負加速度飛行載荷下APU滑油系統功能試驗驗證與研究

李博

（上海飛機設計研究院，上海201210）

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負加速度飛行載荷下APU滑油系統功能試驗驗證與研究

李博

（上海飛機設計研究院，上海201210）

摘要：對民用飛機輔助動力裝置（APU）在負加速度飛行條件下的滑油系統功能的試驗驗證方法進行了總結與研究。同時，通過對典型的APU負加速度飛行試驗數據的分析，對典型的APU滑油系統在負加速度載荷下的工作特性進行了總結，為民用飛機APU滑油系統的驗證提供依據。

關鍵詞：輔助動力裝置；滑油系統；負加速度

中國民用航空規章第25部《運輸類飛機適航標準》[1]對民用飛機輔助動力裝置（APU）滑油系統的負加速度載荷環境提出了具體的要求。根據CCAR 25.943條款的規定：“當飛機在第25.333條規定的飛行包線內作負加速度時，發動機、經批準在飛行中使用的輔助動力裝置，或者與動力裝置或輔助動力裝置有關的任何部件或系統不得出現危險的故障。必須按預計的負加速度最長持續時間表明滿足上述要求”。為使APU滑油系統滿足條款要求，系統研制過程中通常采用設計說明、設備合格鑒定或飛行試驗等符合性驗證方法。

本文對APU滑油系統的負加速度飛行試驗驗證方法進行了闡述，并總結了典型的負加速度載荷條件下的APU滑油系統工作特性。

1　試驗驗證方法

1.1適航條款關鍵點闡述

通過對CCAR25.943條款的理解及參考相關咨詢通告的建議，總結出以下幾點關鍵點：

（1）飛機在CCAR25.933規定的飛行包線范圍內作負加速度機動飛行時，不得產生危險的故障。負加速度值在0.0到-1.0g（g為重力加速度）之間。對于APU系統，“危險的故障”指附件或系統工作不正常，如熄火、供油中斷、超溫故障等。

（2）考慮各種臨界試驗條件進行飛行試驗，表明系統滿足在負加速度下的工作要求。對于APU系統（燃油系統的考核不在本文闡述），臨界條件主要指滑油系統采用最小滑油量。

（3）負加速度試驗時，通常每次在0.0到-1.0g之間的負加速度持續時間最少7 s，在負加速度狀態下總的累計時間至少20 s.

（4）單次負加速度持續時間需根據APU自身的系統特性確定[2]。本文涉及試驗的APU的單次負加速度持續時間最長為10 s.

1.2飛行試驗方法

APU系統負加速度飛行試驗通常結合飛機燃油系統、發動機、液壓系統、電氣系統等重要系統共同開展[3，4]。典型的飛行試驗方法如下：

（1）在進行負加速度試驗前，調整APU系統構型至試驗構型，如滑油量調整至臨界狀態。

（2）飛機及APU系統的測試改裝，比較關鍵的是加速度測量點應盡可能接近飛機重心位置。

（3）在APU工作在正常負載狀態下，飛機在飛行包線內以臨界的負加速度飛行。每個試驗狀態在0.0 到-1.0g之間的持續時間最少7 s，負加速度狀態下總的累計時間為20 s.飛機一般采用拋物線飛行法，即飛機先進入小角度俯沖，緊接著拉起，然后再推桿以產生負過載。

（4）試驗數據采集與分析，數據分析涵蓋APU系統的主要狀態參數。

（5）APU滑油系統檢查，一般進行滑油系統內的金屬屑檢查。

2　試驗結果及分析

2.1試驗數據分析

按上述試驗方法對某型APU進行了負加速度飛行試驗驗證，飛行參數與APU系統參數結果如圖1所示。試飛過程中飛機連續進行3次負加速度飛行，負加速度過載在0~-1g之間，3次負加速度動作持續時間在7~10 s范圍。APU在負加速度飛行期間，轉速穩定，排氣溫度穩定，滑油壓力急劇下降，同時滑油溫度有所降低。負加速度飛行動作結束后，滑油壓力與滑油溫度迅速恢復至正常值。

負加速度飛行期間，APU滑油壓力與溫度的降低屬于正常現象，主要原因是：在負加速度條件下，APU滑油箱內的滑油處于失重漂浮狀態，從而導致滑油離開油箱底部的滑油泵的吸油口，使得滑油泵不能有效地吸入滑油，導致供油量和供油壓力的降低。

APU的故障指示系統具有監控與指示APU狀態參數的功能。當APU滑油壓力急劇下降到正常可接受程度以下時，滑油壓力傳感器將觸發低滑油壓力的告警開關量信號，告警信號經APU控制器傳輸給飛機航電指示系統，進而向機組成員提供故障告警與指示（如圖1所示）。

圖1　APU負加速度飛行試驗數據

2.2滑油系統檢查

負加速度飛行試驗結束后，需進行滑油系統內的金屬屑檢查，以判定APU轉子組件在低滑油狀態下的無異常磨損。

通過APU滑油箱底部的磁性檢測器進行金屬屑檢查。拆下磁性檢測器接頭，檢查是否有金屬屑吸附。金屬屑檢查原則如圖2所示。如果檢測器接頭上有少量的金屬屑并且尺寸小于臨界值是可以允許的；如果金屬屑大于臨界值或有大量的金屬屑，須進行仔細的APU檢測以確定問題原因[5]。

經過數據分析與滑油系統檢查，確定除APU滑油參數變化外無其它異常狀態，表明了APU滑油系統能夠在負加速度飛行載荷下正常運行，符合適航條款的要求（如圖2所示）。

圖2　APU滑油系統金屬屑檢查原則

3　結束語

本文總結了民用飛機APU在負加速度飛行條件下的滑油系統功能的試驗驗證方法。同時，結合具體的APU負加速度飛行試驗數據，分析了典型的APU滑油系統在負加速度載荷下的工作特性，為民用飛機APU滑油系統的驗證提供參考。

參考文獻：

[1]CCAR25，運輸類飛機適航標準[S].

[2]TSO-C77，GAS TURBINEAUXILIARY POWER UNITS[S].

[3]陳戰斌，呂美茜，魏錦洲.某民機燃油系統負加速度供油性能試驗分析[J].科學技術與工程，2011，11（35）：8820-8823.

[4]《飛機設計手冊》總編委會．動力裝置系統設計[M]．北京：航空工業出版社，2006．

[5]HB/Z312-98，飛機燃氣渦輪輔助動力裝置安裝設計指南[S]．

中圖分類號:V231.3

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0033-02

收稿日期：2016-01-27

作者簡介：李博（1982-），男，遼寧北票人，工程師，碩士，從事民用飛機動力燃油系統設計與集成。

Experiment Study of APU Lubrication System Functionunder the Negative Acceleration

LI Bo
（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China）

Abstract:A typical function verificationmethod for APUlubrication system operatingunder the negative acceleration is introduced in this paper.Through the typical APU negative acceleration flight test data analysis，this paper summarizes the general APU lubrication system operating characteristics.This paper provided a foundation of APU system design and integration.

Key words:APU；lubrication system；negative acceleration