摘 要:本文詳細(xì)分析了航空噴氣發(fā)動機地面運行時進氣、排氣和噪聲給人及設(shè)備構(gòu)成危險的原因，并指出遵守發(fā)動機地面運行安全預(yù)防措施的重要性和必要性。

關(guān)鍵詞:噴氣發(fā)動機 進氣 排氣 噪聲 安全

中圖分類號:V23\t\t\t文獻標(biāo)識碼:A\t\t\t文章編號:1672-3791(2011)10(a)-0128-02

動力裝置是飛機的重要系統(tǒng)，在維修過程中所采取的安全措施有其特殊性。特別是在發(fā)動機地面開車和運行的過程中，進氣道前方存在強大的吸力，而核心排氣系統(tǒng)會噴出高溫高速的氣體，并產(chǎn)生巨大噪聲，這些因素都會對人、飛機和各種設(shè)備構(gòu)成威脅。本文旨在通過研究發(fā)動機的進氣、排氣和噪聲作為危險源的成因，以期更好理解飛機維修手冊中相關(guān)安全預(yù)防措施。

1 發(fā)動機地面運行時進氣、排氣和噪聲危險源成因分析

1.1 發(fā)動機進氣危險源成因分析

進氣道通常分為亞音速進氣道和超音速進氣道兩種類型。目前主流的民用航空發(fā)動機均采用亞音速進氣道設(shè)計。亞音速進氣道一般為擴張型管道。圖1是飛行速度小于壓氣機進口氣流速度時進氣道流場狀態(tài)示意圖。發(fā)動機地面開車或起飛時，V＜-c1，從0-0截面開始，在0-1′段內(nèi)，由于壓氣機的吸力作用，氣流速度逐漸增大，壓力和溫度相應(yīng)降低;空氣流入進氣道后，由于管道擴散，氣流速度略為減小，壓力和溫度略有提高[1]。由此可見，發(fā)動機地面運行時，進氣道處會形成低壓區(qū)，產(chǎn)生的吸力足以將人和工具等吸進進氣道。必須注意的是，在距離進氣道較近時，吸力會突然增加。因此，在飛機維修手冊中必須明確指出進氣安全區(qū)域的范圍和應(yīng)采取的安全注意事項以防止發(fā)生事故。進氣危險區(qū)域一般根據(jù)發(fā)動機推力等級、反推狀態(tài)、風(fēng)向、風(fēng)速等因素劃分，發(fā)動機的推力等級是主要的劃分依據(jù)。圖2和圖3示出了A320(采用CFM56-5B)的慢車推力和起飛推力危險區(qū)域分布圖[2]。

1.2 發(fā)動機排氣危險源成因分析

發(fā)動機運行時，渦輪后的燃?xì)饫^續(xù)膨脹，將剩余的熱焓充分轉(zhuǎn)變成動能，高溫高速的燃?xì)鈴奈矅娍趪姵觥?/p>

排氣危險區(qū)域的通常按慢車推力和起飛推力劃分。圖2、圖3示出A320(配置CFM56-5B發(fā)動機)排氣危險區(qū)域。即使在慢車狀態(tài)下，飛機軸向后25m處的排氣速度也可達到104.585km/h。表1為A320飛機維修手冊列出的5個等級風(fēng)速的破壞力，其中D等級速度(105km/h～32km/h)也能導(dǎo)致飛機輕度到中度損壞。

排氣的另一種方式為反推排氣。以737-600(采用的CFM56-7發(fā)動機)反推排氣為例，慢車狀態(tài)下開啟反推時，其危險區(qū)域為發(fā)動機中心半徑12.2m的范圍[3]。

另一個危險因素是排氣溫度。尾噴排氣雖然經(jīng)過了外涵氣流混合降溫，但其溫度依然非常高。除了排氣速度和溫度可構(gòu)成危險外，噴氣中含有小量具有一定的毒性的一氧化碳、未燃碳?xì)浠衔锖偷趸锏纫泊嬖谝欢ǖ奈ｋU性。一氧化碳和未燃碳?xì)浠衔锿ǔＴ诎l(fā)動機慢車和其他低功率的狀態(tài)時燃油不完全燃燒產(chǎn)生的[4]。

通過排氣速度、溫度和毒性的來源分析可知，采取相應(yīng)的措施是十分必要的，飛機維修手冊的維修實施中需明確指出排氣危險區(qū)域的范圍并以警告形式強調(diào)人員和設(shè)備禁止進入這些區(qū)域;并說明開車時的跑道狀態(tài)、排氣空間和排氣可能影響到的各種物體及告知有毒氣體、易燃材料的防護。

需指出的是，在大于最小慢車時禁止接近發(fā)動機。如在慢車泄漏檢查或斷開地面氣源車時，需接近正在運行的發(fā)動機，必須在慢車狀態(tài)或以下才可接近，并遵從進入/離開通道的要求以接近或離開風(fēng)扇區(qū)域。圖2示出了A320(配置CFM56-5B發(fā)動機)的接近區(qū)域[2]。

1.3 發(fā)動機噪聲危險源成因分析

噴氣發(fā)動機的噪聲源主要有三個:壓氣機、渦輪和排氣流。壓氣機和渦輪的噪聲主要是由于各級轉(zhuǎn)子葉片和靜子葉片的壓力場和紊流尾流的相互作用產(chǎn)生的。排氣流的噪聲由高速排出的氣流與周圍空氣的紊流混合產(chǎn)生。在大流量比的渦扇發(fā)動機中，由外涵風(fēng)扇排出的大量氣流與外界空氣的速度差也很大，兩者混合時將引起速度和壓力的劇烈波動，從而產(chǎn)生聲波。而且，兩者混合時引起的強烈紊流，其相互位移的剪力會大大增強氣流和渦流的音響，會在排氣口附近產(chǎn)生小渦流引起高頻噪聲，并在排氣流后部大的渦流處產(chǎn)生低頻噪聲[4]。

雖然發(fā)動機適航取證和機場條例對強烈約束飛機的最大噪聲水平，但現(xiàn)代發(fā)動機運行時的噪聲足以對人身健康構(gòu)成威脅。以A320(配置CFM56-5B發(fā)動機)為例，即使在慢車推力的狀態(tài)下，發(fā)動機的200m半徑范圍內(nèi)的大部份噪聲高于85dBA[2]。職業(yè)安全和衛(wèi)生組織在1988年1月1日的相關(guān)條例中規(guī)定在90dBA噪聲環(huán)境下配備標(biāo)準(zhǔn)降噪設(shè)備的暴露時間為8min。而歐盟在2003年2月15日發(fā)布了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定在85dBA噪聲環(huán)境下配備標(biāo)準(zhǔn)降噪設(shè)備的暴露時間為8min[3]。

圖4為A320(配置CFM56-5B發(fā)動機)飛機維修手冊給出的暴露時間限制圖和危險區(qū)域圖[2]。由圖可見，距離運行的發(fā)動機的徑向距離越近，每周暴露的時間越短。在噪聲級達到一定程度時，必須佩戴符合要求的護耳裝置方可接近發(fā)動機，并要嚴(yán)格遵守暴露時間的限制。

2 結(jié)語

本文通過對發(fā)動機地面開車和運行時的進氣、排氣和噪聲危險成因的詳細(xì)分析，為更好理解飛機維修手冊中相關(guān)的發(fā)動機安全預(yù)防措施提供了幫助。

參考文獻

[1]\t劉長福，鄧明.航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[2]\tA319/A320.飛機維修手冊[s]，1998.

[3]\t737-600/700/800/900飛機維修手冊[s]，2006.

[4]\t鄧明.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機原理與構(gòu)造[M].北京:國防工業(yè)出版社，2008.