渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)適航完整性評(píng)定方法及驗(yàn)證

摘要

為探索適用于中國(guó)航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證方法，針對(duì)吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證需求，結(jié)合渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)研制，重點(diǎn)圍繞中鳥(niǎo)附加的完整性評(píng)定要求，從試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、試車臺(tái)架、吞鳥(niǎo)試驗(yàn)專用設(shè)備和測(cè)試方案等方面，提出試驗(yàn)系統(tǒng)要求；從風(fēng)扇葉片標(biāo)識(shí)、鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)布局、投鳥(niǎo)參數(shù)校準(zhǔn)和鳥(niǎo)彈準(zhǔn)備等方面，提出具體試驗(yàn)方法；從鳥(niǎo)的質(zhì)量、投射位置、投射速度、試驗(yàn)狀態(tài)和試驗(yàn)程序等方面，制定試驗(yàn)參數(shù)。依據(jù)制定的符合性驗(yàn)證方法，在露天試驗(yàn)臺(tái)完成渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)行了中國(guó)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)適航符合性方法的探索與實(shí)踐。結(jié)果表明：質(zhì)量為0.71kg的鳥(niǎo)彈以99m/s的速度投向70%風(fēng)扇葉高區(qū)域后，發(fā)動(dòng)機(jī)推力損失2%，驗(yàn)證了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)后仍具有穩(wěn)定工作的能力，為后續(xù)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)展吞鳥(niǎo)適航符合性的研究與驗(yàn)證奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞

吞鳥(niǎo)；渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)；適航；符合性驗(yàn)證

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引言

隨著航空領(lǐng)域的快速發(fā)展，鳥(niǎo)類對(duì)飛行的危害不斷凸顯，鳥(niǎo)撞擊在發(fā)動(dòng)機(jī)引發(fā)事故的概率高達(dá)44%。發(fā)動(dòng)機(jī)在遭遇鳥(niǎo)撞擊后，可能會(huì)造成風(fēng)扇葉片等進(jìn)口結(jié)構(gòu)損傷，甚至引起高壓壓氣機(jī)喘振，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)推力損失。由此可見(jiàn)，吞鳥(niǎo)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的危害性值得引起重視。

國(guó)外對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證的研究起步較早，GE和RR公司等在20世紀(jì)80年代就具備了吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證的能力，開(kāi)展了相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)吞鳥(niǎo)試驗(yàn)技術(shù)研究[7-9]，已經(jīng)完成了GE90、BR710、CFM56等多型發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證試驗(yàn)，積累了豐富的方法研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在中國(guó)，吳大觀[10]對(duì)吞鳥(niǎo)試驗(yàn)?zāi)康?、要求和方法進(jìn)行了分析，認(rèn)為吞鳥(niǎo)試驗(yàn)的程序、方法、參數(shù)選擇需要開(kāi)展大量研究；張清等[11]研究了吞鳥(niǎo)適航規(guī)章的發(fā)展與內(nèi)涵；羅剛等[12-14]研究了風(fēng)扇葉片遭遇鳥(niǎo)撞條件下的損傷規(guī)律，為吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證試驗(yàn)參數(shù)分析提供了基礎(chǔ)；晏祥斌等[15]對(duì)軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證進(jìn)行了研究。但是，上述吞鳥(niǎo)適航符合性研究主要停留在基礎(chǔ)方法和實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)驗(yàn)證方面，在中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)研制中已開(kāi)展的吞鳥(niǎo)試驗(yàn)驗(yàn)證主要參考軍標(biāo)要求，綜合考慮型號(hào)特點(diǎn)和具體的驗(yàn)證目的。針對(duì)吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證尚未形成用于發(fā)動(dòng)機(jī)研制實(shí)踐的具體方法，也未完成中國(guó)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證。

基于上述情況，本文結(jié)合大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)研制需求，進(jìn)行吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證方法研究與探索，重點(diǎn)針對(duì)中鳥(niǎo)附加的完整性評(píng)定符合性驗(yàn)證開(kāi)展研究，并進(jìn)行符合性方法有效性的驗(yàn)證。

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試驗(yàn)系統(tǒng)

1.1試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)是雙轉(zhuǎn)子大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，由風(fēng)扇、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、附件傳動(dòng)裝置和排氣系統(tǒng)等組成。

發(fā)動(dòng)機(jī)一旦發(fā)生吞鳥(niǎo)情況，鳥(niǎo)撞擊風(fēng)扇葉片產(chǎn)生的沖擊能量，將以沖擊載荷的方式作用在發(fā)動(dòng)機(jī)部件上，沿發(fā)動(dòng)機(jī)承力系統(tǒng)向發(fā)動(dòng)機(jī)安裝節(jié)傳遞，造成葉片、承力部件等一次損傷。沖擊載荷的方向和傳遞方式因?yàn)槿~片帶扭和帶彎而變得異常復(fù)雜，軸向、徑向和周向傳遞的載荷同時(shí)存在。軸向和部分徑向載荷經(jīng)低壓轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)、支點(diǎn)軸承座、中介機(jī)匣傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)主安裝節(jié)；周向載荷和部分徑向載荷通過(guò)低壓轉(zhuǎn)子軸系傳遞到后支點(diǎn)，再經(jīng)后支點(diǎn)軸承座、渦輪后機(jī)匣傳遞至輔助安裝節(jié)，載荷傳遞路徑如圖1所示。因此，吞鳥(niǎo)用發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片、風(fēng)扇機(jī)匣、軸承、低壓轉(zhuǎn)子軸系、承力系統(tǒng)、安裝系統(tǒng)等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要具有代表性。

1.2試驗(yàn)臺(tái)架

試驗(yàn)臺(tái)架采用地面露天試車臺(tái)，包括門(mén)式支架和常規(guī)試車臺(tái)架兩部分，試車臺(tái)架如圖2所示。門(mén)式支架為4柱式支撐臺(tái)架，由各桁架部件裝配而成，4立柱中心距7m×7m，柱頂高8.6m，柱寬1m，凈空6m。4根立柱與土建基礎(chǔ)相連接，立柱頂部連接鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，平臺(tái)下布置安裝支臂，用于安裝發(fā)動(dòng)機(jī)。臺(tái)架上方安裝起吊裝置，便于發(fā)動(dòng)機(jī)及其掛架的安裝和設(shè)備維護(hù)。

常規(guī)試車臺(tái)架主要由工藝系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、推力測(cè)量及校準(zhǔn)系統(tǒng)、工業(yè)監(jiān)視系統(tǒng)等組成。其中，工藝系統(tǒng)包括空氣起動(dòng)系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、燃油加載系統(tǒng)、液壓加載系統(tǒng)、油封系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、氮氧系統(tǒng)和氣體滅火系統(tǒng)等，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試車需求。監(jiān)視系統(tǒng)中包含8個(gè)攝像頭覆蓋試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，能夠從不同角度觀察并記錄試驗(yàn)全過(guò)程。此外，為了滿足鳥(niǎo)體發(fā)射裝置等專用設(shè)備的安裝需求，試車臺(tái)前部進(jìn)氣區(qū)設(shè)置專用的錨點(diǎn)和安裝導(dǎo)軌。

1.3吞鳥(niǎo)試驗(yàn)專用設(shè)備

吞鳥(niǎo)試驗(yàn)采用的專用設(shè)備主要包括鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)、影像記錄系統(tǒng)和測(cè)速系統(tǒng)等。鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)主要用于按照規(guī)定質(zhì)量、數(shù)量和速度向發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口規(guī)定區(qū)域完成鳥(niǎo)彈的投射；影像記錄系統(tǒng)主要用以滿足吞鳥(niǎo)過(guò)程的拍攝與記錄要求；測(cè)速系統(tǒng)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)鳥(niǎo)速的準(zhǔn)確測(cè)量，確認(rèn)試驗(yàn)鳥(niǎo)的實(shí)際發(fā)射速度。

1.3.1鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)

鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)由安裝平臺(tái)、炮管安裝架、鳥(niǎo)炮、儲(chǔ)氣瓶和控制系統(tǒng)組成，鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)如圖3所示。為了保證整套裝置安裝平穩(wěn)可靠，安裝平臺(tái)采用鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，并在底部安裝調(diào)平地腳。為了保證炮管穩(wěn)定安裝，炮管安裝架分成前后2層支架，實(shí)現(xiàn)投射所用炮管的固定；為了滿足鳥(niǎo)彈在發(fā)動(dòng)機(jī)正表面的不同投射位置需求，炮管安裝架設(shè)計(jì)為分層式結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)炮管中心在2.5～7.0m高度范圍內(nèi)調(diào)整，通過(guò)炮管在同一高度炮架上不同水平位置的安裝，可以實(shí)現(xiàn)水平位置的調(diào)整。為了實(shí)現(xiàn)炮管吊裝，支架上部設(shè)計(jì)為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)形式。為了滿足試驗(yàn)鳥(niǎo)的質(zhì)量、投射速度等要求，采用炮口直徑為120mm、炮管長(zhǎng)度為8m、最大發(fā)射速度為200m/s、最大發(fā)射鳥(niǎo)彈質(zhì)量為1.2kg的中型炮管。為了控制發(fā)射壓力，獲得試驗(yàn)所需的鳥(niǎo)彈投射速度，在儲(chǔ)氣瓶上裝有壓力控制裝置。

鳥(niǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)的主要工作原理為通過(guò)高壓氣體膨脹作功，使鳥(niǎo)彈在炮管內(nèi)不斷加速，到達(dá)炮口時(shí)加速達(dá)到試驗(yàn)要求的鳥(niǎo)彈投射速度。鳥(niǎo)的速度主要通過(guò)壓力容器的充氣壓力控制，通過(guò)采用規(guī)定質(zhì)量的鳥(niǎo)彈進(jìn)行多次調(diào)試，建立速度與壓力關(guān)系曲線，在試驗(yàn)中通過(guò)控制合理的充氣壓力，滿足投射速度要求。在投射前，將鳥(niǎo)彈放在彈托內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)鳥(niǎo)彈與炮管內(nèi)壁之間的密封和保持，彈托在炮管出口位置被彈托分離器剝掉并保留在炮管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)鳥(niǎo)彈單獨(dú)射出。

1.3.2影像記錄系統(tǒng)

影像記錄系統(tǒng)主要由高速攝像裝置以及照明設(shè)備組成，高速攝像裝置為5臺(tái)拍攝幀頻為500010000幀/s的高速攝像機(jī)。

為了滿足上述拍攝與記錄要求，主要在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、出口2處關(guān)鍵區(qū)域布置高速攝像裝置，安裝位置布局如圖4所示。為了拍攝、記錄鳥(niǎo)撞擊部位、撞擊過(guò)程及零部件損傷情況、鳥(niǎo)從炮口發(fā)射情況，在1、2號(hào)位置分別布置1臺(tái)幀頻為10000幀/s的高速攝像機(jī)，拍攝角度覆蓋風(fēng)扇進(jìn)口區(qū)域，其中1號(hào)位于鳥(niǎo)炮出口后側(cè)，拍攝方向沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸線方向，2號(hào)位于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口前側(cè)方，相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)軸線有一定角度；為了拍攝、記錄鳥(niǎo)彈飛行過(guò)程及軌跡，在3號(hào)位置布置1臺(tái)幀頻為10000幀/s的高速攝像，拍攝方向垂直于發(fā)動(dòng)機(jī)軸線，拍攝角度覆蓋炮管出口到進(jìn)氣道之間的距離范圍；為了拍攝、記錄吞鳥(niǎo)后發(fā)動(dòng)機(jī)外涵和尾噴管的情況，在尾噴管后方4、5號(hào)位置分別布置1臺(tái)幀頻為5000幀/s的高速攝像，拍攝角度覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)出口區(qū)域，其中4號(hào)拍攝方向垂直于發(fā)動(dòng)機(jī)軸線，5號(hào)拍攝方向從斜側(cè)方指向尾噴管。

為了保證高速攝像裝置能夠清晰地監(jiān)測(cè)記錄鳥(niǎo)彈撞擊風(fēng)扇葉片過(guò)程，在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口配備滿足拍攝要求的照明設(shè)備，所采用的燈光功率為200kW，以提供足夠的拍攝光源。為了照亮風(fēng)扇進(jìn)口，照明設(shè)備主要安裝在炮架上鳥(niǎo)炮出口附近位置，照明設(shè)備安裝如圖5所示。

1.3.3測(cè)速系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)鳥(niǎo)彈投射速度的測(cè)量與確認(rèn)，試驗(yàn)配備激光測(cè)速系統(tǒng)，主要由激光發(fā)射器、接收器等組成。測(cè)速系統(tǒng)基本原理如圖6所示。在發(fā)射物飛經(jīng)第1個(gè)激光發(fā)射器時(shí)，激光束被遮擋，接收器的輸出電壓改變，飛經(jīng)第2個(gè)發(fā)射器時(shí)，輸出電壓再次改變，2次電壓改變之間的時(shí)間間隔Δt可以由計(jì)算機(jī)記錄并算出，2臺(tái)發(fā)射器之間距離L可以測(cè)

出，則發(fā)射物飛越測(cè)速裝置時(shí)的平均速度v=L/Δt。鳥(niǎo)彈投射速度的測(cè)量結(jié)果由工業(yè)計(jì)算機(jī)直接給出。

1.4測(cè)試方案

為了分析吞鳥(niǎo)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的影響，試驗(yàn)過(guò)程中針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)速、低壓轉(zhuǎn)速、推力、排氣溫度、高壓壓氣機(jī)進(jìn)口及出口截面壓力等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、記錄，獲得吞鳥(niǎo)后發(fā)動(dòng)機(jī)典型性能參數(shù)變化情況。為了分析吞鳥(niǎo)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、關(guān)鍵影響部件應(yīng)力等變化情況，進(jìn)行振動(dòng)、應(yīng)力參數(shù)測(cè)量、記錄，其中，振動(dòng)測(cè)量包括1支點(diǎn)軸承座、風(fēng)扇機(jī)匣、中介機(jī)匣、渦輪機(jī)匣部位，應(yīng)力測(cè)量包括1支點(diǎn)軸承座、主安裝節(jié)、輔助安裝節(jié)部位，1支點(diǎn)軸承座在軸向2個(gè)不同截面位置進(jìn)行測(cè)量，振動(dòng)、應(yīng)力測(cè)量部位如圖7所示。

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試驗(yàn)方法及程序

2.1試驗(yàn)方法

2.1.1風(fēng)扇葉片標(biāo)識(shí)

為了滿足清晰拍攝、記錄、測(cè)量投射位置與損傷情況等需求，對(duì)全部風(fēng)扇葉片葉身涂黃色底色，并結(jié)合投射位置對(duì)應(yīng)風(fēng)扇葉身高度，對(duì)葉身進(jìn)行分區(qū)標(biāo)識(shí)，在風(fēng)扇葉片盆側(cè)和背側(cè)涂畫(huà)寬度為10mm的黑色網(wǎng)格線。風(fēng)扇葉片標(biāo)識(shí)如圖8所示。

2.1.2鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)布局

鳥(niǎo)體發(fā)射裝置布局主要從滿足投射參數(shù)要求、不對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口氣流產(chǎn)生干擾2方面考慮。

為了將鳥(niǎo)彈準(zhǔn)確發(fā)射至發(fā)動(dòng)機(jī)前表面目標(biāo)區(qū)域，并確保鳥(niǎo)彈撞擊風(fēng)扇葉片速度相比炮口發(fā)射速度偏差較小，考慮鳥(niǎo)彈從炮口發(fā)射后所受到的重力、摩擦力等帶來(lái)的投射位置、投射速度偏差，發(fā)射系統(tǒng)布局時(shí)，炮口與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口之間的距離不宜過(guò)遠(yuǎn)。

為了確保鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)不對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口氣流產(chǎn)生影響，從鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)布局位置靜態(tài)影響和鳥(niǎo)炮發(fā)射氣流動(dòng)態(tài)影響2方面，通過(guò)數(shù)值仿真計(jì)算與空炮試驗(yàn)相結(jié)合的方式，綜合分析鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口氣流影響，得到合理的布局位置，確保對(duì)試驗(yàn)不產(chǎn)生額外干擾。具體分析方法如下：

（1）為了避免鳥(niǎo)體發(fā)射裝置布局位置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口氣流產(chǎn)生附加影響，采用商業(yè)軟件開(kāi)展鳥(niǎo)體發(fā)射裝置布局對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口氣流影響數(shù)值仿真分析，仿真分析模型如圖9所示。通過(guò)仿真分析得到發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇進(jìn)口總壓分布和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口流線。仿真分析結(jié)果表明，在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口距離4m處布置鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)（距離以炮管出口為準(zhǔn)）相比發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口區(qū)域不布置鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)，風(fēng)扇進(jìn)口總壓分布基本一致，進(jìn)口前1m處截面流量變化基本可以忽略，變化量≯0.65%，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口氣流基本無(wú)干擾。仿真分析得到的發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇進(jìn)口總壓分布如圖10所示，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口流線如圖11所示。

（2）為了確保鳥(niǎo)炮發(fā)射氣流所帶來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口氣流影響可以接受，在鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)安裝位置氣動(dòng)影響仿真分析基礎(chǔ)上，在完成鳥(niǎo)體發(fā)射系統(tǒng)安裝與調(diào)試后，開(kāi)展空炮試驗(yàn)，向工作狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)射空炮，模擬正式吞鳥(niǎo)試驗(yàn)而不發(fā)射鳥(niǎo)彈條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性影響。空炮試驗(yàn)程序如圖12所示，X為發(fā)動(dòng)機(jī)上推至試驗(yàn)狀態(tài)后穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果表明，在空炮試驗(yàn)過(guò)程中，空氣炮發(fā)射前后發(fā)動(dòng)機(jī)推力、排氣溫度、轉(zhuǎn)速以及各個(gè)控制參數(shù)未出現(xiàn)變化。

通過(guò)上述數(shù)值仿真計(jì)算與試驗(yàn)綜合分析，表明投射裝置安裝在炮管出口與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道之間為4m距離時(shí)，不影響發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口氣流，滿足試驗(yàn)要求，鳥(niǎo)體發(fā)射裝置安裝位置如圖13所示。

2.1.3投鳥(niǎo)參數(shù)校準(zhǔn)

在吞鳥(niǎo)試驗(yàn)過(guò)程中，需要精確的控制鳥(niǎo)彈在發(fā)動(dòng)機(jī)前表面的撞擊位置，為了滿足該需求，在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口前安裝校靶設(shè)備，采用靶板標(biāo)定的辦法，反復(fù)測(cè)試?guó)B體撞擊位置，控制發(fā)射準(zhǔn)度。

投鳥(niǎo)參數(shù)校準(zhǔn)原理如圖14所示。將靶板移動(dòng)至炮口前方約2.5m位置處，并保持靶板平面與炮口平面平行，使用激光從炮管后方的裝彈艙射出，經(jīng)過(guò)8m長(zhǎng)的炮管內(nèi)腔，在靶板上形成均勻集中的斑點(diǎn)。記錄靶板上斑點(diǎn)出現(xiàn)的位置，并張貼醒目的標(biāo)識(shí)。采用真實(shí)鳥(niǎo)體進(jìn)行試射，并通過(guò)高速攝影記錄鳥(niǎo)體在靶板上的擊打位置，并與標(biāo)識(shí)的位置進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)反復(fù)測(cè)試，得到不同炮管的標(biāo)識(shí)點(diǎn)與實(shí)際擊打點(diǎn)的位置偏差。測(cè)量實(shí)際擊打位置點(diǎn)之間的相對(duì)位置，并與要求的位置進(jìn)行對(duì)比，如在精度要求范圍內(nèi)，則可以認(rèn)為鳥(niǎo)體發(fā)射準(zhǔn)度滿足要求。如果偏差較大，則需要挪動(dòng)炮管位置，并重復(fù)靶板標(biāo)定與擊打測(cè)試過(guò)程，直到發(fā)射準(zhǔn)度滿足要求。

校準(zhǔn)結(jié)果表明，氣炮功能正常，發(fā)射系數(shù)偏差不超過(guò)0.1%，發(fā)射速度誤差不超過(guò)1%，撞擊位置中心誤差不超過(guò)2%，滿足要求，投鳥(niǎo)參數(shù)校準(zhǔn)結(jié)果見(jiàn)表1。

2.1.4鳥(niǎo)彈準(zhǔn)備

基于適航條款要求，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口喉道面積，確定吞鳥(niǎo)試驗(yàn)的鳥(niǎo)彈質(zhì)量為0.7kg。為模擬飛行中遭遇鳥(niǎo)撞的真實(shí)情況，采用自然鳥(niǎo)體進(jìn)行試驗(yàn)。在物種選擇上，根據(jù)中國(guó)典型機(jī)場(chǎng)附件區(qū)域常見(jiàn)鳥(niǎo)種質(zhì)量特征及威脅程度評(píng)估結(jié)果，質(zhì)量范圍涵蓋0.7kg質(zhì)量級(jí)的鳥(niǎo)種為雉雞0.455～1.21kg、獵隼0.51～1.2kg，考慮包括體重、數(shù)量等級(jí)、影響區(qū)域、集群規(guī)模、鳥(niǎo)撞次數(shù)、鳥(niǎo)撞損壞比率等9方面的鳥(niǎo)類群威脅程度評(píng)估結(jié)果，雉雞、獵隼威脅程度分別為中級(jí)、低級(jí)[16]，因此，選用雉雞作為試驗(yàn)用鳥(niǎo)彈更具有代表性。由于雉雞與家雞同屬雞形目雉科，身體特性較為相近，而雉雞被列入中國(guó)林業(yè)局2000年8月1日發(fā)布的《國(guó)家保護(hù)的有益的或者由重要經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究?jī)r(jià)值的陸生野生動(dòng)物名錄》，同時(shí)也被列入《世界自然保護(hù)聯(lián)盟瀕危物種紅色名錄》。因此，綜合上述鳥(niǎo)的質(zhì)量、威脅程度、身體特性以及自然保護(hù)要求等方面考慮，確定采用家雞作為試驗(yàn)用鳥(niǎo)彈。

按照試驗(yàn)鳥(niǎo)彈質(zhì)量要求，準(zhǔn)備正式試驗(yàn)、投鳥(niǎo)參數(shù)校準(zhǔn)所需足夠數(shù)量的鳥(niǎo)彈。為了避免體內(nèi)多余物干擾試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，正式試驗(yàn)前對(duì)鳥(niǎo)彈進(jìn)行X射線檢查，驗(yàn)證體內(nèi)無(wú)硬物或金屬。為了更接近真實(shí)鳥(niǎo)撞情況，避免窒息死亡可能帶來(lái)的鳥(niǎo)彈僵硬，試驗(yàn)前采用酒精麻醉的方式進(jìn)行處理，保證鳥(niǎo)彈發(fā)射時(shí)為軟體。

為了確保滿足試驗(yàn)鳥(niǎo)的質(zhì)量要求，麻醉后進(jìn)行鳥(niǎo)彈稱重，根據(jù)稱重結(jié)果進(jìn)行剪裁或注水，并對(duì)最終稱重結(jié)果進(jìn)行記錄。試驗(yàn)用鳥(niǎo)彈如圖15所示。

2.2正式試驗(yàn)

在完成所有試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作，具備試驗(yàn)條件后，開(kāi)始正式的發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)具體程序如下：

（1）起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)慢車暖機(jī)并達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)起飛狀態(tài)，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，在此期間，對(duì)攝像系統(tǒng)及測(cè)試系統(tǒng)等進(jìn)行檢查；

（2）觸發(fā)投射裝置、高速攝像裝置，完成規(guī)定質(zhì)量的鳥(niǎo)彈發(fā)射，啟動(dòng)高速攝像拍攝；

（3）吞鳥(niǎo)后繼續(xù)在試驗(yàn)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)2min；

（4）按照程序規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)后，經(jīng)慢車?yán)錂C(jī)停車，完成試驗(yàn)。

試車程序曲線如圖16所示。

投射位置如圖17所示，鳥(niǎo)的質(zhì)量、速度、撞擊位置參數(shù)詳見(jiàn)表2。鳥(niǎo)彈以99m/s的速度投向70%風(fēng)扇葉高。

3

試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

3.1試驗(yàn)過(guò)程概況

在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，按照試驗(yàn)程序穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，并達(dá)到試驗(yàn)狀態(tài)，鳥(niǎo)彈發(fā)射完畢，所投射鳥(niǎo)的質(zhì)量、投射速度、投射位置、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)等均滿足試驗(yàn)要求，鳥(niǎo)彈發(fā)射過(guò)程如圖18所示。

從發(fā)動(dòng)機(jī)表現(xiàn)來(lái)看，吞鳥(niǎo)后發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)2min，各系統(tǒng)工作正常，滿足吞鳥(niǎo)后保持不低于75%起飛推力穩(wěn)定工作的要求；并按照預(yù)定程序在各狀態(tài)累計(jì)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)20min后，正常停車。

3.3試驗(yàn)后發(fā)動(dòng)機(jī)檢查

在試驗(yàn)后，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行檢查，對(duì)飛機(jī)引氣管路中的氣體成分進(jìn)行分析。

結(jié)果表明，鳥(niǎo)體撞擊引起3片風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片葉身進(jìn)氣邊變形，風(fēng)扇葉片損傷區(qū)域及損傷情況如圖23所示。發(fā)動(dòng)機(jī)其余結(jié)構(gòu)完好，各部件未見(jiàn)損傷，未發(fā)現(xiàn)危及飛行安全的結(jié)構(gòu)損壞，安裝系統(tǒng)連接可靠，反推力裝置未發(fā)生異常，飛機(jī)座艙引氣管路中的氣體成分符合要求，滿足了CCAR33.75條(g) (2)的情況。

4

結(jié)論

（1）依據(jù)適航吞鳥(niǎo)要求，建立了大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)適航附加的完整性評(píng)定驗(yàn)證方法，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證方法有效性，制定了吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證技術(shù)路線，進(jìn)行了中國(guó)大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證的探索與實(shí)踐；

（2）吞鳥(niǎo)試驗(yàn)專用設(shè)備及試驗(yàn)前安裝、調(diào)試方法，經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證能夠保證鳥(niǎo)彈按照規(guī)定速度、位置準(zhǔn)確發(fā)射，鳥(niǎo)彈發(fā)射及撞擊過(guò)程完整、記錄準(zhǔn)確，鳥(niǎo)炮發(fā)射氣流不會(huì)對(duì)吞鳥(niǎo)結(jié)果帶來(lái)干擾，均滿足吞鳥(niǎo)試驗(yàn)要求；

（3）試驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)后工作狀態(tài)穩(wěn)定，未產(chǎn)生危害性頂事件，推力損失相比吞鳥(niǎo)前的約為2%，滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)吞入1只質(zhì)量為0.70kg鳥(niǎo)條件下的安全性與保持75%推力的工作能力的要求；

（4）數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)后轉(zhuǎn)速、高壓壓氣機(jī)進(jìn)/出口壓力、推力、排氣溫度、振動(dòng)、應(yīng)力等參數(shù)存在波動(dòng)，隨后快速恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，通過(guò)試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析，首次掌握了發(fā)動(dòng)機(jī)吞入0.70kg量級(jí)鳥(niǎo)彈后的參數(shù)變化規(guī)律。

本文研究成果為中國(guó)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證方法的首次探索，在試驗(yàn)參數(shù)與方法制定、臺(tái)架與配套設(shè)備準(zhǔn)備、吞鳥(niǎo)專用設(shè)備準(zhǔn)備與調(diào)試、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等方面進(jìn)行了首次實(shí)踐，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，可為后續(xù)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)以及其它類型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的吞鳥(niǎo)適航符合性驗(yàn)證提供借鑒與參考。