民用航空发动机转子包容性适航要求及符合性方法研究

航空发动机转子包容性能够降低飞机损坏的概率，从而提高飞行的安全性，它是航空发动机结构设计的重要环节，也是适航审定重点关注的内容之一。本文从适航规章对于航空发动机包容性的要求出发，研究了与包容性相关的适航条款的发展历程，以及复合材料风扇叶片包容性的专用条件，从而确定包容性相关条款和专用条件的实质要求及符合性方法。最后，通过某型发动机的审查实例，说明满足包容性相关的条款和专用条件需要开展的符合性工作，为发动机制造商的包容性设计以及适航部门的包容性适航审定提供参考。     

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。     

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。     

发动机非包容性转子爆破适航要求分析

非包容性转子爆破一直是影响民用运输类飞机运行安全的主要威胁之一,本文从发动机和飞机的设计以及运行维护等方面,分析了降低转子爆破危害性方面的适航要求,为设计过程中避免或减小非包容性转子爆破对飞机安全的影响提供参考。     

民用航空发动机ETOPS型号设计和符合性验证方法研究

航空发动机延程运行（ETOPS）资格是飞机延程运行的基础,为了给国内航空发动机ETOPS 型号设计及适航符合性验证提供指导,研究ETOPS 适航规章形成的历程及航空发动机早期ETOPS 资格的设计和试验要求。分析发动机ETOPS 适航条款与飞机ETOPS 适航条款的关系,提出一种民用航空发动机ETOPS 型号的设计及符...     

进气畸变条件下压气机转子叶片的 振动特性研究

航空发动机研制及适航要求中均明确提出发动机零部件的振动特性分析和测试要求,包括评估进气流场畸变对振动特性的影响。对某航空发动机压气机第1级转子叶片进行振动特性计算分析,开展自然进气和进气畸变条件下的叶片振动应力测试。计算分析和测试结果表明:计算分析结果与自然进气条件下测试的叶片共振转速及振动频率一致性好,其激振源主要是压气机结构因素;在进气畸变条件下激振源更丰富,与自然进气条件相比,叶片会被激起额外的振动,且在同一共振转速下振动幅值较大,进气畸变对转子叶片的振动特性产生重要影响。在发动机研制过程中,为提高叶片工作的可靠性,需要加强进气畸变条件下的叶片振动特性试验研究。     

反推力装置适航符合性验证思路研究

适航条款CCAR25.933要求限制反推力装置的任何不利影响。本文研究了采用等效安全来表明对适航规章CCAR25.933(a)(1)符合性的验证思路。结合某机型的符合性验证实例,研究了进行条款等效安全判定的定性和定量安全性分析要求,考虑发动机非包容性转子损坏特定风险,并进行了特殊风险分析。     

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。     

民用航空涡轮发动机持久试验条款发展历程

全面回顾了航空发动机适航规章CCAR-33R2第33.87条持久试验的演变历程,在解读适航规章条款要求的基础上,深入跟踪了当前国际上针对33.87条持久试验的研究动态。跟踪研究发现,自1957年规定了6 h×25阶段的150 h试验谱以来,涡轮发动机持久试验的主体要求基本保持不变,而涡轮发动机设计则出现了显著的发展。发动机设计技术的进步带来了与适航规章要求不协调的问题,针对该问题当前国际上已开展了150 h持久试验替代试验的探索性研究及应用,虽然现阶段还存在一系列问题有待澄清和解决,但相关研究为我国民用航空发动机适航符合性方法及适航标准制定与修订提供了参考和借鉴。持续深入跟踪国内外适航技术动态,及时采取积极的应对策略,并开展有针对性的条款研究工作,对于提升我国适航技术规章的编制和修订能力具有十分重要的意义。      

飞机设计中发动机转子碎片非包容性设计

基于一种双发常规布局飞机进行飞机设计中发动机转子碎片非包容失效设计的研究,通过研究相关适航规章,以及相关咨询通告等文件,得出第3节到第7节所描述的对咨询通告AC20-128A适当裁剪的工程方法和步骤,并在实例机型设计中进行验证,缩短了飞机研制周期的同时,也表明在发动机转子碎片非包容失效事故发生后,飞机系统及机体结构等采取的设计措施、防范措施符合相关适航条例要求,也即结构剩余的强度、灾难性事件发生概率等满足AC20-128A第10条c中的定性和定量要求,表明该型实例飞机完全满足相关适航条例的要求,并获得中国民用航空局(CAAC)和美国联邦航空局(FAA)的认可。     

开式转子发动机对转桨扇设计

高推进效率的对转桨扇是开式转子发动机最关键的部件之一。国外航空强国对其开展了大量的CFD计算分析及试验验证工作,优化气动性能,降低噪声等级,以满足适航标准;国内目前尚缺乏对开式转子对转桨扇设计技术和CFD分析的相关研究。本文在现有压气机设计技术的基础上,改进CFD设计分析方法,探索设计出开式转子发动机的对转桨扇,并进行了三维定常流场分析。通过与国外文献研究结果的分析对比,初步验证了本文设计和计算结果的合理性。     

航空发动机风扇转子叶片外物损伤I.鸟撞击试验研究(英文)

本文改进了叶片鸟撞击试验条件。对某型发动机风扇一级转子叶片进行了鸟撞击试验。通过对叶片的鸟撞击瞬态响应分析和撞击前后叶片叶型变化的分析,验证了风扇一级转子叶片的抗鸟撞击性能,为某型发动机风扇转子叶片的抗外物损伤设计提供了依据。     

大涵道比涡扇发动机风扇叶片动应力测量试飞

为了给风扇叶片设计验证和改进提供依据,针对大涵道比涡扇发动机风扇叶片的结构特点和振动强度设计要求,获取了飞行中发动机风扇叶片的振动特性,对风扇叶片振动强度进行了仿真分析,并将分析结果应用于测试方案设计,对飞机和发动机本体进行了改装,建立了飞行试验方法。基于充分的技术准备,完成了国内首次大涵道比涡扇发动机风扇叶片动应力测量试飞,填补了国内试飞领域的技术空白,掌握了发动机风扇叶片动应力测量试飞技术,为中国开展航空发动机转子叶片动应力测量的研制试飞和适航审定试飞奠定了基础。     

发动机一级转子抗鸟撞试验与数值模拟研究

鸟撞发动机在鸟撞事故中最容易造成飞机损坏失事的情况,为了研究发动机一级压气机转子抗鸟撞适航性能,对发动机转子在工作状态下进行鸟撞试验,鸟体质量为1 000 g,撞击速度为195 m/s,发动机一级转子转速为8 525 r/min;基于显式碰撞动力分析软件PAM-CRASH 建立相应的叶片鸟撞数值计算模型,通过与试验结果的对比来验证本文计算模型的合理性;根据发动机适航条例分析不同工况下发动机一级转子抗鸟撞性能。结果表明：大鸟撞击相比于中鸟鸟群和小鸟鸟群,对于叶片的撞击结果更加恶劣;叶尖位置撞击会引起叶尖部位的大变形,叶根和叶中位置撞击会引起叶片根部较大的集中应力,导致叶片断裂。     

一种典型民用涡扇发动机安全性与适航验证研究

基于某一典型民机动力装置——PX10涡扇发动机,本文详细介绍了该型号在合格审定过程中针对FAR33部适航规章所要求进行吞鸟、吸冰、振动、超转、叶片包容等各项考核,所需进行的试验验证和安全性分析过程。整个适航符合性验证过程涵盖载荷谱分析、强度计算、工况模拟试验等技术手段,各项试验结果均满足对应规章条款的通过准则,表明该型发动机在设计与制造环节具备充足的安全裕度。针对国内商用发动机鲜有适航取证成功案例的现状,本文首次全面阐述了完整的民用航空发动机适航符合性验证过程,为国内发动机厂商产品的适航取证工作提供了借鉴和指导。     

开式转子发动机研究进展

开式转子发动机以高推进效率、低燃油消耗率和低污染物排放的"一高两低"优势,成为经济友好型航空发动机的典型代表,是下一代民用飞机潜在的动力备选方案之一。本文主要从开式转子发动机总体性能仿真技术、对转桨扇设计技术、传动附件设计技术、部件及整机试验技术等四个方面,分析开式转子发动机研发历史及相关技术研究进展。结合国内开式转子发动机研究现状,梳理出开式转子发动机的发展脉络,归纳出开展开式转子发动机研究所涉及的关键技术,并对未来的研究重点和发展路线进行展望,以期为开式转子发动机相关技术的后续研究提供技术支持。     

正常类航空器进气条款适航符合性研究

正常类航空器包括正常类飞机和正常类旋翼航空器,是通用航空产业的主要机型,发动机进气系统是此类航空器的重要组成部分,其设计的优劣关系到发动机能否正常工作,在适航审定中需要重点加以关注。为了全面研究正常类航空器进气条款的适航符合性,对正常类飞机及正常类旋翼航空器的适航标准、符合性验证方法进行了分析,并结合某型农林飞机及某型直升机的适航审定案例开展了对比研究。研究结果表明:正常类飞机及正常类旋翼航空器进气条款均采用说明性文件及飞行试验来表明符合性;说明性文件需要对进气系统的设计原理和组成等进行介绍,在具体型号中,此部分内容可以单独给出,也可以包含在动力系统设计说明文件之中;飞行试验验证不必单独开展,一般可与动力装置工作特性检查结合进行;通过对比不同型号的审定案例,给出了正常类航空器进气条款的符合性验证方法与思路,可为后续同类型号的研制与适航审定工作提供参考。     

航空发动机机匣包容试验叶片飞脱方法

风扇机匣包容性试验是航空发动机适航许可试验的重要内容之一,而风扇叶片的飞断方法是风扇机匣包容试验的关键.简述了发动机风扇机匣包容性试验中常用的3种叶片飞脱方法,重点介绍了预制裂纹与线型聚能切割器爆破切割相结合的爆破飞脱方法,并采用该方法对钛合金实心平板叶片进行了静态爆破切割试验,试验结果与设计方案相吻合,达到了预期目标,证明了该爆破飞脱方法具有较强的可行性和较高的可靠性.     

单级轴流压气机叶片预置裂纹法包容性试验研究

基于适航规章对叶片包容符合性的要求,设计了一套部件级叶片包容性验证方法。采用在叶片根部线切割预置切槽的方式控制叶片的飞断转速,切槽长度在有限元计算的基础上结合模拟试验方法确定。通过高速摄影仪监拍和试验件分解检查证实:一目标试验叶片在靠近叶根部位预切槽处按预设转速断裂飞出,叶片飞断后不平衡载荷引起的振动导致剩余叶片与机匣碰磨,但未产生严重的二次损伤,发动机压气机机匣具有足够的包容能力。试验表明,预置缺陷法对小尺寸单级轴流叶轮的包容性试验可行。