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适航标准:国产航发又一道难迈的坎儿

来源:科技日报 发布时间:2018-05-11 17:00:02

亟待攻克的核心技术

“适航,是航空发动机能否自由翱翔的放飞证。”中国民航适航审定中心结构强度室张弓博士说,这张放飞证是乘客安全的保证,由各国民航管理局代表公众认可并颁发,没有“适航”通行证,航空发动机好比束住翅膀的鸟。

一款航空发动机要想获取一张放飞证,必须经过一套非常严格的“适航”标准体系验证,涵盖设计、制造、验证和管理。每个分项又有一系列技术指标,仅设计就有气动、传热、结构、强度等等。

作为《中国民用航空规章》(CCAR)的组成部分,其中的CCAR33-R2(航空发动机)版的安全水平,与2009年11月2日生效的美国联邦航空管理局(FAA)的FAR33部(航空发动机适航规章)第30修正案水平一致。

“尽管在规章要求层面与FAA基本一致,但由于国产航空发动机型号匮乏,缺乏实际工程实践经验,使我国适航规章缺少相应的技术支撑。实际型号的适航验证工作,成为被卡在别国空域之外的关隘。”张弓说。

60年FAR33部修订34次,其中一项历时9年

一套严苛的“适航”标准体系永远处于动态之中。

“针对航空发动机使用过程中出现的问题,特别是安全问题,以及如何适应飞机运行所提出的更高要求,适航都要在总结研究中不断修订,这也促使适航安全标准持续提升。”张弓说。

美国在世界上处于执航空发动机适航标准牛耳的地位。自1958年成立FAA后,截至2015年1月,FAR33部已历经34次修订。“每一项修订,都蕴涵了长达数年的研究和技术积累。”张弓介绍说。

从活塞到涡轮,再从喷气到涡扇,航空发动机技术不断升级,适航标准也水涨船高。仅涡轮发动机,迄今只有一项条款未修订。

1989年7月19日,美国苏城,一起DC-10飞机的发动机发生非包容失效事故,造成111人死亡。FAA随即率世界四大航空发动机顶级制造商GE、普惠、罗罗和霍尼韦尔共同调研。结果发现,原有航空发动机适航条款隐含一项“假设存在”风险,即假设材料不含缺陷。而苏城失事的DC-10飞机发动机,恰是钛合金轮盘材料本身存在缺陷。

针对“假设材料不含缺陷”这一条款的修订,FAA联合美国西南航空发动机研究院,期间又经历了两次相关事故调查,从研究到发布咨询通告,再到2007年修订,正式发布3项咨询通告以及两项审定政策,历时长达9年。

“正是欧美大量在役航空发动机积累的数据,推动着适航技术不断发展。”张弓说。

FAA和EASA,技术标准最高,全球通飞

目前在国际上,以FAA和欧洲航空安全局(EASA)的适航审定影响力最大,认可度最高,双方互认。“在世界很多地方,由于技术标准赶不上美国和欧盟,大多直接参考FAA和EASA的标准,因此美欧的适航标准,也就成了国际民航业事实上的准入标准,基本全球通飞。”张弓说。

来自美国航空航天咨询公司数据,2016年,世界各国的民用航空发动机产量达27000台,除极少量俄罗斯制造外,欧美占据这一澳门正规博彩十大网站份额高达98%。目前世界上推力最大的航空发动机,是GE公司生产的GE90-115B,地面台架试验曾达到56.9吨最大推力,1995年11月正式投放商业澳门正规博彩十大网站后,用于波音777系列客机。

“在波音777类双发飞机延程飞行成熟之前,飞行要求90分钟航程保证有一个机场,因此国际航线必须沿大陆岸线设计,跨大洋飞行是不可想象的。”张弓说。

为提高经济性能,实现跨大洋飞行,飞机制造商提出“延程飞行”,要求航空发动机能提供单发延程飞行,时长远超90分钟的可靠性支持。

如何验证一款符合300分钟航程要求的发动机新型号?

FAA要在设计上,按相应的33.201条款,审查制造商以往的设计经验、技术参数以及风险的处理措施,同时要做一项3000循环实验,周期长达数月至十数月。即使如此严苛,这款发动机型号还要过之后一个时期的应用关,才能准予放飞。

目前,FAR33部条款以详细的分类“咨询通告”和“审定政策”等技术文件为支撑,成为引领航空发动机发展的标杆。“比如,规章要求吸入单只8磅大鸟时,发动机须达到什么状态,相应的咨询通告就会详细说明如何确定进气面积,从而确定发动机的转速以及试验要求等。”张弓说。

国产发动机型号匮乏,CCAR33尚缺乏工业实践支撑

我国航空发动机适航体系始建时间较早,主要参考FAA的FAR33部规章。

“别看只是引进翻译,但因为英语语境差异,以及工业实践缺乏,对许多条款理解各异,时常造成很大的技术分歧。”张弓告诉记者,曾经因一个“耐用性”条款中关于叶片包容的要求,就引起较大争议。

上述关于叶片包容的要求有两方面内容。一、必须对因转子叶片失效而引起的破坏具有包容能力;二、必须确定因转子叶片失效,穿透压气机和涡轮转子机匣后,转子叶片碎片的能量水平和轨迹。

又要机匣具备包容能力,又要计算叶片穿透后的能量水平和轨迹。这个条款岂不是自相矛盾?

经过长时间讨论,并通过到国外航空发动机制造企业实地探询,真相终于大白。原来,英文中的“穿透”,指的是轴(水平)向,而非径(直径)向,即计算叶片碎片喷出短舱进出口的能量和轨迹。

“还有,当我们费力理解并翻译出FAA规章后,随着在役航空发动机的应用,可能FAA规章又变了。”张弓认为,这也是后发国家面临的一大窘境。

按国际民航组织惯例,一款新产品想进入他国运行,首先要通过对方的适航取证。在双边的认可中,一般需要提供对等的航空产品,互相审查。没有自主研制的航空发动机,缺乏实际型号的适航验证工业实践,也就无法从技术层面支撑现有的适航规章体系,更无法与别国对等互认。

建立中国自己的适航体系,已上升为国家意志。“没有工业实践和验证技术来支持适航标准体系,就没有让产品进入国际澳门正规博彩十大网站的话语权。”张弓说,这也是具备完善适航体系的国家经常设置的行业壁垒。

2017年10月,中国民航适航审定中心正式成立,伴随着长江1000系列和涡轴16等国产发动机的研制,将给CCAR33适航规章提供迫在眉睫的支撑性技术文件。CCAR33必将越来越有话语权,也必将保障国产民用航空发动机在蓝天上自由安全地翱翔。

责任编辑:FG003

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