航空涡轮发动机适航审定中的几种超转问题研究
2021-04-06王晓明吴晶峰龚立锋
王晓明,吴晶峰,龚立锋,涂 杰
(1. 中国民用航空适航审定中心,北京 100102;2. 中国航发湖南动力机械研究所,湖南 株洲 412002)
航空发动机在实际运行的加速过程中,可能会出现燃油器调节失灵、发动机供油量增大,导致发动机出现超转的事件,转子或轴发生故障也可能让发动机发生超转。发动机超转可能会导致发动机转子部件变形,严重时会导致轮盘破裂[1],发生非包容的碎片飞脱这一“危害性发动机后果”,严重威胁飞机的飞行安全和乘客的生命安全。2010 年澳洲航空公司一架 A380 起飞后,由于涡轮短管漏油导致发动机中压涡轮盘爆裂,非包容性的爆炸造成了飞机五十多项功能失效,几近酿成空难史上人数最多的灾难。2016 年,一架美国航空公司装有 2 台发动机的波音客机在起飞加速滑行时,右侧发动机的高压涡轮第 2 级轮盘突然爆裂,破裂的碎块击穿发动机的燃油总管以及燃油箱,引发大火,将右侧机翼及机身烧毁[2]。正是因为发动机超转的危害性,航空发动机研制和适航规章中对于发动机各类转速限制提出了验证要求[3-5]。
CCAR33[6](China Civil Aviation Regulations, CCAR)、FAR33[7](Federal Aviation Regulations, FAR)和CS-E[8](Certification Specifications -Engines,CS-E)中关于发动机超转的条款涉及CCAR33.27、CCAR33.87、CCAR33.89和CS-E830,包括涡轮及压气机转子超转、发动机红线转速、瞬态超转、工作试验超转以及最大超转的验证。长期以来,上述各条款之间的本质含义缺乏统一对比分析,各概念易于混淆,对发动机工业方和审查方造成了很大的困扰。因此,需要对各条款的实质要求和物理含义开展研究,尤其是各国发动机设计体系差异所导致的适航规章要求的本质差异。……
