发动机非包容性转子失效布置与防护设计

民用飞机发动机服役经验表明:发动机非包容性转子失效仍会发生。为将这种非包容性转子失效可能带来的危害降至最低,基于一种发动机翼吊式安装的民用飞机,结合咨询通告AC20-128A的要求以及民用飞机设计的工程经验,开展了飞机内部系统布置和结构防护设计研究。首先介绍了减小发动机非包容性转子失效危害的设计流程和分析模型,其次从民航局审查关注的角度,重点阐述了不可控制的着火、推力损失、飞机操纵的损失、对乘客和机组人员的保护和结构完整性等五个方面的设计思路和方法。研究结果表明:飞机设计时,通过采取将关键部件和系统移出碎片影响区、冗余设计、提供可接受的防护等预防措施来减小发动机非包容性转子失效对飞机的危害,对发动机非包容性转子失效的设计和适航验证具有指导意义。     

发动机转子包容性设计及适航试验

在发动机包容性适航条款中,叶片包容性和转子不平衡试验与发动机本体设计直接相关,执行该条款的关键问题是确定最危险叶片及如何开展试验。对适航条款要求及转子包容性故障的主要原因进行分析,建议从降低转子部件失效概率、提高机匣包容能力及飞机设计等方面开展工作来提高发动机的包容性。     

民机系统发动机转子爆破特定风险分析方法

基于美国联邦航空局咨询通告给出的发动机非包容转子爆破特定风险安全性评估指南,提出了一种简单易用的发动机非包容转子爆破安全性分析方法。建立了简化的转子碎片碰撞角度计算模型,以确定受转子碎片影响的系统部件;改进了失效部件组合检查单,提高分析工作效率,并确定转子碎片对系统的安全性影响。相比于传统分析方法,简化了转子爆破风险安全性分析过程,减少了分析工作量,适用于飞机系统研制初期对转子爆破风险的危害性进行保守性评估,以指导系统架构优化设计。     

某运输类飞机防火系统非包容性转子爆破分析

虽然发动机非包容性转子爆破事件发生的概率很小,但一旦发生就会造成巨大损失,严重威胁飞行安全,因此适航规章23部和25部要求在飞机设计中采取预防措施以将非包容性转子爆破对飞机产生的危害降至最低。本文在分析研究相关适航条款和咨询通告的基础上,对某运输类飞机防火系统的非包容性转子爆破影响进行防护设计及风险评估,并通过设计改进,消除剩余风险。     

民航客机发动机转子非包容性损坏分析

涡轮发动机的损坏会导致高速碎片穿透邻近结构、燃油箱、机身、系统元器件和飞机上的其他发动机,对飞机以及机上人员的安全造成严重威胁。本研究在分析相关适航条款的基础上,说明了减少发动机非包容性转子损坏危害的部分设计防护措施,并给出了一种发动机转子非包容性损坏的风险分析方法,从而最大程度地减小非包容转子对飞机结构及系统的影响。     

航空发动机非包容转子失效危险识别

为分析多重非包容转子碎片对飞机造成的危害,提出一种基于飞机整机功能危险分析(FHA)结果、应用故障树分析(FTA)的非包容转子碎片失效危险识别方法。该方法能够识别多个系统同时失效导致的组合危险,进而为非包容转子失效飞机设计改进提供更详实、可信的依据。最后通过实例分析表明了方法的有效性。     

商用飞机发动机非包容转子碎片对燃油系统影响的风险分析

飞机燃油系统作为飞机重要的系统之一,其安全性至关重要。存在与发动机有关的非包容转子爆破的潜在灾难性失效模式,必须在飞机设计阶段尽早地对其进行解决。基于功能危害树分析方法,通过研究适航管理文件,得出行之有效的风险分析流程。对某型商用飞机进行了非包容转子爆破风险算例分析,确定受影响的系统及对应的失效影响等级,给出可接受的保护措施。结果表明本风险分析流程符合适航规章要求,为其他型号飞机的相关设计工作提供借鉴。     

APU 转子爆破对防火墙影响的研究

APU是安装在民用飞机上的辅助动力装置,是飞机上重要的部件,因此必须考虑APU 转子爆破时小碎片对飞机安全的影响。通过有限元软件LS-DYNA,分别模拟了APU 转子爆破时小碎片对APU 防火墙以及3种不同厚度加强板的冲击计算。根据数值计算结果,选择合适的加强板方案,既能防止防火墙碰撞区被小碎片击穿,同时付出的重量代价又较小。通过对APU 防火墙增加加强板,确保APU 转子爆破时飞机的安全 性,满足AC20-128A 的设计要求。     

转子非包容失效安全性的计算机辅助分析方法

 转子非包容失效是威胁飞机飞行安全的典型特殊风险之一,为了分析其对飞机安全性的影响,开发了转子非包容失效安全性分析系统(URFSAS)。将飞机功能危险分析(FHA)中的灾难性功能危险与故障树分析(FTA)中的底事件及飞机数字样机中的设备模型形成映射关系,建立了需求信息关系模型。在CATIA环境下基于Monte Carlo法以随机飞散角和平动角对转子碎片及其扫掠路径作空间几何变换,基于区域划分和层次包围盒法检测失效的飞机设备,通过故障树最小割集与仿真结果数据的对比分析,实现了对转子非包容失效所触发最小割集的识别和安全性的定量分析。最后,以某型飞机的应用实例分析,表明了该系统的有效性和实用性。     

基于适航标准的民用涡扇发动机空中起动飞行试验

为了准确评估民用涡扇发动机空中起动试验性能与适航标准体系的符合性,在分析、解读中国民用航空局运输类飞机适航标准和美国联邦航空管理局咨询通告的基础上,制定了民用涡扇发动机空中起动飞行试验方案,以ARJ21-700型支线飞机配装的CF34-10A涡扇发动机合格审定试飞为平台,国内首次进行了相关试飞技术研究及飞行试验。试验结果表明：该空中起动飞行试验方案合理可行,能够完整、全面地验证民用涡扇发动机对适航标准体系的符合性。发动机最高起动边界为22500ft,起动高度指标设计合理,起动功能正常、可靠,满足适航标准要求。飞机待机状态双发失效后至起动成功高度损失为1457 ft,远小于适航标准规定的5000 ft指标。项目形成的试飞方案及积累的试飞经验为后续C919,C929等民用客机及其配装发动机的适航审定提供直接技术支持。     

Highly efficient computation method for hazard quantification of uncontained rotor failure

Uncontained Engine Rotor Failure (UERF) can cause a catastrophic failure of an aircraft, and the quantitative assessment of the hazards related to UERF is a very important part of safety analysis. However, the procedure for hazard quantification of UERF recommended by the Federal Aviation Administration in advisory circular AC20-128A is cumbersome, as it involves building auxiliary lines and curve projections. To improve the efficiency and general applicability of the risk angle calculation, a boundary discretization method is developed that involves discretizing the geometry of the target part/structure into node points and calculating the risk angles numerically by iterating a particular algorithm over each node point. The improved efficiency and excellent accuracy for the developed algorithm was validated through a comparison with manual solutions for the hazard quantification of the engine nacelle structures of a passenger aircraft using the guidance in AC20-128A. To further demonstrate the applicability of the boundary discretization method, the proposed algorithm was used to examine the influence of the target size and the distance between the target and rotor on the hazard probability.     

Blade containment evaluation of civil aircraft engines

The potential hazard resulting from uncontained turbine engine rotor blade failure has always been the long-term concern of each aero engine manufacturer, and to fully contain the failed blades under critical operating conditions is also one of the most important considerations to meet the rotor integrity requirements. Usually, there are many factors involving the engine containment capability which need to be reviewed during the engine design phases, such as case thickness, rotor support structure, blade weight and shape, etc. However, the premier method to demonstrate the engine containment capability is the fan blade-off test and margin of safety (MS) analysis. Based on a concrete engine model, this paper aims to explain the key points of aero engine containment requirements in FAR Part 33, and introduces the implementation of MS analysis and fan blade-off test in the engine airworthiness certification. Through the introduction, it would be greatly helpful to the industrial community to evaluate the engine containment capability and prepare the final test demonstration in engine certification procedure.     

航空发动机转子非包容顶层事件安全性分析与思考

结合某型航空发动机的结构特点,创建了转子非包容顶层事件故障树。按故障树思路,对某型发动机进行了转子非包容故障树安全性综合分析;为避免转子非包容故障的发生,做了大量设计、计算分析、部件和整机试验工作;对可能出现的转子非包容故障采取了有针对性的措施。经试验和试车验证,某型发动机转子非包容顶层事件发生的概率极小,其安全性有保障。     

运输类飞机动力装置溅水试验技术

基于对中国民用航空局（CAAC）运输类飞机适航标准和美国联邦航空管理局（FAA）咨询通告的分析、解读,分别从工程试验与适航验证两个方面,研究了溅水试验程序、试验水池方案设计与滑行速度测量与控制技术,制定了符合适航标准体系的运输类飞机动力装置溅水试验审定程序,以ARJ21-700型支线飞机合格审定试飞为平台,完整进行了相关试验验证。结果表明:所设计的溅水试验程序合理可行,能够完整地验证运输类飞机在机场跑道积水环境下动力装置对适航标准体系的符合性;试飞结果表明CF34-10A发动机配装ARJ21-700型飞机在机场积水环境下起飞构型临界滑行速度为166.6 km/h,发动机风扇、压气机及动力涡轮前温度最大波动值分别为5.1%、1.7%和39 ℃;在飞机着陆构型下,发动机慢车状态相对于最大反推力状态工作稳定性较好,能够满足适航标准规定;项目形成溅水试验程序和技术为后续C919、C929等运输类飞机动力装置相关试验提供了直接的支持。      

温度场对航空发动机转子超转破裂的影响

CCAR33.27超转适航要求，分析和试验确定的超转转速，必须基于温度和温度梯度的最不利组合。因此，研究温度和温度梯度对超转破裂的影响有非常重要的意义。以某型航空发动机低压6级涡轮转子为例，采用极限应变方法开展了转子部件的超转破裂分析，对比了常温和高温（红线转速对应的温度分布）下转子关键轮盘应变分布趋势和应变增长规律、预测的超转破裂的起始位置和破裂转速等轮盘超转特性；针对超转破裂分析，提出了在高温条件下，经过常温超转破裂试验验证的方法应用的有效性条件。低压涡轮转子的分析结果也显示，红线转速对应的温度状态下，轮盘超转破裂转速比常温下显著降低，而高温下材料屈服强度的大幅降低则是破裂转速下降的主要原因。     

民用运输机吊挂设计强度要求研究

论述了民用运输机吊挂设计强度要求,并重点阐述了以下几个方面:吊挂初步设计载荷、FBO载荷计算要求、发动机非包容性转子损坏下的适航符合性思路及离散源损伤容限剩余强度评估要求。在这几部分的阐述中,有具体的设计数据及案例,对设计工作有很好的指导作用。