某型航空发动机排气污染试飞方法研究

2015-01-15宋江涛钟晓媚

现代机械 2015年1期

宋江涛，钟晓媚，雷利

(中国飞行试验研究院，陕西西安 710089)

0 概述

航空发动机在工作时产生的尾气会产生燃料的产物—CO和CO2，它们可能通过机身缝隙和孔道进入非密封舱，也可能随通风系统进入密封舱，飞机座舱狭小，如果CO和CO2进入座舱其浓度会迅速上升，短时间内可以形成严重污染，特别是对于密封增压座舱。美联邦航空局报道的航空事故遇难的4072名飞行员，其中有21名是由CO中毒造成。飞机的座舱环境对于保障飞行安全、维护空勤人员的身体健康具有重要作用。目前民用飞机座舱，普遍采用通风式密封增压座舱，座舱内空气被发动机排气污染的机会大为减小，但是有害气体入侵的可能性依然存在，前苏联和美国对航空发动机排气污染制定了相应的标准，在中国民用航空规章第25部中规定:排气系统必须准确安全地排出废气，在任何载人舱内没有一氧化碳影响，载人舱CO在空气中的浓度超过50 ppm即认为是危险的［1］。发动机排气所产生的CO对座舱的影响必须通过飞行试验进行验证。

某型民用客机是70～90座级中短程支线客机，飞机采用二人驾驶体制，驾驶舱并排布置正、副驾驶员座椅，飞机座舱为密封舱，为我国首次按照适航标准进行取证的客机。本文依据中国民用航空规程条款，主要研究发动机排气中CO对飞机载人舱的污染，提出可行的试飞方法，并进行飞行试验验证。

1 测试原理及测点分布

在进行某型民机载人舱CO浓度测试时采用红外线CO气体分析仪。红外线气体浓度分析仪原理是基于不同的气体有选择性的吸收一定波长的红外线这一性质，气体分子对红外线的吸收是由于分子振动和转动引起的，只有在红外线光谱的频率与分子本身的特定频率一致时，这种分子才能吸收红外光谱辐射能［2，3］。红外线光源发出的红外线能量为I0，它通过一个光程为L的多次反射气室之后，能量转变为I，如果气室中有吸收红外线能量的气体时，依据比尔定律则能量 I满足［4，5］:

式中:I0通过待测组份前的光强度;

I通过待测组份后的光强度;

K待测组份的吸收系数;

C待测组份的浓度;

L光线通过待测组份的长度(测量气室长度)。

进行某型民机座舱CO气体浓度测量时，在飞机座舱内布置4个测量点。测量点的分布如图1所示。1#测量点布置在驾驶舱观察员座位处，2#、3#、4#测量点平均分配在客舱中心轴线上。测量点的高度距座舱地板1.4 m，该高度为人坐在座椅时呼吸气体高度，气体分析仪可实时的对CO浓度进行测量。

图1 某型客机座舱CO浓度测量点布置示意图

2 试飞方法

航空发动机工作时排气产生的CO可能通过机身缝隙和孔道进入载人舱，也可能是尾气重新进入动力装置，通过空调系统进入载人舱。因此在进行飞行试验方法设计时，选择起飞、降落、侧风等对发动机尾流场产生影响的动作进行飞行，在上述因素的影响下，发动机排气有更大机率进入载人舱，测量该状态下座舱的CO浓度。飞机防冰系统工作时，防冰系统的气体也可能对尾流场产生影响，对载人舱的CO浓度产生影响。依据可以影响发动机排气流场的因素，拟在下述飞行状态下进行发动机排气污染项目的飞行试验。

(1)正常飞行姿态发动机排气对座舱CO浓度的影响

在平飞状态打开双发引气，测量驾驶舱和客舱CO气体浓度;在爬升和下降过程中，测量驾驶舱和客舱CO气体浓度。

(2)自然风状态下发动机排气对座舱CO浓度的影响

侧风起飞/着陆条件下，打开双发引气，测量驾驶舱和客舱CO气体浓度;顺风起飞/着陆条件下，打开双发引气，测量驾驶舱和客舱CO气体浓度。

(3)空调系统在不同状态工作时发动机排气对座舱气体浓度影响

打开双发引气，发动机最大连续状态，机翼防冰打开，短舱防冰打开，测量驾驶舱和客舱CO气体浓度;打开双发引气，发动机最大连续状态，机翼防冰关闭，短舱防冰打开，测量驾驶舱和客舱CO气体浓度;打开双发引气，发动机最大连续，机翼防冰关闭，短舱防冰打开，测量驾驶舱和客舱CO气体浓度;打开应急通风，测量驾驶舱和客舱CO气体浓度;上述每个状态的试验时间为30 min。

在上述试验过程中，关闭辅助动力装置的引气。

3 试验结果

3.1 正常飞行姿态试验结果

在35 000ft高度时，双发引气打开，空调系统正常工作，在发动机最大连续和按需两种条件下进行试飞测量座舱 CO气体浓度;爬升到 10 000ft、20 000ft、30 000ft高度以及下降到32 000ft、20 000ft、10 000ft高度时进行座舱CO气体浓度测量。测量结果如表1所示。