“適航,是航空發(fā)動機能否自由翱翔的放飛證,。”中國民航適航審定中心結(jié)構(gòu)強度室張弓博士說,,這張放飛證是乘客安全的保證,由各國民航管理局代表公眾認可并頒發(fā),,沒有“適航”通行證,,航空發(fā)動機好比束住翅膀的鳥。
一款航空發(fā)動機要想獲取一張放飛證,,必須經(jīng)過一套非常嚴格的“適航”標準體系驗證,,涵蓋設(shè)計、制造,、驗證和管理,。每個分項又有一系列技術(shù)指標,僅設(shè)計就有氣動,、傳熱,、結(jié)構(gòu)、強度等等,。
作為《中國民用航空規(guī)章》(CCAR)的組成部分,,其中的CCAR33-R2(航空發(fā)動機)版的安全水平,與2009年11月2日生效的美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)的FAR33部(航空發(fā)動機適航規(guī)章)第30修正案水平一致,。
“盡管在規(guī)章要求層面與FAA基本一致,,但由于國產(chǎn)航空發(fā)動機型號匱乏,缺乏實際工程實踐經(jīng)驗,,使我國適航規(guī)章缺少相應(yīng)的技術(shù)支撐,。實際型號的適航驗證工作,成為被卡在別國空域之外的關(guān)隘,?!睆埞f。
60年FAR33部修訂34次,,其中一項歷時9年
一套嚴苛的“適航”標準體系永遠處于動態(tài)之中,。
“針對航空發(fā)動機使用過程中出現(xiàn)的問題,特別是安全問題,,以及如何適應(yīng)飛機運行所提出的更高要求,,適航都要在總結(jié)研究中不斷修訂,這也促使適航安全標準持續(xù)提升,?!睆埞f。
美國在世界上處于執(zhí)航空發(fā)動機適航標準牛耳的地位,。自1958年成立FAA后,,截至2015年1月,F(xiàn)AR33部已歷經(jīng)34次修訂?!懊恳豁椥抻?,都蘊涵了長達數(shù)年的研究和技術(shù)積累?!睆埞榻B說,。
從活塞到渦輪,再從噴氣到渦扇,,航空發(fā)動機技術(shù)不斷升級,,適航標準也水漲船高。僅渦輪發(fā)動機,,迄今只有一項條款未修訂,。
1989年7月19日,美國蘇城,,一起DC-10飛機的發(fā)動機發(fā)生非包容失效事故,,造成111人死亡。FAA隨即率世界四大航空發(fā)動機頂級制造商GE,、普惠,、羅羅和霍尼韋爾共同調(diào)研。結(jié)果發(fā)現(xiàn),,原有航空發(fā)動機適航條款隱含一項“假設(shè)存在”風險,,即假設(shè)材料不含缺陷。而蘇城失事的DC-10飛機發(fā)動機,,恰是鈦合金輪盤材料本身存在缺陷,。
針對“假設(shè)材料不含缺陷”這一條款的修訂,F(xiàn)AA聯(lián)合美國西南航空發(fā)動機研究院,,期間又經(jīng)歷了兩次相關(guān)事故調(diào)查,,從研究到發(fā)布咨詢通告,再到2007年修訂,,正式發(fā)布3項咨詢通告以及兩項審定政策,,歷時長達9年。
“正是歐美大量在役航空發(fā)動機積累的數(shù)據(jù),,推動著適航技術(shù)不斷發(fā)展,。”張弓說,。
FAA和EASA,,技術(shù)標準最高,全球通飛
目前在國際上,,以FAA和歐洲航空安全局(EASA)的適航審定影響力最大,,認可度最高,,雙方互認,?!霸谑澜绾芏嗟胤剑捎诩夹g(shù)標準趕不上美國和歐盟,,大多直接參考FAA和EASA的標準,,因此美歐的適航標準,也就成了國際民航業(yè)事實上的準入標準,,基本全球通飛,。”張弓說,。
來自美國航空航天咨詢公司數(shù)據(jù),,2016年,世界各國的民用航空發(fā)動機產(chǎn)量達27000臺,,除極少量俄羅斯制造外,,歐美占據(jù)這一市場份額高達98%。目前世界上推力最大的航空發(fā)動機,,是GE公司生產(chǎn)的GE90-115B,,地面臺架試驗曾達到56.9噸最大推力,1995年11月正式投放商業(yè)市場后,,用于波音777系列客機,。
“在波音777類雙發(fā)飛機延程飛行成熟之前,飛行要求90分鐘航程保證有一個機場,,因此國際航線必須沿大陸岸線設(shè)計,,跨大洋飛行是不可想象的?!睆埞f,。
為提高經(jīng)濟性能,實現(xiàn)跨大洋飛行,,飛機制造商提出“延程飛行”,,要求航空發(fā)動機能提供單發(fā)延程飛行,時長遠超90分鐘的可靠性支持,。
如何驗證一款符合300分鐘航程要求的發(fā)動機新型號,?
FAA要在設(shè)計上,按相應(yīng)的33.201條款,,審查制造商以往的設(shè)計經(jīng)驗,、技術(shù)參數(shù)以及風險的處理措施,同時要做一項3000循環(huán)實驗,,周期長達數(shù)月至十數(shù)月,。即使如此嚴苛,這款發(fā)動機型號還要過之后一個時期的應(yīng)用關(guān),才能準予放飛,。
目前,,F(xiàn)AR33部條款以詳細的分類“咨詢通告”和“審定政策”等技術(shù)文件為支撐,成為引領(lǐng)航空發(fā)動機發(fā)展的標桿,?!氨热纾?guī)章要求吸入單只8磅大鳥時,,發(fā)動機須達到什么狀態(tài),,相應(yīng)的咨詢通告就會詳細說明如何確定進氣面積,從而確定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速以及試驗要求等,?!睆埞f。
國產(chǎn)發(fā)動機型號匱乏,,CCAR33尚缺乏工業(yè)實踐支撐
我國航空發(fā)動機適航體系始建時間較早,,主要參考FAA的FAR33部規(guī)章。
“別看只是引進翻譯,,但因為英語語境差異,,以及工業(yè)實踐缺乏,對許多條款理解各異,,時常造成很大的技術(shù)分歧,。”張弓告訴記者,,曾經(jīng)因一個“耐用性”條款中關(guān)于葉片包容的要求,,就引起較大爭議。
上述關(guān)于葉片包容的要求有兩方面內(nèi)容,。一,、必須對因轉(zhuǎn)子葉片失效而引起的破壞具有包容能力;二,、必須確定因轉(zhuǎn)子葉片失效,,穿透壓氣機和渦輪轉(zhuǎn)子機匣后,轉(zhuǎn)子葉片碎片的能量水平和軌跡,。
又要機匣具備包容能力,,又要計算葉片穿透后的能量水平和軌跡。這個條款豈不是自相矛盾,?
經(jīng)過長時間討論,,并通過到國外航空發(fā)動機制造企業(yè)實地探詢,真相終于大白,。原來,,英文中的“穿透”,,指的是軸(水平)向,而非徑(直徑)向,,即計算葉片碎片噴出短艙進出口的能量和軌跡,。
“還有,當我們費力理解并翻譯出FAA規(guī)章后,,隨著在役航空發(fā)動機的應(yīng)用,可能FAA規(guī)章又變了,?!睆埞J為,這也是后發(fā)國家面臨的一大窘境,。
按國際民航組織慣例,,一款新產(chǎn)品想進入他國運行,首先要通過對方的適航取證,。在雙邊的認可中,,一般需要提供對等的航空產(chǎn)品,互相審查,。沒有自主研制的航空發(fā)動機,,缺乏實際型號的適航驗證工業(yè)實踐,也就無法從技術(shù)層面支撐現(xiàn)有的適航規(guī)章體系,,更無法與別國對等互認,。
建立中國自己的適航體系,已上升為國家意志,?!皼]有工業(yè)實踐和驗證技術(shù)來支持適航標準體系,就沒有讓產(chǎn)品進入國際市場的話語權(quán),?!睆埞f,這也是具備完善適航體系的國家經(jīng)常設(shè)置的行業(yè)壁壘,。
2017年10月,,中國民航適航審定中心正式成立,伴隨著長江1000系列和渦軸16等國產(chǎn)發(fā)動機的研制,,將給CCAR33適航規(guī)章提供迫在眉睫的支撐性技術(shù)文件,。CCAR33必將越來越有話語權(quán),也必將保障國產(chǎn)民用航空發(fā)動機在藍天上自由安全地翱翔,。