1、CCAR.適航符合性驗證思路簡述沈東【摘要】民用大型運輸類飛機需要滿足中國民用航空規章第25部?運輸類飛機適航標準?才能取得型號合格證。本文對其中的25.1093條款要求進行了分析，提出了建議的符合性驗證方法和思路，并對符合性驗證中的難點進行了簡要說明，為運輸類飛機25.1093條款的適航審查和符合性驗證工作提供參考。【關鍵詞】CCAR25.1093；結冰條件；冰脫落；符合性驗證0概述飛機在穿越云層時，發動機進氣道唇口蒙皮會出現結冰現象。如果不進行發動機唇口蒙皮結冰防護，結冰到一定程度會造成發動機進氣道進氣畸變，導致發動機異常振動，另外，機體外表冰脫落被吸入發動機時可能造成發動機壓氣機葉片受損

2、，嚴重的會導致發動機熄火【1】。為了保證發動機能夠在結冰條件下平安運行，針對發動機進氣系統，CCAR25部規章制定了25.1093條款-進氣系統防冰【2】。具體要求如下：a活塞發動機活塞發動機的進氣系統必須有防冰和除冰措施。除非用其它方法來滿足上述要求，否那么必須說明，在溫度為-1.130°F的無可見水汽的空氣中，每架裝有高空發動機的飛機，均符合以下規定：1采用普通文氏管式汽化器時，裝有預熱器，能在發動機以60%最大連續功率運轉情況下提供67120°F的溫升；2采用可減少結冰概率的汽化器時，裝有預熱器，能在發動機以60%最大連續功率運轉情況下提供56100°F的溫

3、升。b渦輪發動機1每臺渦輪發動機必須能在以下條件下在其整個飛行功率推力范圍包括慢車工作，而發動機、進氣系統部件或飛機機體部件上沒有不利于發動機運轉或引起功率或推力嚴重損失的冰積聚：i附錄C規定的結冰條件；ii為飛機作該類營運所制定的使用限制內的降雪和揚雪情況。2每臺渦輪發動機必須在溫度-9-11530°F、液態水含量不小于0.3克/米3、水呈水滴狀態其平均有效直徑不小于20微米的大氣條件下，進行地面慢車運轉30分鐘，此時可供發動機防冰用的引氣處于其臨界狀態，而無不利影響，隨后發動機以起飛功率推力作短暫運轉。在上述30分鐘慢車運轉期間，發動機可以按適航當局可接受的方式間歇地加大轉速到中

4、等功率推力。c增壓式活塞發動機每臺裝有增壓器對進入汽化器之前的空氣進行增壓的活塞發動機，在判斷符合本條a的規定時，在任何高度上均可利用由此增壓所產生的空氣溫升，只要所利用的溫升是在有關的高度和運轉條件下因增壓而自動獲得的。中國民用航空局1995年12月18日第二次修訂25.1093條款針對活塞發動機、渦輪發動機、增壓式活塞發動機三種不同類型的發動機進行了專門的進氣系統防冰要求。目前，大型民用運輸類飛機安裝的發動機根本皆為渦輪噴氣式發動機，因此，本文僅對25.1093b的驗證思路和驗證方法進行簡述。1CCAR25.1093b條款關鍵點解析整個飛行功率推力范圍包括慢車：在可以防止慢車停車推力之外，

5、整個推力范圍都需要為發動機提供防冰措施。“發動機、進氣系統部件或飛機機體部件上沒有不利于發動機運轉或引起功率或推力嚴重損失的冰積聚中發動機主要指發動機風扇葉片等結冰外表，進氣系統部件主要指進氣道唇口，飛機機體解釋為任何可能有冰聚集、并且產生的冰可能被吸入發動機的機體部件，可能結冰的機體部件主要有機頭、機翼前緣和回流冰、機身、天線屏蔽器、天線等。“不利于發動機運轉或引起功率或推力嚴重損失：結冰對發動機的影響主要有異常振動、推力損失、機械損傷三種情況【3】。不同型號的發動機對應不同的不可接受振動、推力損失、機械損傷的標準，在進行25.1093條款適航符合性驗證時，需要發動機供應商提供這些標準。2C

6、CAR25.1093b與CCAR33.68的區別CCAR33.68從發動機本體出發，要求在結冰條件下，整個飛行推力范圍內，發動機部件上沒有影響發動機運轉或造成不可接受的推力損失的冰積聚。屬于從發動機制造商角度考慮的條款，關注點是發動機自身的狀態和能力，例如，熄火、喘振、壓氣機失速、轉子卡死、異常振動、推力響應慢、喪失推力保持等。CCAR25.1093b從飛機出發，要求在結冰條件下，整個飛行推力范圍內，發動機、機體、進氣道上沒有影響發動機運轉或造成不可接受的推力損失的冰積聚，關注點是發動機安裝后與飛機的匹配。一般適航驗證中，CCAR33.68需要先于CCAR25.1093b完成驗證，滿足CCAR

7、33.68是進行CCAR25.1093b驗證的根底。CCAR33.68的驗證試驗為CCAR25.1093b提供結冰條件下發動機的推力變化特性、振動特性、發動機機械損傷容限等關鍵參數。325.1093b條款驗證思路對25.1093b條款的驗證主要分為三個局部：機體冰脫落符合性驗證、發動機風扇冰脫落符合性驗證、短艙防冰系統符合性驗證。3.1機體冰脫落符合性驗證機體冰脫落符合性驗證的大致流程如圖1下：圖1機體冰脫落符合性驗證流程驗證難點：1大尺寸外表的結冰量計算缺乏冰風洞試驗結果支持，計算結果僅能做參考，不能用來直接說明符合性。2冰脫落時破裂特性缺少理論和試驗支持，一般按最保守的破裂成兩塊處理，為冰

8、脫落的符合性驗證增加了難度。3對于脫落后冰塊運動軌跡模擬，由于冰塊的尺寸和質量難以確定，疊加上飛行姿態和外界氣流環境，模擬結果的可信性很難驗證，不能用來直接說明符合性。4冰脫落自然結冰試飛無法驗證到最臨界的冰脫落條件，僅能驗證個別結冰條件下的冰脫落符合性。一般，大尺寸結冰外表如機頭冰脫落的符合性驗證采用計算分析、自然結冰試飛、相似性分析相結合的方式說明符合性。冰脫落相似性分析的要點：1選取的相似機型具有足夠的平安服役數據。2飛機布局和外形相似。飛機布局和幾何外形相似是發動機吸入機體脫落冰相似性分析的根底，也是后續流場相似和結冰特性相似分析工作的前提。3流場特性相似。飛機的結冰特性和飛機氣動流場

9、密切相關，氣動流場影響水滴的運動軌跡進而影響結冰外形，流場特性發生變化，水滴運動軌跡和結冰冰形也隨之發生改變。另一方面，如果冰塊從機體下轉第290頁上接第345頁外表脫落，脫落冰塊的運動軌跡也受到飛機氣動流場的影響。4結冰特性相似。冰脫落軌跡與冰塊初始脫落位置、冰塊大小以及形狀有關，結冰冰形和結冰位置必須具備相似性，才能保證在具有相似性的流場前提下，脫落冰塊的運動軌跡具有相似性。3.2渦輪發動機風扇葉片冰脫落符合性驗證發動機風扇葉片冰脫落可能會導致發動機產生機械損傷，在符合性驗證中，一般采用計算分析和試飛的方法來說明風扇葉片冰脫落不會對發動機造成機械損傷或不可接受的推力損失。驗證難點：風扇冰脫

10、落的符合性風扇冰脫落自然結冰試飛，FAAAC20-147建議發動機風扇冰脫落飛行試驗在飛機發動機爬升最大爬升、待機、下降空中慢車三個階段中的每個階段進行三次發動機風扇自然冰脫落試飛試驗。風扇冰脫落自然結冰試驗條件要求高，試飛風險大，冰脫落判據難以確定。在試驗前需要做充分的分析和地面試驗，包括：結冰條件下的實驗室試驗、發動機機械損傷判據、發動機振動特性等。3.3發動機進氣道唇口防冰系統性能符合性驗證進氣道唇口結冰帶來的危害由：1改變進氣流場，導致進氣畸變；2進氣道唇口冰脫落，造成發動機機械損傷。進氣道唇口防冰系統一般采用性能計算分析、結冰條件下的地面試驗、自然結冰飛行試驗的方法進行符合性驗證。驗

11、證難點：結冰條件下進氣道唇口防冰系統地面試驗需要在25.1093b2要求的結冰條件下進行，這種結冰條件在自然條件下很難遇到，需要通過地面結冰條件模擬設備模擬滿足條款要求的結冰條件。試驗前需要對結冰條件模擬設備試驗段的云霧模擬面積和質量、液態水含量、水滴顆粒直徑、水滴分布的均勻性等參數進行標定和檢查。4總結本文提出的CCAR25.1093b符合性驗證思路既是對以往經驗的總結，又是對后續型號驗證工作的指導，在CCAR25.1093b的適航驗證過程中，符合性方法較為明確，主要為計算分析、地面試驗、飛行試驗、相似性分析。但驗證過程中還有諸多難點，例如，機體外表冰脫落特性、大尺寸外表結冰量的計算校核、冰脫落后的運動軌跡、發動機風扇葉片冰脫落計算模型的建立和校核、自然結冰試飛方法的改善等還需要進一步的研究。另外，針對驗證工作中的技術難點申請人需盡早與審查方溝通，共同尋找最優方案，防止后期出現分歧。【參考文獻】【1】裘燮綱，韓鳳華.飛機防冰系統M.北京：航空專業教材審編組，1985.【2】中國民用航空局.中國民用航空