財經 北京新浪網 適航標準:國產航發又一道難邁的坎兒

適航標準:國產航發又一道難邁的坎兒

科技日報記者 矯陽

「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,使中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後,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。

美國聯邦航空管理局

全稱為Federal Aviation Administration 

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,從研究到發佈諮詢通告,再到2007年修訂,正式發佈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\EASA,技術標準高,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Rose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後,用於波音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像的。」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杆。「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

中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後,轉子葉片碎片的能量水平和軌跡。

又要機匣具備包容能力,又要計算葉片穿透後的能量水平和軌跡。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規章後,隨著在役航空發動機的應用,可能FAA規章又變了。」張弓認為,這也是後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。