趙強(qiáng)　顏顏　馬向東　周宇穗　常紅

【摘 要】為確保飛機(jī)已設(shè)計(jì)成為飛行中突遇風(fēng)切變等惡劣天氣影響仍能夠正常工作，不會(huì)出現(xiàn)故障對(duì)飛行安全產(chǎn)生影響，各國(guó)民用飛機(jī)適航規(guī)章中均對(duì)動(dòng)力裝置系統(tǒng)的負(fù)加速性能進(jìn)行了規(guī)定，要求以試飛的形式進(jìn)行表明條款符合性的驗(yàn)證工作。本文對(duì)我國(guó)首次進(jìn)行的某型民用飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)負(fù)加速度飛行試驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，飛機(jī)按要求連續(xù)3次進(jìn)入負(fù)加速狀態(tài)，飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常，未出現(xiàn)任何故障，試驗(yàn)成功，表明拋物線試飛方法準(zhǔn)確可靠，該型民用飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)符合適航規(guī)章要求。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)力裝置；負(fù)加速度；試飛；滑油系統(tǒng)；低壓

Civil Aircraft Powerplant System Negative Acceleration Flight Test Analysis Study

ZHAO Qiang YAN Yan MA Xiang-dong ZHOU Yu-sui CHANG Hong

（Shanghai Aircraft Design and Research Institution，Shanghai 201210，China）

【Abstract】In order to ensure the civil aircraft has been designed to operate normally when the aircraft encounter bad weather in flight task，such as wind shear，and no failures emerge to impact on flight safety，the regulations for civil aircraft of all nations regulate requirements on negative acceleration performance of civil aircraft powerplant system.It requires that the civil aircraft powerplant system to be certificated through flight test. This paper analyzes the civil aircraft powerplant system negative acceleration flight test method and test measured parameters.The aircraft entered into negative acceleration condition for 3 successive times according to requirements during flight test.The aircraft and engines operate normally without any failure.The flight test indicated that the parabola flight method for negative acceleration is successful and the civil aircraft powerplant system can comply with the airworthiness requirement.

【Key words】Powerplant；Negative acceleration；Flight test；Oil system；Low pressure

2013年2月，國(guó)內(nèi)某航空公司航班在執(zhí)行杭州至西安飛行任務(wù)中，受強(qiáng)氣流影響進(jìn)入負(fù)加速狀態(tài)，飛機(jī)客艙內(nèi)未固定物體在失重作用下產(chǎn)生漂浮，甚至沖撞行李艙下壁板。飛機(jī)改出負(fù)加速狀態(tài)后，迅速恢復(fù)正常，未出現(xiàn)故障，因此未造成任何飛行事故。飛機(jī)的負(fù)加速狀態(tài)將導(dǎo)致動(dòng)力裝置系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)處于極端惡劣的工作狀態(tài)，可能出現(xiàn)危險(xiǎn)故障，因此各國(guó)的民用飛機(jī)適航規(guī)章中均對(duì)動(dòng)力裝置系統(tǒng)的負(fù)加速性能進(jìn)行了規(guī)定，要求交付運(yùn)營(yíng)前必須對(duì)飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)加速度試飛試驗(yàn)，作為民用飛機(jī)的1類高風(fēng)險(xiǎn)試飛科目[1]此次試驗(yàn)在我國(guó)首次進(jìn)行，本文使用此次試飛的數(shù)據(jù)，對(duì)民用飛機(jī)負(fù)加速試飛方法進(jìn)行總結(jié)，對(duì)試飛結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)我國(guó)民用飛機(jī)動(dòng)力裝置的負(fù)加速試飛工作具有一定的借鑒意義。

1 負(fù)加速度試飛描述

負(fù)加速狀態(tài)為飛機(jī)在飛行過程中突然受到風(fēng)切變等惡劣天氣影響，無(wú)法將升力保持與重力平衡，飛機(jī)急速下降，處于短暫的失重狀態(tài)。當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入負(fù)加速狀態(tài)時(shí)，飛機(jī)燃油和動(dòng)力裝置系統(tǒng)中的燃油和滑油液體處于懸浮狀態(tài)，可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油和滑油的供油中斷，引起發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)速、熄火、甚至空中停車等故障。動(dòng)力裝置系統(tǒng)負(fù)加速度試飛用于驗(yàn)證飛機(jī)是否已設(shè)計(jì)成為能夠保證負(fù)加速狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生熄火、停車等故障，滿足CCAR25中§25.943條款的要求[2]，確保飛機(jī)在運(yùn)營(yíng)過程中突遇的負(fù)加速狀態(tài)不會(huì)影響飛行安全。

2 試飛前試驗(yàn)基礎(chǔ)和準(zhǔn)備工作

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)

負(fù)加速試飛過程中發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)處于供油不充分的惡劣狀態(tài)，為保證試飛過程中發(fā)動(dòng)機(jī)的安全可靠，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝飛機(jī)前必須完成滑油供油中斷臺(tái)架試驗(yàn)，驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)已設(shè)計(jì)成為當(dāng)滑油系統(tǒng)出現(xiàn)供油中斷時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)掉轉(zhuǎn)速、熄火、喘振等故障。發(fā)動(dòng)機(jī)供油中斷時(shí)間為試驗(yàn)的關(guān)鍵考核因素，定義為飛機(jī)單次負(fù)加速動(dòng)作最大時(shí)間要求外加20%時(shí)間裕度。負(fù)加速試飛中，發(fā)動(dòng)機(jī)可能出現(xiàn)熄火等故障，存在空中停車隱患，試飛前飛機(jī)應(yīng)完成發(fā)動(dòng)機(jī)空中起動(dòng)試驗(yàn)，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)具備良好的空中起動(dòng)性能。

2.2 試飛準(zhǔn)備

動(dòng)力裝置負(fù)加速試飛為高風(fēng)險(xiǎn)、高難度科目，為保證試飛安全和試驗(yàn)結(jié)果有效，必須在試驗(yàn)前嚴(yán)格執(zhí)行如下的準(zhǔn)備工作。endprint

1）試飛員熟知空中起動(dòng)程序和應(yīng)急處理程序，飛行期間飛機(jī)輔助動(dòng)力裝置處于工作狀態(tài)；

2）要求試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油箱油量最小，試驗(yàn)前需執(zhí)行滑油放油程序，非試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)滑油箱油量保持正常；

3）正式負(fù)加速度動(dòng)作前，飛機(jī)燃油箱內(nèi)燃油油量應(yīng)消耗至半油箱液面位置；

4）為保證負(fù)加速過載值的準(zhǔn)確測(cè)量，負(fù)加速傳感器必須安裝于飛機(jī)重心位置；

5）機(jī)艙內(nèi)無(wú)多余物，機(jī)載設(shè)備有效固定。

3 試飛方法

根據(jù)按照咨詢通告AC25-7B[2]中的要求，動(dòng)力裝置系統(tǒng)負(fù)加速試飛中，處于0～-1.0g之間的單次動(dòng)作時(shí)間不少于7s，累計(jì)負(fù)加速度時(shí)間不少于20s。裝配渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的民用飛機(jī)可使用如下圖1所示的拋物線飛行法，連續(xù)3次進(jìn)行單次動(dòng)作不少于7s的負(fù)加速動(dòng)作，正式動(dòng)作前允許進(jìn)行訓(xùn)練動(dòng)作。每次動(dòng)作可分解為如下圖2所示的平飛、爬升、俯沖和恢復(fù)平飛4個(gè)步驟，其中爬升步驟中油門桿應(yīng)推至最大推力，飛機(jī)俯仰角保持于+18°左右。飛機(jī)開始俯沖時(shí)，負(fù)加速狀態(tài)出現(xiàn)，保持油門桿至最大推力，直至負(fù)加速保持超過7s，收油門桿至巡航慢車[3]。

4 試飛結(jié)果和分析

4.1 試飛有效性

飛機(jī)正式地連續(xù)3次進(jìn)入的負(fù)加速度狀態(tài)的記錄如圖3所示，每次負(fù)加速時(shí)間均大于7s，累計(jì)負(fù)加速度時(shí)間不少于20s的要求。

4.2 飛機(jī)性能分析

負(fù)加速試飛中，飛機(jī)俯仰角、空速、高度的變化趨勢(shì)一致，曲線如圖4所示。飛行員慢推油門桿，同時(shí)拉操縱桿使飛機(jī)爬升，俯仰角持續(xù)增大，高度上升。即將開始負(fù)加速動(dòng)作，保持油門桿最大，飛行員推操縱桿，飛機(jī)俯仰角轉(zhuǎn)捩，飛機(jī)由爬升改為俯沖，進(jìn)入負(fù)加速狀態(tài)（加速度值突降至0g以下）。負(fù)加速度狀態(tài)保持超過7s后，俯仰角達(dá)到低頭最大值，飛行員拉桿改出俯沖，終止負(fù)加速度動(dòng)作，建立抬頭俯仰角。由于慣性作用，飛機(jī)高度繼續(xù)下降，速度繼續(xù)增加，直至飛機(jī)姿態(tài)改平。3次動(dòng)作中，飛機(jī)參數(shù)正常，能夠迅速有效地響應(yīng)飛行員的操作。

4.3 發(fā)動(dòng)機(jī)性能分析

負(fù)加速試飛中，發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速N1，核心機(jī)轉(zhuǎn)速N2和排氣溫度EGT的變化趨勢(shì)相同，曲線如圖5所示。進(jìn)入負(fù)加速動(dòng)作前，發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)油門桿指令，N1、N2轉(zhuǎn)速和EGT溫度持續(xù)增大至最大連續(xù)推力。飛機(jī)進(jìn)入負(fù)加速，發(fā)動(dòng)機(jī)保持大推力狀態(tài)。負(fù)加速度狀態(tài)改出后，飛行員收油門桿，N1和N2轉(zhuǎn)速回復(fù)慢車狀態(tài)，EGT溫度回落。3次動(dòng)作中，發(fā)動(dòng)機(jī)及時(shí)響應(yīng)油門桿指令，發(fā)動(dòng)機(jī)工作連續(xù)穩(wěn)定，性能參數(shù)均未超限。

4.4 發(fā)動(dòng)機(jī)燃/滑系統(tǒng)性能分析

負(fù)加速試飛中，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油和滑油系統(tǒng)的參數(shù)變化如圖7所示，燃油流量、滑油溫度、滑油量變化正常，發(fā)動(dòng)機(jī)滑油壓力受負(fù)過載作用出現(xiàn)突降情況，3次均降低至限制值25psid以下，飛機(jī)駕駛艙彈出如圖7所示的發(fā)動(dòng)機(jī)滑油低壓告警。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行手冊(cè)中規(guī)定負(fù)加速度飛行時(shí)允許發(fā)動(dòng)機(jī)滑油壓力低于限制值，因此該告警可被試驗(yàn)接受。

飛機(jī)進(jìn)入負(fù)加速狀態(tài)時(shí)，滑油壓力降低至限制值以下，但發(fā)動(dòng)機(jī)仍正常工作，無(wú)熄火和掉轉(zhuǎn)速問題出現(xiàn)。飛機(jī)改出負(fù)加速度后，滑油壓力迅速恢復(fù)至正常值，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)良好。

5 結(jié)論

我國(guó)首次進(jìn)行的某型民用飛機(jī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)的負(fù)加速試飛數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，負(fù)加速度拋物線試飛方法是可靠和準(zhǔn)確的。飛機(jī)連續(xù)三次進(jìn)入負(fù)加速狀態(tài)，滿足咨詢通告中的規(guī)定的時(shí)間和次數(shù)要求。飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)以及發(fā)動(dòng)機(jī)燃油、滑油系統(tǒng)的參數(shù)符合負(fù)加速飛行的特征，發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常，未出現(xiàn)任何故障，試驗(yàn)成功，為后續(xù)民機(jī)試飛工作提供了借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]Ali Bahrami.AC25-7B Flight Test Guide for Certification of Transport Category Airplanes[S].FAA.2011.3.29.

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[責(zé)任編輯：田吉捷]endprint