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發動機如何承受大鳥的撞擊?苛刻的試驗是唯一路徑

為確保飛機與發動機所設計的抗鳥撞擊結構能達到抗鳥擊的能力,除研製單位要進行從零件到組件到部件的模擬試驗,並通過試驗結果對某些部位進行改進外,國家的適航部門還要對飛機、發動機進行嚴格的專項考核試驗,只有通過適航部門的專項考核試驗滿足嚴格的適航條例後,所設計的抗鳥擊結構才能上天。

以發動機為例,風扇葉片最易被鳥撞擊,且一旦遭鳥撞擊,其後果十分嚴重,因此如前所述,研製單位各顯神通釆取了多種既減輕重量又能抗鳥擊的措施,但是這些措施是否可行,要進行考核試驗。現在,所有國家的適航管理部門都有嚴格的規定,在發動機投入使用前,要進行投鳥的考核試車。

以中國民航為例,2002年4月在《中國民用航空規章第33部航空發動機適航標準CCAR-33》的基礎上,頒布了修訂的《航空發動機適航規定》CCAR33-R1,在修訂的CCAR33-R1中專門增加了一條 「第33.76條吸鳥」。在33.76條吸鳥中,規定發動機需進行投中鳥與大鳥試驗,投鳥的重量及個數與風扇迎風面積有關。

圖26、用于波音777的GE90發動機投中鳥試驗的示意圖

例如,用于波音737、A320的發動機,投中鳥試驗時,需投1隻1.15公斤加上5隻0.75公斤的鳥,投大鳥試驗時,需投1隻2.75公斤的鳥;

用于波音747的發動機,投中鳥試驗時,需投3隻1.15公斤的鳥,投大鳥試驗時,需投1隻3.65公斤的鳥;

用于波音777的發動機,投中鳥試驗時,需投4隻1.15公斤的鳥,投大鳥試驗時,需投1隻3.65公斤的鳥。

另外,條例中還規定了審定標準,投中鳥時,不得引起:推力損失超過 25%、著火、碎片非包容、過大載荷以及失去停車能力等

投大鳥時,規定:鳥吸入速度為每小時320公里,吸鳥後15秒不能移動油門桿

試驗中不得出現:著火、碎片非包容、過大載荷與失去停車能力等

圖26為用于波音777的GE90發動機投中鳥試驗的示意圖。正對發動機進氣口有一碩大的風洞,向發動機吹風,風速為每小時93公里,模擬飛機起飛過程的相對速度,4隻鳥分別裝在不同位置的槍管中,以每秒74.4米的速度射向風扇葉片不同的部位:葉根、葉尖與葉片中間。圖27為實際布置圖。

圖27、GE90投中鳥試驗的設備布局圖

另外,當鳥被發動機吸入撞到風扇葉片時,葉片可能折斷,斷片在離心力作用下,會擊穿風扇機匣,甩離發動機,會打壞發動機外部結構例如液壓導管,電纜朿等造成嚴重的二次損傷。

為此,在設計時,應加強風扇機匣,使它能將風扇葉片從葉根處斷裂的斷片,不能擊穿機匣而包容在發動機內部,因此風扇機匣又稱包容環。為了考核發動機的包容環能否將風扇葉片從根部斷裂的斷片包容住,各國的適航條例中,均有一條發動機包容環的考核試驗,此項試驗費用特高且危險。

試驗時,在1片葉片根部安裝1個爆炸用的雷管,在風扇轉子轉速達到100%時,將雷管引爆,從葉片的根部炸斷葉片,檢驗葉片斷片是否能被包容環包住。

如果葉片斷片包容在發動機內部、發動機還能繼續運轉15秒且未引發著火,發動機安裝節沒有損壞,那麼,就通過了發動機包容性的考核。

當然,這台試驗的發動機會遭到嚴重損壞而報廢,損失幾百萬美元;如果試驗不成功,葉片斷片擊穿包容壞甩離發動機,會打壞試車台架的設備,甚到打斷燃油導管或液壓系統的導管引發台架失火,損失會更大。

因此,在進行適航審定試驗中,考核包容性的試驗都安排在最後,且有適航部門的代表參與試驗。

由於採取了以上各種措施,鳥撞飛機機帶來的危害後果,己有所降低,但是並未完全消除,今後可能適航當局會修攺發動機抗鳥撞的試驗要求,即增加投鳥試驗中鳥的重量與隻數,在駕駛員培訓方面會增加訓練處置飛機遇鳥撞後的應對能力等。


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