弓可
摘 要:為研究吞鳥(niǎo)對(duì)某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)方面的影響,對(duì)某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了吞鳥(niǎo)試驗(yàn)。試驗(yàn)中,用氣體炮將鳥(niǎo)射入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道,發(fā)動(dòng)機(jī)未熄火、停車,功率能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。試驗(yàn)后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢查,結(jié)果表明吞鳥(niǎo)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)方面的影響主要集中在壓氣機(jī)部件,主要表現(xiàn)為葉片的擊傷,并未發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損壞,試驗(yàn)為該發(fā)動(dòng)機(jī)的抗鳥(niǎo)撞能力提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞:吞鳥(niǎo)試驗(yàn);渦軸發(fā)動(dòng)機(jī);結(jié)構(gòu);影響
中圖分類號(hào):V263.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-2064(2019)12-0089-02
自飛機(jī)誕生以來(lái),鳥(niǎo)撞就一直威脅著飛機(jī)的安全,隨著飛機(jī)數(shù)量及飛行次數(shù)的急速增長(zhǎng),鳥(niǎo)撞事故發(fā)生的也越來(lái)越多[1]。相比撞擊飛機(jī)其它部位而言,發(fā)動(dòng)機(jī)遇到的鳥(niǎo)撞達(dá)到飛機(jī)遇到總鳥(niǎo)撞次數(shù)的60%以上[2]。鳥(niǎo)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后,輕則會(huì)對(duì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)靜子葉片變形,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定,重則會(huì)使葉片折斷,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)空中熄火。
為掌握某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)是否具有吞鳥(niǎo)能力,對(duì)該渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了吞鳥(niǎo)試驗(yàn),本文對(duì)吞鳥(niǎo)試驗(yàn)后結(jié)構(gòu)方面受到的影響進(jìn)行分析。
1 試驗(yàn)對(duì)象
本次的試驗(yàn)對(duì)象為某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī),該發(fā)動(dòng)機(jī)是軸向進(jìn)氣、單轉(zhuǎn)子燃?xì)獍l(fā)生器、自由渦輪式渦軸發(fā)動(dòng)機(jī),動(dòng)力渦輪軸同心前輸出軸功率。發(fā)動(dòng)機(jī)前部裝有粒子分離器,進(jìn)氣氣流通過(guò)大曲率分叉流道和渦流機(jī)匣的預(yù)旋葉片產(chǎn)生徑向和周向偏轉(zhuǎn),從而產(chǎn)生離心力。沙石、灰塵及其他外物在離心力、與壁面碰撞反彈的作用下進(jìn)入主機(jī)匣外環(huán)清除流道,隨氣流通過(guò)清除葉片偏轉(zhuǎn)約90°沿切向進(jìn)入渦殼,最后通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)排出機(jī)外。而清潔氣流則經(jīng)內(nèi)圈流路,并在反旋葉片消除旋流后進(jìn)入壓氣機(jī)流道,其粒子分離器部分的工作原理如圖1所示。
2 試驗(yàn)內(nèi)容
2.1 試驗(yàn)設(shè)備
該發(fā)動(dòng)機(jī)軸功率為前輸出形式,軸重心前方需要連接測(cè)功器,因此,發(fā)射鳥(niǎo)的炮筒需要避開(kāi)測(cè)功器,與發(fā)動(dòng)機(jī)呈一定角度進(jìn)行發(fā)射。
2.2 試驗(yàn)過(guò)程
起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后在地面慢車和空中慢車狀態(tài)各停留3min,然后上推中間功率狀態(tài),穩(wěn)定工作3min,按壓投射開(kāi)關(guān),炮筒在1s內(nèi)以160km/h的速度向發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口投射2只重量分別為63.5g、94.7g的鳥(niǎo),發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行5min后下拉狀態(tài)停車。
3 吞鳥(niǎo)試驗(yàn)對(duì)結(jié)構(gòu)方面的影響分析
3.1 粒子分離器
從發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)試驗(yàn)后的檢查發(fā)現(xiàn),粒子分離器主流道反旋葉片多處卡有鳥(niǎo)的殘骸,其中1號(hào)鳥(niǎo)殘骸卡在渦流機(jī)匣進(jìn)口渦形葉片處,堵塞約1.5個(gè)通道,見(jiàn)圖2,鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)及其出口均有很多被分離出的鳥(niǎo)的碎屑,渦殼內(nèi)也有較多鳥(niǎo)的羽毛和碎屑。
分析認(rèn)為,由于該發(fā)動(dòng)機(jī)采用了整體式預(yù)旋粒子分離器設(shè)計(jì),即將前段進(jìn)氣組件與粒子分離器整合設(shè)計(jì),可將鳥(niǎo)盡可能分離、排出發(fā)動(dòng)機(jī)體外,由此可避免來(lái)流中鳥(niǎo)直接進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)主流道。經(jīng)過(guò)計(jì)算,采用該粒子分離器設(shè)計(jì)后,鳥(niǎo)撞入發(fā)動(dòng)機(jī)后,由于預(yù)旋葉片、反旋葉片和分流唇口的阻擋,大部分鳥(niǎo)的殘骸可被排出發(fā)動(dòng)機(jī)體外,少部分鳥(niǎo)的殘骸可能卡在分流唇口處,其撞碎后的才還可能進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)主流道的概率約為6%。
3.2 壓氣機(jī)部件
壓氣機(jī)部件是鳥(niǎo)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)主流道后影響最大的部件,不僅會(huì)造成軸流轉(zhuǎn)子葉片的損傷,還會(huì)影響轉(zhuǎn)靜子間隙,導(dǎo)致轉(zhuǎn)靜子刮磨,威脅發(fā)動(dòng)機(jī)安全。
從對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)試驗(yàn)后壓氣機(jī)部件的檢查結(jié)果來(lái)看,零級(jí)導(dǎo)葉阻擋了部分鳥(niǎo)進(jìn)入一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片,如圖3所示,多片零級(jí)導(dǎo)葉葉片均有不同程度鳥(niǎo)的殘骸附著,未發(fā)現(xiàn)有明顯損傷。
壓氣機(jī)第一級(jí)葉片盤進(jìn)氣邊有5處擊傷變形,其中兩片彎曲嚴(yán)重,彎曲長(zhǎng)度最大的占葉片總長(zhǎng)度的約3/4,如圖4所示。一片有點(diǎn)狀擊傷,擊傷面積約0.5mm×0.5mm。第五級(jí)葉片盤上涂層整圈刮磨,刮磨深度約0.1mm,葉輪外罩出口涂層刮磨,寬約10mm,流道中間有一處長(zhǎng)約20mm的線狀刮磨。壓氣機(jī)機(jī)匣一、二級(jí)涂層輕微刮磨,無(wú)明顯手感。
3.3 燃燒室部件
從燃燒室部件的檢查結(jié)果來(lái)看,吞鳥(niǎo)對(duì)燃燒室的影響主要表現(xiàn)為燃燒后的殘?jiān)街诹鞯辣砻?,在燃油噴嘴、渦流器等處附著較多,如圖5所示。
3.4 渦輪部件
吞鳥(niǎo)后,渦輪部件僅燃?xì)鉁u輪二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片葉尖部位與外環(huán)之間產(chǎn)生了輕微刮磨,未見(jiàn)鳥(niǎo)的殘?jiān)?,其余結(jié)構(gòu)也未見(jiàn)異常,如圖6所示。
4 結(jié)語(yǔ)
發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)后,發(fā)動(dòng)機(jī)未出現(xiàn)熄火、停車的現(xiàn)象,功率也能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。通過(guò)對(duì)吞鳥(niǎo)試驗(yàn)后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)方面的檢查結(jié)果,可以得到如下結(jié)論:
(1)通過(guò)設(shè)計(jì)整體式預(yù)旋粒子分離器,可將軸向進(jìn)氣中的大部分鳥(niǎo)的殘骸分離、排出發(fā)動(dòng)機(jī)外,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的抗鳥(niǎo)撞能力。
(2)吞鳥(niǎo)對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)損傷主要集中在壓氣機(jī)部件,尤其是一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片上,表現(xiàn)形式為葉片的擊傷變形。葉片并不會(huì)發(fā)生掉塊、斷裂等可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)失效的嚴(yán)重毀壞。
(3)壓氣機(jī)部件與渦輪部件轉(zhuǎn)靜子之間的刮磨并未產(chǎn)生掉塊且未傷及基體,不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行安全。
(4)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)燃燒室、渦輪等高溫部件后,燃燒殘?jiān)鼤?huì)附著在流道壁面及部分孔處,會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能產(chǎn)生一定影響,不會(huì)危及結(jié)構(gòu)安全。
參考文獻(xiàn)
[1] 李榮懷.鳥(niǎo)撞事故及預(yù)防[J].外國(guó)空軍訓(xùn)練,2001,(5):44-45.
[2] 劉振江,成新元.加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)防范鳥(niǎo)撞事故[J].國(guó)防科技,2015,36(3):64-67.