民用飛機濺水試飛設計優化考慮

宣東

【摘 要】發動機進氣道濺水試驗目的是驗證飛機在積水跑道上滑行、起飛和著陸過程中，在進氣道可能吸入水的情況下是否對發動機的穩定工作造成影響，從而用來表明對適航規章CCAR25.1091（d）（2）條款的符合性。發動機進氣道濺水試驗是全機級的綜合性試驗，其中主要涉及動力裝置系統、APU系統、起落架系統、剎車系統、空速指示系統、環控系統以及飛機結構等。而為了改善濺水試驗的效果，采用更改飛機輪胎及增加擋水板的設計優化有著成本最小、改動量最小以及效果明顯等特征，本文重點對典型民機的濺水試驗設計優化分析，可以為民機的濺水試驗提供參考及借鑒。

【關鍵詞】濺水試驗；CCAR25.1091（d）（2）；起落架系統；無翻邊輪胎；雞尾流

0 引言

某型飛機在進行濺水審定試飛時，實驗過程中發現濺水明顯進入到發動機進氣道，雙發轉速出現不同程度波動，N1轉速最大下降幅值為5.3%，但發動機未見振動超限、超溫、喘振及熄火等異常現象，試驗結束后分析結果后發現濺水試驗中進水量過大，不滿足CCAR25.1091（d）（2）條款的要求，因此需要后續優化解決。

本文給出了采用多種前起輪胎構型對濺水試驗結果的影響，經過大量的研發試飛后發現尾吊飛機采用前起無翻邊輪胎可使濺水高度更高，同時濺水更貼近機身，大量濺水從發動機上方或吊掛處經過，而未進入發動機。

1 相關工作

在某型飛機完成濺水審定試飛后發現主要存在兩方面的問題：1.因水池布置在跑道中間的非平直段，水深不易控制，平均水深25mm，飛機見水量大，進入發動機水量較多；2.原裝機輪胎（前輪）具備一定的導水效果，但是不足將大量的水導出發動機區域，具備改進空間。

針對問題1對水池及水深方案進行優化，通過分析濺水審定試飛視頻，發現濺水過程中水型呈規律的波浪形，其高低變化與水深變化基本同步，因此認為水深對濺水水型有較大影響，按照AC20-124及AC25-7B的要求，后續試驗使用的水池長100m，寬8m，90%以上水面的水深不低于12.7mm（0.5inch），試驗區與跑道連接的兩側有平滑的進出口，能夠保障飛機正常滑入試驗區域和離開試驗區域，通過測量確定了跑道100m平直段位于750-850m范圍，水池采用35-30-35航向分割方案。

針對問題2對前輪輪胎進行設計優化分下面幾個方面進行詳細闡述：

有限元分析：利用Abaqus軟件，采用SPH（光滑粒子流體動力學）方法建立某型飛機前起輪胎濺水模型。

采用上述模型對12種不同翻邊方案進行仿真計算，計算結果表明G2和G6C輪胎的濺水控制最佳，翻邊過高或過低均不利于濺水控制，翻邊寬度加長后存在剛度不足，影響濺水控制，G6輪胎的翻邊形狀對濺水控制較為理想。

根據試驗數據、理論分析及有限元分析等，選擇了9個構型的輪胎（輪胎構型包括G0，H1，H3，D1，D3，D4，D5，D6，D7，其中G0為無翻邊構型）制造并用于研發試飛，速度點包括50/70/90/100/110/120kts。

從濺水形態及發動機響應看，所有翻邊輪胎對前輪濺水有一定的控制效果。尤其在90kts以下低速試驗點，濺水控制效果較好。所有翻邊輪胎中，H-1翻邊構型的濺水控制效果最佳。翻邊輪胎在90kts以上的高速試驗點，濺水控制能力降低；G0輪胎濺水形態與翻邊輪胎明顯不同，濺水高度更高，同時濺水更貼近機身。大量濺水從發動機上方或吊掛處經過而未進入發動機。在濺水嚴酷速度區內，G0輪胎的濺水形態及發動機響應均優于翻邊輪胎，前起輪胎不同構型濺水位置整理。

3 結論

通過本文分析，通過對某型飛機完成的大量輪胎構型濺水研發試驗對比可知，無翻邊使濺水軌跡更高更貼近機身而避免進入發動機，為尾吊飛機濺水解決方案提供了新的方向。試驗表明，通過輪胎翻邊的改進是無法避免水流進入發動機的，必須對條款進行更深入的解讀，并參考相似機型的取證經驗來共同驗證飛機合適的適航性，而不是一味的照搬照抄。本文僅對前起輪胎造成的濺水進行設計優化分析，并未對主起進入發動機的濺水主要來源于兩個輪子之間的雞尾流并未進行闡述，對于雞尾流進入發動機的濺水也是后續民航飛機設計研究的重點難題之一。

[責任編輯：朱麗娜]