民用飞机动力装置系统负加速试飞分析研究

赵强　颜颜　马向东　周宇穗　常红

【摘 要】为确保飞机已设计成为飞行中突遇风切变等恶劣天气影响仍能够正常工作，不会出现故障对飞行安全产生影响，各国民用飞机适航规章中均对动力装置系统的负加速性能进行了规定，要求以试飞的形式进行表明条款符合性的验证工作。本文对我国首次进行的某型民用飞机动力装置系统负加速度飞行试验和试验数据进行分析，飞机按要求连续3次进入负加速状态，飞机和发动机工作正常，未出现任何故障，试验成功，表明抛物线试飞方法准确可靠，该型民用飞机动力装置系统符合适航规章要求。

【关键词】动力装置；负加速度；试飞；滑油系统；低压

Civil Aircraft Powerplant System Negative Acceleration Flight Test Analysis Study

ZHAO Qiang YAN Yan MA Xiang-dong ZHOU Yu-sui CHANG Hong

（Shanghai Aircraft Design and Research Institution，Shanghai 201210，China）

【Abstract】In order to ensure the civil aircraft has been designed to operate normally when the aircraft encounter bad weather in flight task，such as wind shear，and no failures emerge to impact on flight safety，the regulations for civil aircraft of all nations regulate requirements on negative acceleration performance of civil aircraft powerplant system.It requires that the civil aircraft powerplant system to be certificated through flight test. This paper analyzes the civil aircraft powerplant system negative acceleration flight test method and test measured parameters.The aircraft entered into negative acceleration condition for 3 successive times according to requirements during flight test.The aircraft and engines operate normally without any failure.The flight test indicated that the parabola flight method for negative acceleration is successful and the civil aircraft powerplant system can comply with the airworthiness requirement.

【Key words】Powerplant；Negative acceleration；Flight test；Oil system；Low pressure

2013年2月，國内某航空公司航班在执行杭州至西安飞行任务中，受强气流影响进入负加速状态，飞机客舱内未固定物体在失重作用下产生漂浮，甚至冲撞行李舱下壁板。飞机改出负加速状态后，迅速恢复正常，未出现故障，因此未造成任何飞行事故。飞机的负加速状态将导致动力装置系统在短时间内处于极端恶劣的工作状态，可能出现危险故障，因此各国的民用飞机适航规章中均对动力装置系统的负加速性能进行了规定，要求交付运营前必须对飞机动力装置系统进行负加速度试飞试验，作为民用飞机的1类高风险试飞科目[1]此次试验在我国首次进行，本文使用此次试飞的数据，对民用飞机负加速试飞方法进行总结，对试飞结果进行分析，对我国民用飞机动力装置的负加速试飞工作具有一定的借鉴意义。

1 负加速度试飞描述

负加速状态为飞机在飞行过程中突然受到风切变等恶劣天气影响，无法将升力保持与重力平衡，飞机急速下降，处于短暂的失重状态。当飞机进入负加速状态时，飞机燃油和动力装置系统中的燃油和滑油液体处于悬浮状态，可能导致发动机的燃油和滑油的供油中断，引起发动机掉转速、熄火、甚至空中停车等故障。动力装置系统负加速度试飞用于验证飞机是否已设计成为能够保证负加速状态下发动机正常运行，不会发生熄火、停车等故障，满足CCAR25中§25.943条款的要求[2]，确保飞机在运营过程中突遇的负加速状态不会影响飞行安全。

2 试飞前试验基础和准备工作

2.1 发动机试验

负加速试飞过程中发动机滑油系统处于供油不充分的恶劣状态，为保证试飞过程中发动机的安全可靠，发动机安装飞机前必须完成滑油供油中断台架试验，验证发动机已设计成为当滑油系统出现供油中断时，在规定的时间内不会出现掉转速、熄火、喘振等故障。发动机供油中断时间为试验的关键考核因素，定义为飞机单次负加速动作最大时间要求外加20%时间裕度。负加速试飞中，发动机可能出现熄火等故障，存在空中停车隐患，试飞前飞机应完成发动机空中起动试验，以确保发动机具备良好的空中起动性能。

2.2 试飞准备

动力装置负加速试飞为高风险、高难度科目，为保证试飞安全和试验结果有效，必须在试验前严格执行如下的准备工作。endprint

1）试飞员熟知空中起动程序和应急处理程序，飞行期间飞机辅助动力装置处于工作状态；

2）要求试验发动机的滑油箱油量最小，试验前需执行滑油放油程序，非试验发动机滑油箱油量保持正常；

3）正式负加速度动作前，飞机燃油箱内燃油油量应消耗至半油箱液面位置；

4）为保证负加速过载值的准确测量，负加速传感器必须安装于飞机重心位置；

5）机舱内无多余物，机载设备有效固定。

3 试飞方法

根据按照咨询通告AC25-7B[2]中的要求，动力装置系统负加速试飞中，处于0～-1.0g之间的单次动作时间不少于7s，累计负加速度时间不少于20s。装配涡轮风扇发动机的民用飞机可使用如下图1所示的抛物线飞行法，连续3次进行单次动作不少于7s的负加速动作，正式动作前允许进行训练动作。每次动作可分解为如下图2所示的平飞、爬升、俯冲和恢复平飞4个步骤，其中爬升步骤中油门杆应推至最大推力，飞机俯仰角保持于+18°左右。飞机开始俯冲时，负加速状态出现，保持油门杆至最大推力，直至负加速保持超過7s，收油门杆至巡航慢车[3]。

4 试飞结果和分析

4.1 试飞有效性

飞机正式地连续3次进入的负加速度状态的记录如图3所示，每次负加速时间均大于7s，累计负加速度时间不少于20s的要求。

4.2 飞机性能分析

负加速试飞中，飞机俯仰角、空速、高度的变化趋势一致，曲线如图4所示。飞行员慢推油门杆，同时拉操纵杆使飞机爬升，俯仰角持续增大，高度上升。即将开始负加速动作，保持油门杆最大，飞行员推操纵杆，飞机俯仰角转捩，飞机由爬升改为俯冲，进入负加速状态（加速度值突降至0g以下）。负加速度状态保持超过7s后，俯仰角达到低头最大值，飞行员拉杆改出俯冲，终止负加速度动作，建立抬头俯仰角。由于惯性作用，飞机高度继续下降，速度继续增加，直至飞机姿态改平。3次动作中，飞机参数正常，能够迅速有效地响应飞行员的操作。

4.3 发动机性能分析

负加速试飞中，发动机风扇转速N1，核心机转速N2和排气温度EGT的变化趋势相同，曲线如图5所示。进入负加速动作前，发动机响应油门杆指令，N1、N2转速和EGT温度持续增大至最大连续推力。飞机进入负加速，发动机保持大推力状态。负加速度状态改出后，飞行员收油门杆，N1和N2转速回复慢车状态，EGT温度回落。3次动作中，发动机及时响应油门杆指令，发动机工作连续稳定，性能参数均未超限。

4.4 发动机燃/滑系统性能分析

负加速试飞中，发动机燃油和滑油系统的参数变化如图7所示，燃油流量、滑油温度、滑油量变化正常，发动机滑油压力受负过载作用出现突降情况，3次均降低至限制值25psid以下，飞机驾驶舱弹出如图7所示的发动机滑油低压告警。试验发动机的运行手册中规定负加速度飞行时允许发动机滑油压力低于限制值，因此该告警可被试验接受。

飞机进入负加速状态时，滑油压力降低至限制值以下，但发动机仍正常工作，无熄火和掉转速问题出现。飞机改出负加速度后，滑油压力迅速恢复至正常值，发动机工作状态良好。

5 结论

我国首次进行的某型民用飞机动力装置系统的负加速试飞数据分析结果表明，负加速度抛物线试飞方法是可靠和准确的。飞机连续三次进入负加速状态，满足咨询通告中的规定的时间和次数要求。飞机、发动机以及发动机燃油、滑油系统的参数符合负加速飞行的特征，发动机工作正常，未出现任何故障，试验成功，为后续民机试飞工作提供了借鉴。

【参考文献】

[1]运输类飞机飞行试验技术手册[S].航空工业部民机局，1988.

[2]CCAR25，中国民用航空规章第25部——运输类飞机适航标准[S].中国民用航空总局，2011.

[3]Ali Bahrami.AC25-7B Flight Test Guide for Certification of Transport Category Airplanes[S].FAA.2011.3.29.

[4]吕美茜，魏锦州，刘宏亮.民用飞机燃油系统负加速试飞技术研究[J].民用飞机设计与研究，2012.

[5]陈战斌，吕美茜，魏锦州.某民机燃油系统负加速度供油性能试验分析[J].科学技术与工程，2011，11（35）.

[责任编辑：田吉捷]endprint