馬建等

【摘 要】尾吊布局的民用飛機動力裝置大側(cè)風試驗，是考核發(fā)動機在裝機環(huán)境下進氣道與發(fā)動機之間工作兼容性的適航試驗，涉及對CCAR §25.939（a） （c）、§25.1091（a）（1）、§25.903（d）（2）和§25.1309（c）條款符合性驗證，通過側(cè)風地面試驗制定出發(fā)動機在裝機環(huán)境下的地面?zhèn)蕊L運行包線，由側(cè)風下的滑跑起飛和著陸試驗驗證發(fā)動機裝機條件下的滑跑起飛側(cè)風范圍，并在飛行手冊中給出飛機側(cè)風飛行的要求和程序。

【關(guān)鍵詞】尾吊布局；民用飛機；進氣道兼容性；側(cè)風性能

0 發(fā)動機進氣兼容性試驗概述

發(fā)動機的進氣口在飛機結(jié)構(gòu)中占有重要地位，而進氣口非常容易受到其他條件的影響，如發(fā)動機的布局，機身機翼的干擾，發(fā)動機的操作情況、飛機的飛行工況等，常常會導致發(fā)動機的性能受到影響，嚴重情況下甚至會導致發(fā)動機顫振或失速。在包含航空發(fā)動機的商用飛機中，進氣口既屬于發(fā)動機的進氣部件，又屬于飛機氣動結(jié)構(gòu)的一部分，與發(fā)動機相關(guān)聯(lián)的進氣包容性適航條例在FAR33部中體現(xiàn)，與飛機相關(guān)聯(lián)的進氣包容性適航條例在FAR25部中體現(xiàn)。發(fā)動機的進氣包容性就是為了保證發(fā)動機在飛行包線內(nèi)滿足所有操作特性。

1 尾吊布局飛機需要進行發(fā)動機裝機環(huán)境下側(cè)風驗證的必要性

對于發(fā)動機尾吊布局的民用飛機，發(fā)動機進氣道距離機身很近，進氣道前方靠近機翼翼根，在這種布局下，飛機飛行攻角或偏航角的變化造成進氣道入口的流場畸變。此外，機翼擺動均會造成進口流場的不均勻。另外進氣道進氣也會在強側(cè)風下受周圍機身機翼的干擾影響。在飛機研制階段，尾吊布局飛機需要做更多側(cè)風環(huán)境下的機上進氣道兼容性試驗。發(fā)動機安裝條件下的機上進氣道兼容試驗試飛是為了驗證適航規(guī)章條款： &25.1091、&25.939（a）（c）、&25.1121（a），同時也涉及到飛機總體專業(yè)需要驗證的適航條款：&25.143（a）（b）、&25.233（a）、&25.237。

2 進氣道兼容性試驗方法

2.1 進氣道兼容性地面試驗

2.1.1 單獨進氣道/發(fā)動機兼容性試驗

在發(fā)動機和飛機研制階段，發(fā)動機供應商會進行臺架模擬側(cè)風的試驗，驗證單獨進氣道/發(fā)動機的兼容性，試驗中發(fā)動機供應商采用風扇陣列的試驗設(shè)備來模擬側(cè)風環(huán)境，分別測試進氣道在各種迎角和側(cè)風條件下進氣道畸變情況和發(fā)動機工作性能及振動情況。

2.1.2 機上安裝環(huán)境下的進氣道/發(fā)動機兼容性地面試驗

發(fā)動機裝機后，飛機完成首飛，首先會進入工程研發(fā)試驗，對于尾吊布局的民用飛機，發(fā)動機裝機下的進氣道兼容性試驗便是其中一項，在自然風條件下，擺放機身，使機身與來流保持在需求的側(cè)風風向和風速下，測試發(fā)動機各個工作狀態(tài)下的響應，監(jiān)測發(fā)動機喘振和振動情況。綜合試驗結(jié)果制定出發(fā)動機在機上安裝環(huán)境下的地面工作側(cè)風邊界。如圖1所示，在靜止起飛的側(cè)風包線區(qū)域內(nèi)飛機可以在靜止狀態(tài)下使發(fā)動機處于TOGA推力，松剎車正常起飛，在此側(cè)風風速和風向范圍內(nèi)發(fā)動機運行功率不受限制，采用滑跑起飛方式可以在更大側(cè)風下起飛，在AC 25-7A中也有推薦。在圖中初步擬定的滑跑起飛區(qū)域內(nèi)，飛機在滑行到一定速度后雙發(fā)可推到TOGA完成起飛。

2.2 側(cè)風起飛著陸進氣道兼容試驗

在完成發(fā)動機側(cè)風機上地面試驗后，確定出了發(fā)動機無功率限制的包線，也初步擬定了側(cè)風滑跑起飛的側(cè)風包線，這個包線需要試驗來確定真實的側(cè)風邊界。

側(cè)風滑跑起飛試驗內(nèi)容是在規(guī)定的側(cè)風、尾風范圍內(nèi)進行起飛和著陸試驗。為了驗證飛機的側(cè)風包線，側(cè)風和尾風風速需要由小到大逐步來進行試驗。

AC25對側(cè)風速度要求如下：“取自慣導系統(tǒng)（INS）、塔臺或地面活動記錄站的風數(shù)據(jù)應修正為10米高度處的90°側(cè)風分量值”。氣象車在跑道旁實施采集氣象數(shù)據(jù)，申請方根據(jù)采集的瞬時風速通過公式求出90°側(cè)風風量值，求解公式如下：

V瞬時=V*Sin（φ風向-φ跑道）

上式中，V表示瞬時風速，φ風向表示瞬時風向，φ跑道為起飛著陸時跑道的方向。在綜合統(tǒng)計所有試驗點基礎(chǔ)上，考慮實際運行的風速風向變化，制定出發(fā)動機裝機后的地面風速風向的運行包線。

3 裝機條件下發(fā)動機側(cè)風試驗經(jīng)驗

大側(cè)風試飛轉(zhuǎn)場前需要進行一系列的轉(zhuǎn)場工作，這些工作主要包括：機場調(diào)研、測試改裝、軟硬件構(gòu)型到位等。

在進行大側(cè)風試飛前，需要評估飛機在大側(cè)風試飛的安全性，并暴露潛在的風險。嚴格意義上講，在上述所有前置試驗準備都完成的情況下，方可進行大側(cè)風試飛。

氣象準確、及時的預報，對大側(cè)風試飛的成敗有著至關(guān)重要的影響。成功對側(cè)風的預報，能減少無效試飛架次，有針對性的充分利用氣象條件預報的側(cè)風天氣執(zhí)行相關(guān)的試驗點，從而大大提高試飛效率。氣象數(shù)據(jù)應包括：風速、風向、大氣溫度、大氣適度、可吸入顆粒物等。

大側(cè)風試飛屬于高風險科目，側(cè)風起降尤其考驗飛行員的駕駛技巧和心理素質(zhì)。因此，在大側(cè)風試驗的前期準備時，應充分考慮所有可能影響安全的因素，針對潛在的風險制定詳細的應急預案。具體的應急預案應該包括：飛機在滑行、起飛、著陸過程中失控條件下的應急處置、飛機可能沖出跑道的特情處置、大風條件下飛機無法著陸的備用機場選擇等。

4 發(fā)動機側(cè)風機上地面和飛行試驗的難點

大側(cè)風試飛是民機特情試飛的重要試飛科目之一，大側(cè)風試飛科目對試飛機場的風速、風向都有特殊要求。制約和影響大側(cè)風試飛進展的最主要因素是主要有如下幾個因素：

1）滿足試驗要求的側(cè)風條件難以遇到。對于側(cè)風起降試驗，需要風向垂直于跑道，這樣的跑道在全國范圍內(nèi)很少有，同時具有大側(cè)風天氣和垂直側(cè)風的跑道的機場國內(nèi)罕有。大側(cè)風試驗需要持續(xù)而穩(wěn)定的大側(cè)風，在試驗場地的大風天氣一年中只有有限的次數(shù)，大風天的時間不確定，很容易錯過，在試驗時需要不斷提前預報風速風向來抓住每個可飛的試驗天氣。另外由于試驗的空域非常繁忙，在滿足試驗條件的天氣下往往沒有空域進行試驗。

2）側(cè)風起飛降落試驗時很難把握風速風向。側(cè)風起飛階段，飛機在地面等待風向風速滿足要求時開始滑跑，剛開始起飛時風速較大，由于風速風向的實時變化，在起飛過程中風速又減小了，風速難以達到試驗要求。側(cè)風著陸階段會出現(xiàn)風速較小不滿足試驗要求，這時飛機須在空中盤旋等待風速，當?shù)孛鏆庀筌噲蟮膶崟r風速較大時，飛機開始著陸，這需要一段時間，等到著陸過程中風速又變小了，不能滿足試驗要求，需要飛機落地后再次起飛重復這樣的著陸，直到在著陸中正好遇到持續(xù)的大側(cè)風，導致試驗點很難捕捉到滿足試驗要求的風速，增加了試驗的重復量。同樣由于風速風向的實時變化，在側(cè)風地面試驗中，發(fā)動機在各個功率狀態(tài)下進行試驗時，無法遇到持續(xù)穩(wěn)定的滿足試驗要求的風速。

3）惡劣揚沙天氣的飛行限制。試驗場地屬于沙漠戈壁，大風天往往伴隨揚沙，在遇到需要的強側(cè)風天氣時，沙塵也隨之而來，造成能見度很低，飛機無法進行飛行試驗。另一方面，揚沙天氣會對飛機發(fā)動機上安裝的測試設(shè)備造成損傷，導致試驗的進氣道壓力測量傳感器損壞。

5 結(jié)論

尾吊布局民機發(fā)動機大側(cè)風試驗是驗證機上安裝環(huán)境下的進氣道和發(fā)動機兼容性的試驗，是動力裝置專業(yè)的CCAR25部取證試驗，是民機特情試飛的重要試飛科目之一，試驗對氣象要求高，難度大，本文總結(jié)的試驗和試飛經(jīng)驗可對后續(xù)的動力裝置試飛和適航取證起到參考。

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[責任編輯：湯靜]