螺旋桨适航对飞机系统的影响分析

作者:未知

  摘 要 本文介绍了飞机研制过程中对螺旋桨的需求,分析了螺旋桨适航审定对飞机制造商系统设计工作的影响,总结了飞机研制中的相关经验,能够对国内同类型螺旋桨飞机设计和螺旋桨型号设计起到指导作用。
  关键词 螺旋桨;适航审定;验证思路
  引言
  我国的民用航空螺旋桨制造行业仍处于发展初期,产品存在军多民少,技术相对落后和适航审定经验不足等问题。螺旋桨制造商需尽快研制,实现系列化发展,才能满足我国民用航空日益发展的需要。本文通过总结国内某型通用飞机螺旋桨系统研制经验,分析螺旋桨适航审定研制工作对飞机系统设计的影响。
  1 螺旋桨适航审定影响分析
  1.1 适航規章要求
  适航规章要求螺旋桨需要取得型号合格证(TC)或型号认可证(VTC)。螺旋桨型号合格证的申请和更改必须符合规章中实用的要求。进口螺旋桨应当取得局方颁发的型号认可证或者补充型号认可证。
  1.2 适航规章影响
  飞机在适航审定过程中需螺旋桨制造商提供相关材料以满足适航条款中螺旋桨相关部分的要求,因此螺旋桨适航审定过程应充分依据飞机的适航规章提出对螺旋桨的相关要求,并作为螺旋桨适航审查的审定基础。
  (1)螺旋桨间距。对于螺旋桨与飞机各结构之间的间距,飞机在布局设计和螺旋桨选型时就必须考虑螺旋桨与地面、水面和结构之间的间距。变距螺旋桨应进一步考虑桨叶变距过程中产生的间距变化是否能够满足适航条款的要求。
  (2)螺旋桨指示。为了防止螺旋桨处于低距状态产生危及飞机安全的情况,因此每具螺旋桨一个位置指示器,在螺旋桨桨叶角小于飞行低距位置(飞行低距止动点8度)时向飞行机组发出指示,并且指示信号源必须直接感受桨叶位置[1]。
  国际上关于螺旋桨桨距指示的方式并不统一,在欧美国家中该系统可直接感受和指示桨叶位置,然而我国研制的螺旋桨是通过在螺旋桨低距位置设置限动装置,防止螺旋桨在飞行过程中进入低距状态。从保障飞行安全的基础上考虑,两种方式都是满足要求的,只是后者在螺旋桨和飞机适航审定过程中需要采取等效安全的方式进行适航审定。
  (3)螺旋桨振动。螺旋桨振动分析和试验是用来衡量螺旋桨疲劳性能和安全分析。适航规章中规定螺旋桨必须按实际测量或同已做过实测的类似安装进行比较,来确定任何正常的使用条件下螺旋桨桨叶振动载荷的大小。
  由于螺旋桨配套的发动机和安装形式的不同,会导致螺旋桨振动变化较大。为了衡量螺旋桨振动,需要对螺旋桨进行改装,通过机上地面试验和飞行试验测量螺旋桨振动载荷。
  (4)螺旋桨防冰。预计在可能结冰条件下使用的飞机,必须有措施防止或除去螺旋桨上或附件上达到危险程度的结冰。
  由于螺旋桨防冰的设计和验证需要在冰风洞试验或实际情况中进行。这就要求螺旋桨制造商在向用户提交螺旋桨之前,在冰风洞和其他成熟机型中完成螺旋桨防除冰试验。否则会直接影响到螺旋桨在飞机的适用情况。
  为了实现螺旋桨控制和螺旋桨防冰,飞机需要向螺旋桨提供直流电和交流电。特别是多发飞机用于防冰的耗电量较大,螺旋桨制造商可以与飞机制造商共同协商螺旋桨的供电时序,通过顺序供电的方式降低螺旋桨对飞机的耗电量。
  (5)其他要求。关于螺旋桨桨距操纵设计和试验等方面的要求与CCAR-35部《 螺旋桨适航标准》中基本保持一致,可由螺旋桨研制厂家提供相关数据进行分析和验证。关于螺旋桨的转子包容性分析应纳入飞机整机的转子包容性分析中统一进行。
  1.3 对试验原型机的影响
  如果在原型机上安装了尚未获型号批准的螺旋桨,飞机制造符合性检查代表应当充分了解原始提供的螺旋桨的批准状态,以及对于正式批准状态需要增加的改装情况。应当由螺旋桨制造商的代表亲自或在其监督下完成改装。任何提供给飞机制造商的螺旋桨的替换件或新设计件都应带有适航批准标签[2]。螺旋桨制造商需要将螺旋桨审查组提供的装机批准标签和飞机装机安全评估文件提交给飞机制造商。飞机制造商完成原型机首飞安全的评估报告,上报审查组批准。
  1.4 审定经验不足的影响
  在新型民用螺旋桨研制初期,由于经验不足,螺旋桨制造商往往会轻视适航审定工作,容易受以往军用飞机研制流程的影响。局方对螺旋桨适航审查工作刚刚起步,也存在型号多、工作量大和人员数量及经验的不足问题。这些问题都可能会导致型号适航审查工作进展缓慢,增加型号研制的难度和工作量,造成螺旋桨适航审定周期加长的问题,进而影响飞机研制的进度。
  1.5 适航规章与系统设计差异的影响
  由于螺旋桨不属于机载设备,飞机制造商应对螺旋桨提出取得型号合格证的要求,但是由于飞机使用环境的要求,往往需要对螺旋桨提出更加严酷的要求,因此飞机设计者应根据不同类型飞机提出对螺旋桨及其附件的特殊要求,例如海洋环境、防冰、雷击或电磁兼容等要求。
  2 某型飞机螺旋桨系统研制经验
  某型飞机螺旋桨属于国内首个按照现行适航规章取证的项目,飞机制造商要求将CCAR-35部和CCAR-25部部分相关条款作为螺旋桨取证的审定基础之一,螺旋桨制造商单独取证,取证过程不受飞机制造商影响,但是双方明确以下设计要求:
  (1)飞机制造商提供螺旋桨附近安装模型,用于协调螺旋桨与飞机结构之间间距;
  (2)螺旋桨制造商提供螺旋桨允许的振动应力值,双方共同完成螺旋桨振动机上地面试验和飞行试验;
  (3)螺旋桨桨距指示通过采用等效安全的方式审定;
  (4)螺旋桨规划完成地面防除冰试验和机上结冰试验;
  (5)螺旋桨在没有取得型号合格证时,螺旋桨供应商需提交适航批准标签作为装机许可。
  3 结束语
  螺旋桨适航审定工作与飞机系统设计之间是一个相互协调的复杂工程,通过对两者之间影响的分析,总结飞机研制中的相关经验,能够更好地解决过程中出现的问题,对国内同类型螺旋桨飞机设计和螺旋桨型号设计起到指导作用。
  参考文献
  [1] CCAR-25-R4.中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准[S].北京:中国标准出版社,2011.
  [2] AP-21-AA-2011-03-R4.航空器型号合格审定程序[S].北京:中国标准出版社,2011.
  作者简介
  翟冰冰,男,本科,工程师,研究方向:飞机动力装置系统设计及试验。
  屈昕,男,本科,工程师,研究方向:飞机防火系统设计及试验。
  张庆,男,本科,工程师,研究方向:飞机动力装置系统设计及试验。
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