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        航发科普
        莫让冰花盛开在发动机上
        来源:       发布时间:2018-12-27

          “千里冰封,万里雪飘”是北国特有的美景。然而,冰花一旦盛开在飞机的发动机上,美丽中便暗藏危险。航空发动机结冰是危及飞行安全的严重问题之一,与其相关的飞行事故时有发生。

          一旦发动机进气系统结冰,会改变其空气动力特性,增加流动阻力,使进气流场分布不均,轻则发生气流畸变,影响发动机的工作稳定性,重则导致熄火停车,造成致命后果。此外,如果发动机进气系统结冰,防冰系统开启滞后,还可能造成脱落的冰块被发动机吸入,导致发动机损伤。
          

          不只是天气原因

         

          航空发动机是飞机结冰部件中最敏感的部分之一。发动机高速旋转时,进气道空气处于抽吸状态,气流加速,静温下降,使得航空发动机进气系统更容易受到天气变化的影响,更易结冰。

          即使不处于冰雪天气,在一定的飞行条件和气象条件下,航空发动机的进气部件也会出现结冰现象,比如云层中含有大量温度低于0摄氏度的液态过冷水滴,它们撞击在发动机短舱进气道前缘,同样会凝结成冰,造成发动机进气量减少,导致发动机性能下降。
          

         

          防冰是发动机设计的重要内容

         

          进气道防冰系统是保证发动机进气流场品质,以及飞机在结冰环境下安全运行的重要手段。中国民航局颁布的适航条款对民用航空发动机在结冰环境中的运行也提出了安全性要求。CCAR-33部主要针对发动机进气道本体的防冰性能验证提出了要求,CCAR-25部则针对发动机进气道安装之后的防冰系统性能设计及验证提出了要求。

          进气道短舱防冰方法主要包括热气防冰和电加热防冰等。民用航空发动机短舱防冰系统设计大多采用的是热气防冰系统。例如,波音737NG的CFM56-7B发动机采用热空气加温进行防冰。当系统工作时,进气道防冰活门打开,从发动机引气系统传来的热空气沿着防冰管路,经防冰活门流入进气道前缘整流罩的空腔内,对进气道进行加温。电加热防冰将电能转变为热能从而有效加热防冰表面,但不可避免地要消耗数量可观的能量。
          

          冰风洞试验等必不可少

         

          冰风洞试验是验证数值仿真得到的结冰特性以及防冰系统性能的主要手段之一。冰风洞能够模拟产生云中的过冷水滴,形成适航条款要求的结冰云雾条件,并模拟飞行条件下外部流场,对不同结冰条件下防冰系统进行验证。
          为了保证航空发动机及其系统的可靠性,各种极端环境的严格试验是必不可少的,这就包括测试在上万英尺高空或极其严寒的天气,发动机在结冰情况下是否仍能正常工作,比如最近刷屏网络的吞冰试验等。简单地说,就是为了让发动机能不结冰就不结冰,真结冰了咱也不怕冰。
          美国、欧洲和俄罗斯等都非常重视发动机结冰问题研究,均发展了自己的防冰系统设计体系,并借助防冰模拟试验器、整机防冰试验风洞等开展了大量针对防冰系统、结冰过程等方面的研究工作,且试验范围、试验段尺寸、测量设备仍在不断完善。
          我国首套用于航空动力装置的“地面结冰气象条件模拟系统”于2015年3月8日投入使用,满足了当时ARJ21-700“在冻雾天气环境运营时不会产生不利于发动机安全运行的冰积聚”的试验验证。这对于我国建立气象试验室,提高航空器飞行安全具有重要意义。

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