摘 要：民用飛機(jī)發(fā)動機(jī)非包容性轉(zhuǎn)子爆破會對飛機(jī)機(jī)身主結(jié)構(gòu)、機(jī)翼油箱、飛機(jī)多重系統(tǒng)等產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至?xí)?yán)重威脅飛機(jī)的持續(xù)安全飛行。目前，飛機(jī)主制造商通常按照AC20-128A的指導(dǎo)對發(fā)動機(jī)非包容轉(zhuǎn)子爆破進(jìn)行特定風(fēng)險分析（PRA），通過安全性設(shè)計(jì)滿足AC中“轉(zhuǎn)子爆破導(dǎo)致的災(zāi)難性失效概率小于1/20”的要求。文章歸納了轉(zhuǎn)子爆破特定風(fēng)險分析的適航審定過程，分析了非包容性轉(zhuǎn)子爆破帶來的危險結(jié)果，并提出了建議，以幫助提高民用飛機(jī)非包容轉(zhuǎn)子爆破的安全性設(shè)計(jì)和適航驗(yàn)證技術(shù)能力。同時，文章為AC20-128A的后續(xù)完善提供了一些建議。

關(guān)鍵詞：大涵道比；非包容性；適航驗(yàn)證

引言

在1969年至2006年之間，大涵道比渦輪發(fā)動機(jī)經(jīng)歷了58次非包容性轉(zhuǎn)子爆破事件。隨著大涵道比渦輪發(fā)動機(jī)的引入，轉(zhuǎn)子包容發(fā)生的概率已經(jīng)降低了兩個數(shù)量級。CCAR25部針對發(fā)動機(jī)非包容性轉(zhuǎn)子爆破的要求主要是25.903（d）（1）條款“（d）渦輪發(fā)動機(jī)的安裝對于渦輪發(fā)動機(jī)的安裝有下列規(guī)定：必須采取設(shè)計(jì)預(yù)防措施，能在一旦發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子損壞或發(fā)動機(jī)內(nèi)起火燒穿發(fā)動機(jī)機(jī)匣時，對飛機(jī)的危害減至最小；”[1]。雖然33部33.19條要求發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)和渦輪轉(zhuǎn)子機(jī)匣的設(shè)計(jì)必須對因轉(zhuǎn)子葉片失效而引起的破壞具有包容性，而且，33.27條要求（a）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子有承受條款要求的極端試驗(yàn)條件的能力。但是由于發(fā)動機(jī)裝機(jī)后的維修原因，服役使用后產(chǎn)生缺陷以及某種設(shè)計(jì)缺陷，渦輪與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子在服役時仍然會發(fā)生失效。

1 適航符合性驗(yàn)證及適航審定流程

FAA頒布的針對發(fā)動機(jī)非包容渦輪發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)考慮的AC20-128中制定了轉(zhuǎn)子爆破導(dǎo)致的災(zāi)難性失效概率小于1/20的適航審定要求[2]。

針對轉(zhuǎn)子爆破特定風(fēng)險適航符合性驗(yàn)證思路主要包括安全性分析和剩余安全性分析兩塊。針對安全性分析：（1）先進(jìn)行轉(zhuǎn)子碎片定義、轉(zhuǎn)子分組及轉(zhuǎn)子碎片飛散軌跡及影響區(qū)域范圍劃分；（2）然后列出所有受轉(zhuǎn)子爆破碎片影響的系統(tǒng)/設(shè)備清單，在全機(jī)級的故障樹中進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否存在I類失效事件（災(zāi)難級失效）；（3）如果否，則可向?qū)彶榉奖砻鞣闲?，如果是，將反饋給相關(guān)設(shè)計(jì)部門讓其決定是否更改設(shè)計(jì)架構(gòu)，如果可以更改，將重復(fù)上述步驟1和2，如果無法更改設(shè)計(jì)，將轉(zhuǎn)入剩余安全性分析階段。針對剩余安全性分析：（1）進(jìn)行剩余風(fēng)險計(jì)算，計(jì)算非包容轉(zhuǎn)子失效導(dǎo)致的所有I類失效事件的概率；（2）評價剩余風(fēng)險水平，如果概率小于1/20，則可以向?qū)彶榉奖砻鞣闲?，如果概率大?/20，則必須更改設(shè)計(jì)架構(gòu)采取防護(hù)措施，重新進(jìn)行安全性分析和剩余安全性分析，否則無法通過合格審定。

2 非包容性轉(zhuǎn)子碎片影響情況

下文分析了轉(zhuǎn)子爆破導(dǎo)致的典型危害情況。

2.1 機(jī)身結(jié)構(gòu)的破壞

轉(zhuǎn)子爆破的事件表明發(fā)動機(jī)短艙結(jié)構(gòu)，特別是反推支撐具有包容或者部分包容轉(zhuǎn)子碎片的能力。飛出的大碎片通常擊打到例如發(fā)動機(jī)安裝節(jié)和吊掛結(jié)構(gòu)等堅(jiān)固結(jié)構(gòu)時會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，而不是直接穿透。也有機(jī)身主結(jié)構(gòu)不能阻隔大轉(zhuǎn)子碎片并被其穿透的情況出現(xiàn)，但是這些事件啟發(fā)我們進(jìn)一步分析，而不是直接得出大轉(zhuǎn)子不能被偏轉(zhuǎn)或者包容。

2.2 著火影響

正常情況下，短艙內(nèi)燃油和滑油泄漏的危險級別很低，因?yàn)槠浔幌拗圃诙膛搩?nèi)，可通過獨(dú)立在遠(yuǎn)處的可燃熱體切斷閥切斷，而不影響飛機(jī)的安全飛行，而且著火可控，嚴(yán)重程度不會進(jìn)一步增加。

2.3 燃油泄漏

AC 39-8中明確表明燃油管或者燃油箱小的滲漏，當(dāng)滲漏截面積大于2平方英寸，出于對燃油儲備可能被耗盡的考慮，被定義為III類失效事件[3]。如果大的轉(zhuǎn)子碎片擊穿燃油箱，導(dǎo)致燃油消耗急劇，發(fā)動機(jī)完全喪失推力，將會導(dǎo)致飛機(jī)迫降，可以被歸為II類失效。

2.4 反推意外打開

發(fā)動機(jī)的試驗(yàn)和服役經(jīng)歷表明在發(fā)動機(jī)輪盤爆破或者整個風(fēng)扇葉片喪失的時候，發(fā)動機(jī)很快減速，停止產(chǎn)生可有推力，并停車。FBO試驗(yàn)和服役經(jīng)歷結(jié)果表明轉(zhuǎn)子爆破后發(fā)動機(jī)會在100毫秒內(nèi)停車。所以轉(zhuǎn)子爆破導(dǎo)致的反推空中意外打開對安全性的影響通常不被認(rèn)為是災(zāi)難性的。

3 結(jié)束語

目前，剩余風(fēng)險計(jì)算發(fā)動機(jī)非包容性轉(zhuǎn)子碎片導(dǎo)致I類失效概率通過適航審定評估的標(biāo)準(zhǔn)是小于1/20，對于翼吊發(fā)動機(jī)，非包容性轉(zhuǎn)子碎片往往需要穿過機(jī)翼才能打到機(jī)身和系統(tǒng)。僅有一次大涵道比渦扇飛機(jī)出現(xiàn)大轉(zhuǎn)子碎片打到機(jī)身的事件，但是碎片是直接打向機(jī)身。大碎片打到機(jī)翼時往往被結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)。以往認(rèn)為轉(zhuǎn)子碎片具有無限能量的假設(shè)過于保守。

在地面或靠近地面運(yùn)行時，發(fā)生轉(zhuǎn)子爆破，大碎片擊打地面之后碎裂成小碎片后反彈擊打到機(jī)翼往往帶有很大的能量，足夠打穿機(jī)翼蒙皮導(dǎo)致燃油泄漏并引起大片燃油著火。AC20-128A沒有對這種情況進(jìn)行考慮。目前針對碎片觸地反彈的模型還很不成熟，無法引入適航審定中進(jìn)行符合性說明，而且，目前仍不清楚如何在減輕這種影響的情況下不引入其他的風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)

[1]AIA Project Report on High Bypass Ratio Turbine Egine Uncontained Rotor Events and Small Fragment Threat High Bypass Ratio Turbine 1969-2006，Vol.1，2010：9-10

[2]AC20-128A，Design Considerations for Minimizing Hazards Cause

d by Uncon.tained Turbine Engine and Auxiliary Power Unit Rotor Failure[S].FAA，1997.

[3]AC 39-8，Continued Airworthiness Assessments of Powerplants an

d Auxiliary Power Unit Installations of Transport Category Planes[S].FAA，2003.

作者簡介：郭晉之（1988，10-），男，安徽省滁州市，上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，碩士學(xué)位，動力機(jī)械專業(yè)。