吞鳥對某渦軸發動機結構影響分析

弓可

摘 要：為研究吞鳥對某渦軸發動機結構方面的影響，對某渦軸發動機進行了吞鳥試驗。試驗中，用氣體炮將鳥射入發動機進氣道，發動機未熄火、停車，功率能在規定時間內恢復。試驗后對發動機進行檢查，結果表明吞鳥對發動機結構方面的影響主要集中在壓氣機部件，主要表現為葉片的擊傷，并未發生嚴重的結構損壞，試驗為該發動機的抗鳥撞能力提供了依據。

關鍵詞：吞鳥試驗;渦軸發動機;結構;影響

中圖分類號：V263.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0089-02

自飛機誕生以來，鳥撞就一直威脅著飛機的安全，隨著飛機數量及飛行次數的急速增長，鳥撞事故發生的也越來越多[1]。相比撞擊飛機其它部位而言，發動機遇到的鳥撞達到飛機遇到總鳥撞次數的60%以上[2]。鳥進入發動機后，輕則會對導致轉靜子葉片變形，發動機運轉不穩定，重則會使葉片折斷，導致發動機空中熄火。

為掌握某渦軸發動機是否具有吞鳥能力，對該渦軸發動機進行了吞鳥試驗，本文對吞鳥試驗后結構方面受到的影響進行分析。

1 試驗對象

本次的試驗對象為某渦軸發動機，該發動機是軸向進氣、單轉子燃氣發生器、自由渦輪式渦軸發動機，動力渦輪軸同心前輸出軸功率。發動機前部裝有粒子分離器，進氣氣流通過大曲率分叉流道和渦流機匣的預旋葉片產生徑向和周向偏轉，從而產生離心力。沙石、灰塵及其他外物在離心力、與壁面碰撞反彈的作用下進入主機匣外環清除流道，隨氣流通過清除葉片偏轉約90°沿切向進入渦殼，最后通過鼓風機排出機外。而清潔氣流則經內圈流路，并在反旋葉片消除旋流后進入壓氣機流道，其粒子分離器部分的工作原理如圖1所示。

2 試驗內容

2.1 試驗設備

該發動機軸功率為前輸出形式，軸重心前方需要連接測功器，因此，發射鳥的炮筒需要避開測功器，與發動機呈一定角度進行發射。

2.2 試驗過程

起動發動機后在地面慢車和空中慢車狀態各停留3min，然后上推中間功率狀態，穩定工作3min，按壓投射開關，炮筒在1s內以160km/h的速度向發動機進口投射2只重量分別為63.5g、94.7g的鳥，發動機穩定運行5min后下拉狀態停車。

3 吞鳥試驗對結構方面的影響分析

3.1 粒子分離器

從發動機吞鳥試驗后的檢查發現，粒子分離器主流道反旋葉片多處卡有鳥的殘骸，其中1號鳥殘骸卡在渦流機匣進口渦形葉片處，堵塞約1.5個通道，見圖2，鼓風機內及其出口均有很多被分離出的鳥的碎屑，渦殼內也有較多鳥的羽毛和碎屑。

分析認為，由于該發動機采用了整體式預旋粒子分離器設計，即將前段進氣組件與粒子分離器整合設計，可將鳥盡可能分離、排出發動機體外，由此可避免來流中鳥直接進入發動機主流道。經過計算，采用該粒子分離器設計后，鳥撞入發動機后，由于預旋葉片、反旋葉片和分流唇口的阻擋，大部分鳥的殘骸可被排出發動機體外，少部分鳥的殘骸可能卡在分流唇口處，其撞碎后的才還可能進入發動機主流道的概率約為6%。

3.2 壓氣機部件

壓氣機部件是鳥進入發動機主流道后影響最大的部件，不僅會造成軸流轉子葉片的損傷，還會影響轉靜子間隙，導致轉靜子刮磨，威脅發動機安全。

從對某發動機吞鳥試驗后壓氣機部件的檢查結果來看，零級導葉阻擋了部分鳥進入一級轉子葉片，如圖3所示，多片零級導葉葉片均有不同程度鳥的殘骸附著，未發現有明顯損傷。

壓氣機第一級葉片盤進氣邊有5處擊傷變形，其中兩片彎曲嚴重，彎曲長度最大的占葉片總長度的約3/4，如圖4所示。一片有點狀擊傷，擊傷面積約0.5mm×0.5mm。第五級葉片盤上涂層整圈刮磨，刮磨深度約0.1mm，葉輪外罩出口涂層刮磨，寬約10mm，流道中間有一處長約20mm的線狀刮磨。壓氣機機匣一、二級涂層輕微刮磨，無明顯手感。

3.3 燃燒室部件

從燃燒室部件的檢查結果來看，吞鳥對燃燒室的影響主要表現為燃燒后的殘渣附著在流道表面，在燃油噴嘴、渦流器等處附著較多，如圖5所示。

3.4 渦輪部件

吞鳥后，渦輪部件僅燃氣渦輪二級轉子葉片葉尖部位與外環之間產生了輕微刮磨，未見鳥的殘渣等，其余結構也未見異常，如圖6所示。

4 結語

發動機吞鳥后，發動機未出現熄火、停車的現象，功率也能在規定時間內恢復。通過對吞鳥試驗后對發動機結構方面的檢查結果，可以得到如下結論：

（1）通過設計整體式預旋粒子分離器，可將軸向進氣中的大部分鳥的殘骸分離、排出發動機外，提高發動機的抗鳥撞能力。

（2）吞鳥對該發動機的結構損傷主要集中在壓氣機部件，尤其是一級轉子葉片上，表現形式為葉片的擊傷變形。葉片并不會發生掉塊、斷裂等可能引起發動機失效的嚴重毀壞。

（3）壓氣機部件與渦輪部件轉靜子之間的刮磨并未產生掉塊且未傷及基體，不會影響發動機運行安全。

（4）發動機經過燃燒室、渦輪等高溫部件后，燃燒殘渣會附著在流道壁面及部分孔處，會對發動機性能產生一定影響，不會危及結構安全。

參考文獻

[1] 李榮懷.鳥撞事故及預防[J].外國空軍訓練，2001，（5）：44-45.

[2] 劉振江，成新元.加強機場防范鳥撞事故[J].國防科技，2015，36（3）：64-67.