛行包線范圍內(nèi)，通過分析、試驗(yàn)或者兩者相結(jié)合的方法，確定發(fā)動(dòng)機(jī)葉片脫落和葉片脫落對(duì)轉(zhuǎn)子造成損傷之后，轉(zhuǎn)子的不平衡量和發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，以及施加在發(fā)動(dòng)機(jī)/飛機(jī)截面上的情況，并在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝文件中提供相關(guān)的信息。

4.3 轉(zhuǎn)子鎖定裝置符合性要求

1)如果不能滿足持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的要求，申請(qǐng)人可以選擇在發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)設(shè)計(jì)中增加轉(zhuǎn)子鎖定裝置。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在空中不工作時(shí)，使用該裝置可以停止并防止發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。該裝置是發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)設(shè)計(jì)的組成部分之一，應(yīng)該與發(fā)動(dòng)機(jī)上的其他部件一樣，滿足相同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。此外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處在最大旋轉(zhuǎn)扭矩的工作條件時(shí)，轉(zhuǎn)子鎖定裝置應(yīng)該滿足33.92條款規(guī)定的工作規(guī)范和耐久性試驗(yàn)規(guī)范。最大旋轉(zhuǎn)扭矩的評(píng)估應(yīng)該考慮發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有損傷和無損傷這兩種情況。

2)有轉(zhuǎn)子鎖定裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)停車后，由于轉(zhuǎn)子鎖定裝置失效而持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣不滿足33.74條款的要求。所以，應(yīng)該按照33.75條款的要求，評(píng)估轉(zhuǎn)子鎖定裝置所有可能的失效模式，應(yīng)該考慮飛行中轉(zhuǎn)子鎖定裝置非指令性或者無意起動(dòng)的情況。

3)因?yàn)檗D(zhuǎn)子鎖定裝置的預(yù)期使用頻率很低，所以該裝置應(yīng)該設(shè)計(jì)成在發(fā)動(dòng)機(jī)正常的工作條件下，其性能的退化不會(huì)超出其使用限制，也就是仍然能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)停車后啟動(dòng)時(shí)完成其預(yù)定的功能。

4)為了重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子鎖定裝置應(yīng)該設(shè)計(jì)成能夠使機(jī)組解鎖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。如果重新起動(dòng)失敗，機(jī)組應(yīng)該能夠重新鎖定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。

5)應(yīng)該考慮進(jìn)氣溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)外表面溫度對(duì)轉(zhuǎn)子鎖定裝置的影響。

5 結(jié)論

本文全面闡述了25.903(c)款、33.74條和33.92條的制定背景、修訂歷史和技術(shù)要求，詳細(xì)分析了條款對(duì)應(yīng)的每一個(gè)修正案和修訂原因，初步提出了三個(gè)條款對(duì)應(yīng)的符合性驗(yàn)證要求。

如果持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)危及飛行安全，25.903(c)款要求必須具備停止任意一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的措施，與此同時(shí)，停轉(zhuǎn)系統(tǒng)的每一個(gè)部件必須是耐火的。因此，25.903(c)款是從動(dòng)力裝置的角度提出對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的安全性要求，其安全性目標(biāo)與33.74條是一致的。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商可以直接為飛機(jī)制造商提供相關(guān)信息以減少飛機(jī)制造商關(guān)于25.903(c)款的符合性驗(yàn)證工作。

33.74條款要求渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)導(dǎo)致非包容的高能碎片、客艙產(chǎn)生有毒氣體、不可控推力和火情、安裝系統(tǒng)失效或螺旋槳脫開，也就是說，33.74條從持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)失效影響的角度進(jìn)行了約束。如果發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)設(shè)計(jì)包括轉(zhuǎn)子鎖定裝置，除了需要滿足發(fā)動(dòng)機(jī)上的其他部件需要滿足的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)之外，還應(yīng)該滿足33.92條的提出的工作和耐久性要求。

[1] 王占學(xué), 王永杰, 喬渭陽, 等. 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速部件特性擴(kuò)展和風(fēng)車狀態(tài)性能模擬[J]. 推進(jìn)技術(shù), 2006, 27(2): 146-150.

[2] 白杰. 運(yùn)輸類飛機(jī)適航要求解讀第4卷：動(dòng)力裝置[M].北京: 航空工業(yè)出版社, 2013.

[3] Federal Aviation Administration. Final Rule Recodification and new Part 25 [Z]. U.S.Department of Transportation, November 4, 1964.

[4] Federal Aviation Administration. Final Rule Transport Category Airplane Type Certification Standards [Z]. U.S.Department of Transportation, April 1, 1970.

[5] Federal Aviation Administration. Final Rule Airworthiness Review Program, Amendment No.4: Powerplant Amendments [Z]. U.S.Department of Transportation, March 10, 1977.

[6] Federal Aviation Administration. Final Rule Transport Category Airplanes: Technical Amendments and Other Miscellaneous Corrections [Z].U.S.Department of Transportation, February 20, 1998.

[7] Federal Aviation Administration. Notice of Proposed Rulemaking Airworthiness Standards: Windmilling and Rotor Locking Tests, and Vibration and Vibration Tests [Z]. U.S.Department of Transportation, February 22, 1995.

[8] Federal Aviation Administration. Final Rule Airworthiness Standards: Windmilling and Rotor Locking Tests, and Vibration and Vibration Tests [Z]. U.S.Department of Transportation, May 29, 1996.

[9] Federal Aviation Administration. Final Rule Airworthiness Standards: Safety Analysis [Z]. U.S.Department of Transportation, August 27, 2007.

[10] Federal Aviation Administration. Notice of Proposed Rulemaking Aircraft and Aircraft Engines: Proposed Certification Procedures and Type Certification Standards [Z]. U.S.Department of Transportation, April 26, 1971.

[11] Federal Aviation Administration. Final Rule Aircraft and Aircraft Engines: Proposed Certification Procedures and Type Certification Standards [Z]. U.S.Department of Transportation, September 20, 1974.

[12] Federal Aviation Administration. Final Rule Aircraft Engine Regulatory Review Program: Aircraft Engine and Related Powerplant Installation Amendments [Z]. U.S.Department of Transportation, December 16, 1983.

Research on Airworthiness Requirements for Civil Aero Engine Continued Rotation

(Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China)

CCAR Part 25 presents a requirement for aero engine continued rotation which states that the continued rotation of aeroengine could not jeopardize the safety of the airplane. Based on the requirement of 25.903(c) and compared with 33.74 and 33.92, airworthiness requirements to aero engine continued rotation were analyzed from contents, background, amendments and technology. Method of compliance demonstration for continued rotation is analyzed from engine certification and airplane certification. The result shows the paper can provide a reference for industry to understand the regulation, and support for the type certification of CAAC.

civil aero engine; continued rotation; airworthiness

10.19416/j.cnki.1674-9804.2016.04.021

V23

A