涂 杰，王曉明，宋建宇，查筱晨，吳晶峰

(中國民用航空適航審定中心，北京 100102)

1 引言

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口排出的非揮發(fā)性顆粒物(nvPM)，在溫度低于350℃時(shí)不會(huì)揮發(fā)[1]，主要包括納米級(jí)的黑炭或超微煙灰[2]，如被人體吸入，將損害支氣管上皮細(xì)胞，影響人體健康[3]。而燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)排出的黑炭和煙灰的尺寸，通常小于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排出物[4]，這種小顆粒物在整個(gè)人體呼吸道內(nèi)高效沉積[5-6]，推測能夠產(chǎn)生比大顆粒物更大的毒性[7-10]。因此有必要對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM 排放提出特別要求。

國際民航組織(ICAO)航空環(huán)境保護(hù)委員會(huì)，于2016 年2 月批準(zhǔn)并建議ICAO 通過一項(xiàng)新的航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM 標(biāo)準(zhǔn)，在其中設(shè)立與煙度數(shù)值的可見污染物標(biāo)準(zhǔn)相匹配的排放要求[11]。2018 年1 月1 日生效的ICAO 附件16 卷II 第4 次修訂文件規(guī)定，自2020 年1 月1 日起生產(chǎn)的額定推力大于26.7 kN的渦扇和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)符合航空環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第10 次會(huì)議(CAEP/10)通過的nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，美國聯(lián)邦航空局(FAA)和歐洲航空安全局(EASA)已批準(zhǔn)多個(gè)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)符合nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)，歐美航空發(fā)動(dòng)機(jī)廠家已向中國民用航空局(CAAC)提出nvPM 排放認(rèn)可審查申請(qǐng)，但國內(nèi)工業(yè)方和CAAC 缺乏對(duì)nvPM 排放符合性方法的了解，急需開展相關(guān)研究。

本文通過挖掘CAEP/10 nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)涵，提出nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)的符合性驗(yàn)證思路，并據(jù)此開展民用渦扇和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM 排放符合性方法研究。

2 符合性方法

通過研究CAEP/10 nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)涵，總結(jié)、提煉形成如圖1[1]所示的nvPM 排放的符合性驗(yàn)證思路。該驗(yàn)證思路包含nvPM 排放測量試驗(yàn)的采樣和測量系統(tǒng)搭建、儀器和系統(tǒng)校準(zhǔn)、試驗(yàn)用燃油、試驗(yàn)程序、顆粒物損失修正、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和符合性判據(jù)7 個(gè)方面，以下就此分別開展符合性方法研究。

圖1 nvPM 排放的符合性驗(yàn)證思路Fig.1 A compliance path of CAEP/10 nvPM

2.1 采樣和測量系統(tǒng)搭建

民用渦扇和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)排出nvPM 的采樣和測量系統(tǒng)(圖2[1])，應(yīng)包括采集、傳輸和測量3 個(gè)部分，并可細(xì)分為5 段。其中，第1 段為采集部分，第2～4 段為傳輸部分，第5 段為測量部分。

圖2 nvPM 采樣和測量系統(tǒng)Fig.2 A nvPM sampling and measurement system

2.1.1 采集部分

采集部分由氣體采樣耙和加熱連接管路組成，總長度應(yīng)不超過8 m，用于在渦扇或渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口采集有代表性的排放氣體，并提供采集氣體向后傳輸?shù)耐ǖ?。氣體采樣耙的采樣平面與渦扇或渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口平面的距離，應(yīng)不超過尾噴口的半徑。發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的高溫和高速氣體使得采樣耙工作環(huán)境惡劣，采樣耙應(yīng)選擇不銹鋼或其他耐高溫材料制造，同時(shí)應(yīng)足夠堅(jiān)固。為采集有代表性的排放氣體，采樣耙上的氣體采集孔應(yīng)不少于12 個(gè)，且所有氣體采集孔應(yīng)等距分布。為降低采樣氣體的流動(dòng)速度，采樣耙的設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)氣體采集孔前后氣體的動(dòng)壓至少降低80%。目前，歐美航空發(fā)動(dòng)機(jī)廠家主要采用固定式或旋轉(zhuǎn)式十字形采樣耙。進(jìn)行nvPM排放符合性試驗(yàn)前，申請(qǐng)人應(yīng)通過工程試驗(yàn)確定：采樣耙安裝位置、采樣耙旋轉(zhuǎn)角度、采樣耙旋轉(zhuǎn)速度(如適用)，以及采樣耙上氣體采集孔的選取能夠采集有代表性的排放氣體。為減少顆粒物在管路傳輸過程中的熱泳損失，應(yīng)對(duì)氣體傳輸管路加熱，且試驗(yàn)過程中保持管路的溫度不低于145℃。

2.1.2 傳輸部分

傳輸部分主要由三通管、壓力控制活門、隔離活門、稀釋裝置加熱器、稀釋裝置、旋風(fēng)分離器和加熱連接管路等組成，每段均規(guī)定了長度限制和溫度限制。傳輸部分的作用是將采樣氣體向后傳遞至測量部分，同時(shí)降低采樣氣體溫度，移除氣體中非燃燒產(chǎn)生的大顆粒物，減少采樣氣體中小顆粒物損失。采樣氣體經(jīng)過三通管1 進(jìn)入傳輸部分。第1 路采樣氣體依次流經(jīng)隔離活門1、稀釋裝置1、旋風(fēng)分離器和三通管2 進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng)的測量部分。其中，稀釋裝置應(yīng)使用加熱過的過濾空氣或氮?dú)鈱?duì)采樣氣體進(jìn)行稀釋(稀釋比DF1_S應(yīng)控制在8～14 之間)，最小化顆粒物凝結(jié)，降低采樣氣體溫度，以最小化熱泳損失；旋風(fēng)分離器應(yīng)移除氣體中非燃燒產(chǎn)生的大顆粒物(大于1 μm)，以防止下游測量設(shè)備堵塞。第2 路采樣氣體直接通過管路進(jìn)入測量部分的CO2分析儀，用于測量未稀釋采樣氣體中的CO2濃度。第3 路氣體經(jīng)過1p 壓力控制活門通向大氣，以控制第1 路氣體中進(jìn)入稀釋裝置采樣氣體的壓力。

2.1.3 測量部分

測量部分主要由nvPM質(zhì)量測量儀器(nvPMmi)、nvPM 數(shù)量測量儀器(nvPMni)、揮發(fā)性顆粒物移除裝置(VPR)、CO2分析儀、主泵、氣路流量控制器、過濾器等組成，用于測量采樣氣體中nvPM 的質(zhì)量和數(shù)量數(shù)據(jù)，同時(shí)通過主泵和氣路流量控制器的工作，保持采樣氣體持續(xù)流入。經(jīng)過三通管2 的氣體，分3 路進(jìn)入測量部分。第1 路氣體依次流經(jīng)過濾器、氣路流量控制器和泵，流入CO2分析儀，用于測量第一次稀釋后氣體中的平均CO2濃度。第2 路氣體經(jīng)過揮發(fā)性顆粒物移除裝置時(shí)，移除了氣體中的揮發(fā)性物質(zhì)，并用稀釋氣體(典型稀釋氣體為空氣)對(duì)采樣氣體進(jìn)行第2 次稀釋，稀釋后的氣體流入nvPM 數(shù)量測量儀器，用于測量氣體中的nvPM數(shù)量。第3 路氣體直接流入nvPM 質(zhì)量測量儀器，用于測量氣體中的nvPM 質(zhì)量。

2.1.4 審查關(guān)注

為了實(shí)現(xiàn)nvPM 排放測量試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化，CAEP/10 對(duì)nvPM 采樣和測量系統(tǒng)的搭建提出了詳細(xì)和具體的要求。審查過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注：

(1)申請(qǐng)人是否通過工程試驗(yàn)，證明采樣耙能夠采集有代表性的發(fā)動(dòng)機(jī)排放氣體；

(2)試驗(yàn)系統(tǒng)中各段的長度和溫度要求是否能夠滿足；

(3)試驗(yàn)系統(tǒng)能否有效降低采樣氣體的動(dòng)壓和溫度，實(shí)現(xiàn)采樣氣體在試驗(yàn)系統(tǒng)中正常流動(dòng)。

2.2 儀器和系統(tǒng)校準(zhǔn)

為保證nvPM 排放測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)至少以年為基礎(chǔ)或按照儀器制造商的建議，對(duì)nvPM 采集、氣體傳輸和測量的儀器以及整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，并按照儀器制造商的指導(dǎo)，保持nvPM 采樣和測量系統(tǒng)的有效性。

2.2.1 儀器校準(zhǔn)

儀器制造商或合格的試驗(yàn)機(jī)構(gòu)可以使用熱光透射率(TOT)方法[1]、ISO 標(biāo)準(zhǔn)等儀器性能確定方法，每年對(duì)nvPM 質(zhì)量測量儀器校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)符合表1[1]中的性能規(guī)范。

表1 nvPM 質(zhì)量測量儀器性能規(guī)范Table 1 Performance specifications for nvPM mass instruments

儀器制造商或合格的試驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)使用ISO 27891中的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)方法[12]，每年對(duì)nvPM 數(shù)量測量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，即在nvPM 數(shù)量測量儀器和1 個(gè)已校準(zhǔn)的氣溶膠靜電計(jì)同時(shí)采樣靜電分類校準(zhǔn)顆粒物時(shí)，比較nvPM 數(shù)量測量儀器與靜電計(jì)的響應(yīng)差異是否符合CAEP/10 的要求。

合格的試驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)每年針對(duì)揮發(fā)性顆粒物移除裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，主要校準(zhǔn)揮發(fā)性顆粒物移除裝置的采樣氣體稀釋特性、采樣氣體顆粒物損失特性和揮發(fā)性顆粒物移除特性，是否符合CAEP/10 的要求。

申請(qǐng)人應(yīng)使用SAE ARP6320[12]中符合性檢查清單中的校準(zhǔn)和保持表格，對(duì)其他nvPM 采集、氣體傳輸和測量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。

2.2.2 系統(tǒng)校準(zhǔn)

局方可以使用SAE ARP6320[12]中符合性檢查清單，審查申請(qǐng)人搭建的nvPM 試驗(yàn)系統(tǒng)是否符合CAEP/10 的要求。

在每次nvPM 排放測量試驗(yàn)前或試驗(yàn)過程中，申請(qǐng)人應(yīng)對(duì)nvPM 整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的空氣燃油比進(jìn)行校準(zhǔn)，即依據(jù)試驗(yàn)系統(tǒng)采樣氣體中測量的CO2濃度，計(jì)算出試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣燃油比，并將該空氣燃油比與基于試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)計(jì)算得到的空氣燃油比進(jìn)行比較。當(dāng)兩個(gè)空氣燃油比在發(fā)動(dòng)機(jī)滑行或地面慢車工作狀態(tài)的差異不超過±15%、在發(fā)動(dòng)機(jī)其他工作狀態(tài)的差異不超過±10%時(shí)，證明nvPM 整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了碳平衡，可以用于nvPM 排放測量。

2.2.3 審查關(guān)注

nvPM 是納米級(jí)的顆粒物，試驗(yàn)儀器和系統(tǒng)的準(zhǔn)確性將嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)果，因此試驗(yàn)儀器和系統(tǒng)的校準(zhǔn)是CAEP/10 nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)符合性的重要環(huán)節(jié)。審查過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注：

(1)nvPM 采集、氣體傳輸和測量設(shè)備是否以年為基礎(chǔ)，或按照設(shè)備制造商的建議完成了校準(zhǔn)并保持有效，且能提供設(shè)備制造商或合格試驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的校準(zhǔn)合格證明文件；

(2)應(yīng)使用SAE ARP6320[12]中的符合性檢查清單，審查申請(qǐng)人搭建的nvPM 試驗(yàn)系統(tǒng)是否符合CAEP/10 的要求；

(3)在試驗(yàn)?zāi)繐魰r(shí)，應(yīng)在每次nvPM 排放測量試驗(yàn)前或試驗(yàn)過程中，檢查試驗(yàn)系統(tǒng)的碳平衡是否符合要求。

2.3 試驗(yàn)用燃油

2.3.1 試驗(yàn)用燃油的要求

試驗(yàn)用燃油的性能應(yīng)滿足表2[1]所規(guī)定的燃油性能規(guī)范。在每次發(fā)動(dòng)機(jī)排放測量試驗(yàn)過程中，均應(yīng)對(duì)試驗(yàn)用燃油進(jìn)行取樣，并對(duì)取樣的燃油性能進(jìn)行評(píng)估。

2.3.2 審查關(guān)注

燃油的性能和成分差異可以影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)nvPM 排放的測量結(jié)果。審查過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注：

(1)申請(qǐng)人是否在每次試驗(yàn)過程中，對(duì)試驗(yàn)用燃油進(jìn)行了取樣；

(2)是否由有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室對(duì)燃油樣品進(jìn)行性能分析和評(píng)估；

(3)每次試驗(yàn)采集的燃油樣品是否均符合表2的要求。

表2 航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)排氣排出物測量用燃油規(guī)范Table 2 Specification for fuel to be used in aircraft turbine engine emission testing

2.4 試驗(yàn)程序

試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)在地面臺(tái)架上完成nvPM 排放測量。針對(duì)試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)與取證構(gòu)型的任何構(gòu)型偏離，申請(qǐng)人應(yīng)評(píng)估對(duì)nvPM 排放測量結(jié)果的影響。申請(qǐng)人應(yīng)至少完成3 次nvPM 排放測量試驗(yàn)，試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)可以是1 臺(tái)，也可以是多臺(tái)。

2.4.1 試驗(yàn)前的檢查

在每次nvPM 排放測量試驗(yàn)前，為避免前次試驗(yàn)殘留對(duì)本次試驗(yàn)測量結(jié)果產(chǎn)生影響，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)完成以下檢查和清理工作：

(1)對(duì)nvPM 試驗(yàn)系統(tǒng)的采集部分、傳輸部分、管路進(jìn)行泄漏和清潔度檢查；

(2)關(guān)閉隔離活門1 和 1p 壓力控制活門，對(duì)采樣耙反向輸送壓力氣體，去除采樣耙中的殘留物(圖3[1])；

圖3 去除采樣耙中殘留物的氣路設(shè)計(jì)Fig.3 Flowpath schematic for section 1 back-purge

(3)檢查揮發(fā)性顆粒物移除裝置的采樣氣體稀釋特性；

(4)關(guān)閉試驗(yàn)系統(tǒng)第2 段中的2 個(gè)隔離活門，測量試驗(yàn)環(huán)境氣體(有代表性的試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口空氣)中nvPM 的質(zhì)量和數(shù)量濃度(圖4[1])。

圖4 測量試驗(yàn)環(huán)境氣體中nvPM 質(zhì)量和數(shù)量濃度的氣路設(shè)計(jì)Fig.4 Flowpath schematic for ambient particle air measurement

2.4.2 試驗(yàn)要求

在每次nvPM 排放測量試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)在4個(gè)推力工作狀態(tài)點(diǎn)(表3[1，13])附近及各狀態(tài)點(diǎn)之間，完成至少10 個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的nvPM 排放測量，以覆蓋典型的起飛-著陸循環(huán)，并擬合出1 條nvPM 排放曲線。

表3 發(fā)動(dòng)機(jī)推力設(shè)置方式和工作時(shí)間Table 3 Thrust settings and operation time of test engine

在每次nvPM 排放測量試驗(yàn)前或試驗(yàn)過程中，申請(qǐng)人應(yīng)對(duì)nvPM 試驗(yàn)系統(tǒng)的空氣燃油比進(jìn)行校準(zhǔn)檢查。在每次nvPM 排放測量試驗(yàn)過程中，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)用燃油進(jìn)行取樣。

2.4.3 審查關(guān)注

嚴(yán)格按照試驗(yàn)程序要求做好試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作和開展試驗(yàn)，是準(zhǔn)確測量nvPM 的重要保證。審查過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注：

(1)評(píng)估試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型與取證發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型差異對(duì)nvPM 排放測量結(jié)果的影響；

(2)審查申請(qǐng)人是否在每次nvPM 排放測量試驗(yàn)前，按照要求完成了試驗(yàn)系統(tǒng)的檢查和清理工作；

(3)目擊試驗(yàn)過程中，關(guān)注是否在發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)穩(wěn)定后測量nvPM。

2.5 顆粒物損失修正

nvPM 排放測量試驗(yàn)的顆粒物損失修正，主要包括熱泳損失修正和顆粒物尺寸相關(guān)的系統(tǒng)損失修正。

2.5.1 熱泳損失修正

熱泳損失是nvPM 排放測量試驗(yàn)中，與顆粒物尺寸無關(guān)的最大損失類型[12]。顆粒物熱泳損失的數(shù)量與采樣氣體和氣路管壁的溫度梯度成正比，溫度梯度越大，會(huì)有越多的顆粒物沉積在氣路管壁，造成采樣氣體中損失更多數(shù)量的顆粒物[14-16]。由于采集部分中的采樣氣體與氣路管壁的溫度梯度最大，故nvPM 排放測量試驗(yàn)系統(tǒng)中超過95%的顆粒物熱泳損失在采集部分產(chǎn)生[12]。顆粒物熱泳損失修正因子的計(jì)算公式見公式(1)[1]。

式中：1T 是試驗(yàn)系統(tǒng)傳輸部分稀釋裝置1 進(jìn)口處氣路管壁的溫度，TEGT是發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度。當(dāng)TEGT小于 T1時(shí)，kthermo取1。

2.5.2 顆粒物尺寸相關(guān)的系統(tǒng)損失修正

采樣氣體在nvPM 排放測量試驗(yàn)系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)，氣體顆粒物在擴(kuò)散作用和流動(dòng)慣性[12]的影響下，一部分沉積在流通通道的內(nèi)壁導(dǎo)致顆粒物損失。這種損失與顆粒物的尺寸相關(guān)，顆粒物尺寸越小，受到的影響越大。ICAO 附件16 第二卷第四次修訂文件的附錄8[1]，給出了nvPM 顆粒物尺寸相關(guān)系統(tǒng)損失因子的一種估算方法。目前，顆粒物尺寸相關(guān)的系統(tǒng)損失修正方法仍在研究中，CAEP/10 標(biāo)準(zhǔn)并不要求申請(qǐng)人將nvPM 排放測量得到的質(zhì)量和數(shù)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行顆粒物尺寸相關(guān)的系統(tǒng)損失修正，但要求申請(qǐng)人按附錄8 完成系統(tǒng)損失修正，并將結(jié)果報(bào)告ICAO，以便對(duì)修正方法進(jìn)一步開展研究。

2.5.3 審查關(guān)注

開展顆粒物損失修正能夠提高nvPM 排放測量的準(zhǔn)確度。審查過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注：

(1)試驗(yàn)?zāi)繐暨^程中，應(yīng)關(guān)注針對(duì)每個(gè)nvPM排放測量點(diǎn)所記錄的1T 和 TEGT數(shù)值是否準(zhǔn)確；

(2)關(guān)注申請(qǐng)人在進(jìn)行顆粒物尺寸相關(guān)的系統(tǒng)損失修正時(shí)，是否考慮了采樣氣體中不同尺nvPM顆粒物的分布情況。

2.6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

nvPM 排放測量試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，需經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后生成排放曲線。

2.6.1 用于分析的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的輸入主要包括以下3 方面：

(1)每個(gè)nvPM 排放測量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)；

(2)每個(gè)nvPM 排放測量點(diǎn)所測得的nvPM 質(zhì)量和數(shù)量數(shù)據(jù)；

(3)標(biāo)準(zhǔn)海平面大氣數(shù)據(jù)。

2.6.2 排放曲線的生成

將用于分析的數(shù)據(jù)輸入SAE ARP6320[12]中的計(jì)算工具，可以得到每次nvPM排放測量試驗(yàn)獲得的nvPM 質(zhì)量濃度(nvPMmass)曲線、nvPM 質(zhì)量因子(EImass)曲線以及nvPM 數(shù)量因子(EInum)曲線。

每次nvPM 排放測量所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量因子和數(shù)量因子，分別由質(zhì)量濃度和數(shù)量濃度除以本次測量所消耗的燃油質(zhì)量得到。由于現(xiàn)代渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率大于95%，可以近似認(rèn)為燃油中的所有碳，經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后均轉(zhuǎn)化為CO2，因此每次nvPM 排放測量所消耗的燃油質(zhì)量，可以通過所測得的CO2得到[12，17]。CAEP/10 據(jù)此對(duì)EImass和EInum的計(jì)算公式進(jìn)行了簡化。

(1)nvPMmass曲線

nvPMmass的計(jì)算公式見式(2)[17]，式中nvPMmass_STP是nvPM 質(zhì)量測量儀器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所測nvPMmass。在實(shí)際試驗(yàn)過程中，如nvPM 質(zhì)量測量儀器不處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，應(yīng)按照儀器制造商的建議，將實(shí)測的nvPMmass修正到儀器的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。1次試驗(yàn)所測得的多個(gè) nvPMmass，按公式(2)中DF1_S和kthermo修正后，可以擬合成1 條 nvPMmass曲線(圖5)。

圖5 nvPM 質(zhì)量濃度曲線示例Fig.5 An example of nvPMmass curves

(2)E Imass曲線

EImass的計(jì)算公式見式(3)[17]，式中常數(shù)22.4 是測量儀器標(biāo)準(zhǔn)條件下1 mol 空氣的體積(L)，[CO2]b是干空氣中的CO2濃度，[CO2]dil1是第1 次稀釋后采樣氣體中的平均CO2濃度，MC是1mol碳原子的質(zhì)量，MH是1mol氫原子的質(zhì)量，a是試驗(yàn)用燃油CmHn中氫原子數(shù)量n 與碳原子數(shù)量m 的比值。完成1 次nvPM 排放測量試驗(yàn)，可以按公式(3)計(jì)算得到每個(gè)nvPM 排放測量點(diǎn)的EImass，進(jìn)而擬合成1 條EImass曲線(圖6)。

圖6 nvPM質(zhì)量因子曲線示例Fig.6 An example of EImass curves

(3)EInum曲線

EInum的計(jì)算公式見公式(4)[17]，式中DF2是nvPM 排放測量試驗(yàn)系統(tǒng)測量部分揮發(fā)性顆粒物移除裝置的稀釋比，nvPMnum_STP是nvPM 數(shù)量測量儀器在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測得的nvPM 數(shù)量濃度。完成1次nvPM 排放測量試驗(yàn)，可以按公式(4)計(jì)算得到每個(gè)nvPM 排放測量點(diǎn)的EInum，進(jìn)而擬合成1 條EInum曲線(圖7)。

圖7 nvPM 數(shù)量因子曲線示例Fig.7 An example of EInum curves

2.6.3 審查關(guān)注

nvPM 排放測量試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，只有通過局方可接受的計(jì)算工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，才可以用于表明試驗(yàn)的符合性。審查過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注：

(1)應(yīng)關(guān)注數(shù)據(jù)分析輸入數(shù)據(jù)的選取是否正確；

(2)應(yīng)關(guān)注申請(qǐng)人是否使用SAE ARP6320中的計(jì)算工具完成數(shù)據(jù)分析，如申請(qǐng)人采用其他計(jì)算工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，應(yīng)審查該計(jì)算工具是否可接受。

2.7 符合性判據(jù)

目前，nvPM 排放的符合性標(biāo)準(zhǔn)仍在研究、修訂過程中。ICAO 的CAEP/10 標(biāo)準(zhǔn)作為一個(gè)過渡期標(biāo)準(zhǔn)，僅提出nvPM 質(zhì)量濃度限制(公式(5)[1])作為nvPM 排放的唯一符合性判據(jù)。為支持nvPM排放標(biāo)準(zhǔn)的研究，ICAO 要求申請(qǐng)人在表明符合性時(shí)，除了證明發(fā)動(dòng)機(jī)的最大nvPM 質(zhì)量濃度低于CAEP/10 的nvPM 質(zhì)量濃度限制外，還需要向ICAO 報(bào)告nvPM 質(zhì)量因子、nvPM 數(shù)量因子、發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)、試驗(yàn)用燃油組分等數(shù)據(jù)信息。

式中：Foo為試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)額定起飛推力。

在試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析后獲得的每條nvPM 質(zhì)量濃度曲線上，分別選取最大的nvPM 質(zhì)量濃度數(shù)值，再對(duì)這些最大值進(jìn)行算術(shù)平均，將該算術(shù)平均值除以表4[1]所確定的與試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量相關(guān)的nvPM質(zhì)量濃度懲罰系數(shù)，得到該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM 質(zhì)量濃度特性水平，即最大nvPM 質(zhì)量濃度數(shù)值。當(dāng)該特性水平小于公式(5)計(jì)算得到的nvPM 質(zhì)量濃度限制時(shí)，證明該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)符合CAEP/10 的nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)該特性水平大于公式(5)計(jì)算得到的nvPM 質(zhì)量濃度限制時(shí)，申請(qǐng)人可以通過增加nvPM 排放測量試驗(yàn)次數(shù)，實(shí)現(xiàn)nvPM 質(zhì)量濃度特性水平小于公式(5)計(jì)算得到的nvPM 質(zhì)量濃度限制。如增加nvPM 排放測量試驗(yàn)次數(shù)的方式仍然不能表明符合性，申請(qǐng)人可以通過增加試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量，對(duì)照表4 選取數(shù)值更大的懲罰因子，實(shí)現(xiàn)nvPM 質(zhì)量濃度特性水平小于公式(5)計(jì)算得到的nvPM 質(zhì)量濃度限制。

表4 nvPM 質(zhì)量濃度懲罰系數(shù)Table 4 Coefficients of nvPM mass concentration

3 結(jié)束語

對(duì)民用渦扇和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的nvPM 排放制定符合性標(biāo)準(zhǔn)和開展審查是新生事物。通過挖掘CAEP/10 nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)涵，提出了nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)的符合性驗(yàn)證思路，并依據(jù)該思路，研究形成了nvPM 排放測量試驗(yàn)的采樣和測量系統(tǒng)搭建、儀器和系統(tǒng)校準(zhǔn)、試驗(yàn)用燃油、試驗(yàn)程序、顆粒物損失修正、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和符合性判據(jù)的符合性方法和審查關(guān)注要點(diǎn)。研究成果為國內(nèi)工業(yè)方表明nvPM 排放符合性提供了符合性方法，并為國內(nèi)適航審定人員開展nvPM 排放審查提供了指導(dǎo)。

CAEP/10 nvPM排放標(biāo)準(zhǔn)只是一個(gè)過渡期標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，ICAO 仍在對(duì)nvPM 的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，并將依據(jù)研究進(jìn)展，持續(xù)修訂nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)工業(yè)方和中國民用航空局應(yīng)加強(qiáng)對(duì)nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)的研究，以及對(duì)ICAO 持續(xù)修訂情況的跟蹤，積極參與nvPM 排放標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，這將有利于降低新排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)國內(nèi)工業(yè)方的技術(shù)壁壘，提升中國民用航空局在ICAO 立法定標(biāo)的話語權(quán)。