國產航空發動機的坎：型號匱乏 適航規章缺技術支撐

　　2018-05-14 10:00:20　來源: 科技日報社-中國科技網 (北京)

　　

　　科技日報 圖

　　「適航，是航空發動機能否自由翱翔的放飛證。」中國民航適航審定中心結構強度室張弓博士說，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並頒發，沒有「適航」通行證，航空發動機好比束住翅膀的鳥。

　　一款航空發動機要想獲取一張放飛證，必須經過一套非常嚴格的「適航」標準體系驗證，涵蓋設計、製造、驗證和管理。每個分項又有一系列技術指標，僅設計就有氣動、傳熱、結構、強度等等。

　　作為《中國民用航空規章》（CCAR）的組成部分，其中的CCAR33-R2（航空發動機）版的安全水平，與2009年11月2日生效的美國聯邦航空管理局（FAA）的FAR33部（航空發動機適航規章）第30修正案水平一致。

　　「儘管在規章要求層面與FAA基本一致，但由於國產航空發動機型號匱乏，缺乏實際工程實踐經驗，使我國適航規章缺少相應的技術支撐。實際型號的適航驗證工作，成為被卡在別國空域之外的關隘。」張弓說。

　　60年FAR33部修訂34次，其中一項歷時9年

　　一套嚴苛的「適航」標準體系永遠處於動態之中。

　　「針對航空發動機使用過程中出現的問題，特別是安全問題，以及如何適應飛機運行所提出的更高要求，適航都要在總結研究中不斷修訂，這也促使適航安全標準持續提升。」張弓說。

　　美國在世界上處於執航空發動機適航標準牛耳的地位。自1958年成立FAA后，截至2015年1月，FAR33部已歷經34次修訂。「每一項修訂，都蘊涵了長達數年的研究和技術積累。」張弓介紹說。

　　從活塞到渦輪，再從噴氣到渦扇，航空發動機技術不斷升級，適航標準也水漲船高。僅渦輪發動機，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飛機的發動機發生非包容失效事故，造成111人死亡。FAA隨即率世界四大航空發動機頂級製造商GE、普惠、羅羅和霍尼韋爾共同調研。結果發現，原有航空發動機適航條款隱含一項「假設存在」風險，即假設材料不含缺陷。而蘇城失事的DC-10飛機發動機，恰是鈦合金輪盤材料本身存在缺陷。

　　針對「假設材料不含缺陷」這一條款的修訂，FAA聯合美國西南航空發動機研究院，期間又經歷了兩次相關事故調查，從研究到發布諮詢通告，再到2007年修訂，正式發布3項諮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動機積累的數據，推動著適航技術不斷發展。」張弓說。

　　FAA和EASA，技術標準最高，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。「在世界很多地方，由於技術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事實上的准入標準，基本全球通飛。」張弓說。

　　來自美國航空航天諮詢公司數據，2016年，世界各國的民用航空發動機產量達27000台，除極少量俄羅斯製造外，歐美佔據這一市場份額高達98%。目前世界上推力最大的航空發動機，是GE公司生產的GE90-115B，地面台架試驗曾達到56.9噸最大推力，1995年11月正式投放商業市場后，用于波音777系列客機。

　　「在波音777類雙發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計，跨大洋飛行是不可想象的。」張弓說。

　　為提高經濟性能，實現跨大洋飛行，飛機製造商提出「延程飛行」，要求航空發動機能提供單發延程飛行，時長遠超90分鐘的可靠性支持。

　　如何驗證一款符合300分鐘航程要求的發動機新型號？

　　FAA要在設計上，按相應的33.201條款，審查製造商以往的設計經驗、技術參數以及風險的處理措施，同時要做一項3000循環實驗，周期長達數月至十數月。即使如此嚴苛，這款發動機型號還要過之後一個時期的應用關，才能准予放飛。

　　目前，FAR33部條款以詳細的分類「諮詢通告」和「審定政策」等技術文件為支撐，成為引領航空發動機發展的標桿。「比如，規章要求吸入單隻8磅大鳥時，發動機須達到什麼狀態，相應的諮詢通告就會詳細說明如何確定進氣面積，從而確定發動機的轉速以及試驗要求等。」張弓說。

　　國產發動機型號匱乏，CCAR33尚缺乏工業實踐支撐

　　我國航空發動機適航體系始建時間較早，主要參考FAA的FAR33部規章。

　　「別看只是引進翻譯，但因為英語語境差異，以及工業實踐缺乏，對許多條款理解各異，時常造成很大的技術分歧。」張弓告訴記者，曾經因一個「耐用性」條款中關於葉片包容的要求，就引起較大爭議。

　　上述關於葉片包容的要求有兩方面內容。一、必須對因轉子葉片失效而引起的破壞具有包容能力；二、必須確定因轉子葉片失效，穿透壓氣機和渦輪轉子機匣后，轉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？

　　經過長時間討論，並通過到國外航空發動機製造企業實地探詢，真相終於大白。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，當我們費力理解並翻譯出FAA規章后，隨著在役航空發動機的應用，可能FAA規章又變了。」張弓認為，這也是后發國家面臨的一大窘境。

　　按國際民航組織慣例，一款新產品想進入他國運行，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品，互相審查。沒有自主研製的航空發動機，缺乏實際型號的適航驗證工業實踐，也就無法從技術層面支撐現有的適航規章體系，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。「沒有工業實踐和驗證技術來支持適航標準體系，就沒有讓產品進入國際市場的話語權。」張弓說，這也是具備完善適航體系的國家經常設置的行業壁壘。

　　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等國產發動機的研製，將給CCAR33適航規章提供迫在眉睫的支撐性技術文件。CCAR33必將越來越有話語權，也必將保障國產民用航空發動機在藍天上自由安全地翱翔。