宋江濤，鐘曉媚，雷 利

(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，陜西 西安 710089)

0 概述

航空發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的尾氣會(huì)產(chǎn)生燃料的產(chǎn)物—CO和CO2，它們可能通過(guò)機(jī)身縫隙和孔道進(jìn)入非密封艙，也可能隨通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入密封艙，飛機(jī)座艙狹小，如果CO和CO2進(jìn)入座艙其濃度會(huì)迅速上升，短時(shí)間內(nèi)可以形成嚴(yán)重污染，特別是對(duì)于密封增壓座艙。美聯(lián)邦航空局報(bào)道的航空事故遇難的4072名飛行員，其中有21名是由CO中毒造成。飛機(jī)的座艙環(huán)境對(duì)于保障飛行安全、維護(hù)空勤人員的身體健康具有重要作用。目前民用飛機(jī)座艙，普遍采用通風(fēng)式密封增壓座艙，座艙內(nèi)空氣被發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染的機(jī)會(huì)大為減小，但是有害氣體入侵的可能性依然存在，前蘇聯(lián)和美國(guó)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，在中國(guó)民用航空規(guī)章第25部中規(guī)定:排氣系統(tǒng)必須準(zhǔn)確安全地排出廢氣，在任何載人艙內(nèi)沒(méi)有一氧化碳影響，載人艙CO在空氣中的濃度超過(guò)50 ppm即認(rèn)為是危險(xiǎn)的［1］。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣所產(chǎn)生的CO對(duì)座艙的影響必須通過(guò)飛行試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

某型民用客機(jī)是70～90座級(jí)中短程支線客機(jī)，飛機(jī)采用二人駕駛體制，駕駛艙并排布置正、副駕駛員座椅，飛機(jī)座艙為密封艙，為我國(guó)首次按照適航標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取證的客機(jī)。本文依據(jù)中國(guó)民用航空規(guī)程條款，主要研究發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中CO對(duì)飛機(jī)載人艙的污染，提出可行的試飛方法，并進(jìn)行飛行試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 測(cè)試原理及測(cè)點(diǎn)分布

在進(jìn)行某型民機(jī)載人艙CO濃度測(cè)試時(shí)采用紅外線CO氣體分析儀。紅外線氣體濃度分析儀原理是基于不同的氣體有選擇性的吸收一定波長(zhǎng)的紅外線這一性質(zhì)，氣體分子對(duì)紅外線的吸收是由于分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)引起的，只有在紅外線光譜的頻率與分子本身的特定頻率一致時(shí)，這種分子才能吸收紅外光譜輻射能［2，3］。紅外線光源發(fā)出的紅外線能量為I0，它通過(guò)一個(gè)光程為L(zhǎng)的多次反射氣室之后，能量轉(zhuǎn)變?yōu)镮，如果氣室中有吸收紅外線能量的氣體時(shí)，依據(jù)比爾定律則能量 I滿足［4，5］:

式中:I0通過(guò)待測(cè)組份前的光強(qiáng)度;

I通過(guò)待測(cè)組份后的光強(qiáng)度;

K待測(cè)組份的吸收系數(shù);

C待測(cè)組份的濃度;

L光線通過(guò)待測(cè)組份的長(zhǎng)度(測(cè)量氣室長(zhǎng)度)。

進(jìn)行某型民機(jī)座艙CO氣體濃度測(cè)量時(shí)，在飛機(jī)座艙內(nèi)布置4個(gè)測(cè)量點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)的分布如圖1所示。1#測(cè)量點(diǎn)布置在駕駛艙觀察員座位處，2#、3#、4#測(cè)量點(diǎn)平均分配在客艙中心軸線上。測(cè)量點(diǎn)的高度距座艙地板1.4 m，該高度為人坐在座椅時(shí)呼吸氣體高度，氣體分析儀可實(shí)時(shí)的對(duì)CO濃度進(jìn)行測(cè)量。

圖1 某型客機(jī)座艙CO濃度測(cè)量點(diǎn)布置示意圖

2 試飛方法

航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)排氣產(chǎn)生的CO可能通過(guò)機(jī)身縫隙和孔道進(jìn)入載人艙，也可能是尾氣重新進(jìn)入動(dòng)力裝置，通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)入載人艙。因此在進(jìn)行飛行試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)時(shí)，選擇起飛、降落、側(cè)風(fēng)等對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾流場(chǎng)產(chǎn)生影響的動(dòng)作進(jìn)行飛行，在上述因素的影響下，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣有更大機(jī)率進(jìn)入載人艙，測(cè)量該狀態(tài)下座艙的CO濃度。飛機(jī)防冰系統(tǒng)工作時(shí)，防冰系統(tǒng)的氣體也可能對(duì)尾流場(chǎng)產(chǎn)生影響，對(duì)載人艙的CO濃度產(chǎn)生影響。依據(jù)可以影響發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流場(chǎng)的因素，擬在下述飛行狀態(tài)下進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染項(xiàng)目的飛行試驗(yàn)。

(1)正常飛行姿態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣對(duì)座艙CO濃度的影響

在平飛狀態(tài)打開(kāi)雙發(fā)引氣，測(cè)量駕駛艙和客艙CO氣體濃度;在爬升和下降過(guò)程中，測(cè)量駕駛艙和客艙CO氣體濃度。

(2)自然風(fēng)狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)排氣對(duì)座艙CO濃度的影響

側(cè)風(fēng)起飛/著陸條件下，打開(kāi)雙發(fā)引氣，測(cè)量駕駛艙和客艙CO氣體濃度;順風(fēng)起飛/著陸條件下，打開(kāi)雙發(fā)引氣，測(cè)量駕駛艙和客艙CO氣體濃度。

(3)空調(diào)系統(tǒng)在不同狀態(tài)工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣對(duì)座艙氣體濃度影響

打開(kāi)雙發(fā)引氣，發(fā)動(dòng)機(jī)最大連續(xù)狀態(tài)，機(jī)翼防冰打開(kāi)，短艙防冰打開(kāi)，測(cè)量駕駛艙和客艙CO氣體濃度;打開(kāi)雙發(fā)引氣，發(fā)動(dòng)機(jī)最大連續(xù)狀態(tài)，機(jī)翼防冰關(guān)閉，短艙防冰打開(kāi)，測(cè)量駕駛艙和客艙CO氣體濃度;打開(kāi)雙發(fā)引氣，發(fā)動(dòng)機(jī)最大連續(xù)，機(jī)翼防冰關(guān)閉，短艙防冰打開(kāi)，測(cè)量駕駛艙和客艙CO氣體濃度;打開(kāi)應(yīng)急通風(fēng)，測(cè)量駕駛艙和客艙CO氣體濃度;上述每個(gè)狀態(tài)的試驗(yàn)時(shí)間為30 min。

在上述試驗(yàn)過(guò)程中，關(guān)閉輔助動(dòng)力裝置的引氣。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 正常飛行姿態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

在35 000ft高度時(shí)，雙發(fā)引氣打開(kāi)，空調(diào)系統(tǒng)正常工作，在發(fā)動(dòng)機(jī)最大連續(xù)和按需兩種條件下進(jìn)行試飛測(cè)量座艙 CO氣體濃度;爬升到 10 000ft、20 000ft、30 000ft高度以及下降到32 000ft、20 000ft、10 000ft高度時(shí)進(jìn)行座艙CO氣體濃度測(cè)量。測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 CO(ppm)濃度測(cè)量結(jié)果

從表1可以知，在平飛、爬升和下降過(guò)程中，座艙的一氧化碳濃度最大為0.4 ppm，小于規(guī)定的50 ppm。在不同飛行狀態(tài)，載人艙CO濃度無(wú)明顯變化。

3.2 側(cè)風(fēng)試驗(yàn)結(jié)果

表2是飛機(jī)在側(cè)風(fēng)條件下起飛/著陸時(shí)，雙發(fā)引氣打開(kāi)、APU引氣關(guān)閉以及雙發(fā)引氣關(guān)閉、APU引氣關(guān)閉時(shí)座艙CO氣體濃度測(cè)量結(jié)果。風(fēng)速是換算到正側(cè)風(fēng)條件下的風(fēng)速平均值。

表2 側(cè)風(fēng)條件下起飛/著陸時(shí)CO測(cè)量結(jié)果

從表2可知，在側(cè)風(fēng)起飛/著陸條件下飛機(jī)座艙CO氣體濃度最大值:0.6 ppm，雙發(fā)引氣打開(kāi)、關(guān)閉兩個(gè)狀態(tài)的起飛著陸座艙CO濃度無(wú)明顯變化，小于規(guī)定值50 ppm。

3.3 空調(diào)系統(tǒng)在不同狀態(tài)工作的試驗(yàn)結(jié)果

在25 000ft高度和15 000ft高度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)雙發(fā)引氣打開(kāi)，空調(diào)系統(tǒng)正常工作，發(fā)動(dòng)機(jī)最大連續(xù)狀態(tài)工作，飛機(jī)短艙防冰和機(jī)翼防冰打開(kāi)，進(jìn)行載人艙CO氣體濃度測(cè)量。在10 000ft高度時(shí)，打開(kāi)座艙應(yīng)急通風(fēng)，進(jìn)行載人艙CO氣體濃度測(cè)量。測(cè)得CO濃度如表3所示。

表3 空調(diào)系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)CO(ppm)濃度測(cè)量結(jié)果

由表3可知，空調(diào)系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下工作時(shí)，座艙CO濃度最大為1.6 ppm，座艙的CO濃度隨時(shí)間變化無(wú)明顯變化，CO濃度小于規(guī)定的50 ppm。

4 總結(jié)

本文依據(jù)適航條例要求內(nèi)容，針對(duì)某型民用飛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和影響發(fā)動(dòng)機(jī)尾流場(chǎng)的因素，提出航空發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染的試飛方法，并進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染試飛，試飛結(jié)果表明，在不同的飛行狀態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)下，某型飛機(jī)座艙的CO濃度無(wú)明顯的變化，符合中國(guó)民用航空規(guī)程的要求。

［1］ 中國(guó)民用航空規(guī)程(第25部).中國(guó)民用航空公司.2011.7

［2］ Shindell D T，F(xiàn)aluvegi G M，Schimdt G A，Unger N，Bauer S E2009 Science 326716

［3］ Krings T，Gerilowski K，Buchwite M，Reutet M，Tretner A，Erzinger J，Heinze D，Burrows J P，Bovensmann H 211 Atmos.Meas.Tech.4 2207

［4］ Drike A，Gaston E M，Shrikrishna H N，Robert F M 2009(US Patent)12112436［2009.08.27］

［5］ 孫友文，劉文清，汪世美，黃書(shū)華.光譜學(xué)與光譜分析.2011，10，31