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说案例讲通报——发动机加速性下
2022-10-22 | 阅:  转:  |  分享 
  
我们在前面的公众号文章《说案例讲通报—发动机加速性》中提到波音737飞机早期,为了克服CFM 56系列发动机在低转速阶段加速慢,导致推力不一
致偏差,而采取了在起飞阶段将油门手柄推至从70%降到40%N1转速,待双发稳定后,再按压TOGA按钮的措施,解决了问题。但同时也带
来另外一个问题,就是如果出现起飞构型警告,只能在按压TOGA之后油门前推至起飞功率时才能发现问题。波音公司最开始设置油门前推70%
N1再摁TOGA正是为了起飞前检查是否有起飞构型警告再前推油门至起飞功率。波音737起飞构型警告是在任一油门前推超过30度,飞机各
舵面如果不在起飞设定的范围内就会触发音响警告。其中,发动机油门前推(推力解算器角度CL飞机对应30度,NG飞机对应53度)对应的N
1值接近或达到70%转速,此时如果存在构型偏差而不满足安全起飞的情况下,在飞机起飞加速前,飞机最初阶段就被发现而采取措施了。在执行
双发40% N1转速稳定后再摁TOGA起飞程序之后,此时,将双发油门前推,如果出现起飞构型警告,机组需要迅速收油门,中断起飞,由于
现在普遍采用滑跑起飞方式,所以两者之间处置时的飞机状态都是在飞机松开刹车开始滑跑的初期阶段,所以差别就不大了。虽然这样给机组提供判
断处置的余地也很大,但也需要机组有意识做好预想预防。我们讨论的第二个问题就是关于发动机加速性测试。根据手册查得加速目标N1之后,将
油门快速从高慢车转速推到目标N1转速。此时存在一个问题,如果油门推的靠前,会造成超过目标N1过多,造成发动机不必要的损耗,甚至会出
现超转的风险。如果油门推不到位,又会造成没有达到目标N1,测试不成功。在波音737 CL手册中,没有相关的提示,但在波音737 N
G手册中,则给出了如下提示:就是先前推油门超过加速目标N1转速+5%,然后用笔或贴纸标记此处位置,当正式测试时,直接将油门推至此处
,保证测试通过而不用担心转速超出过多。根据本人多年工作实践,还有一种不需要贴纸或用笔标记的方法,就是先进行功率保险测试后不收油门,
直接加减油门调整到加速目标N1,记录此处油门与附近最近处标识的字母或固定螺钉对应位置,然后进行测试。而且由于发动机本身转速惯性的作
用,没有必要在加速目标N1转速基础上再加5%作为标记,直接在目标N1处标记,油门前推至此,即可保证发动机转速达到测试要求。此外波音
737CL对应的加速性测试与波音737NG由于控制方式不同导致测试内容也不一样。波音737CL对应的CFM56-3发动机由于采用的
是MEC+PMC方式,所以它的测试分为三个步骤:测试步骤测试目的测试标准步骤1:地慢车N1—40N1%检查发动机低转速加速性能双发
加速时间之差不能超过4秒步骤2:40N1%—加速目标N1%检查发动机高转速加速性能双发加速时间之差不能超过2秒步骤3:高慢车N1—
加速目标N1%检查发动机复飞加速性能单台加速时间不能超过7.4秒备注:复飞阶段要求发动机在低转速状态迅速加速到复飞所要求的最大推力
,迅速摆脱飞机的下降趋势开始爬升复飞。按照适航法规关于着陆复飞爬升梯度的要求,发动机的功率或推力应为油门杆从最小飞行慢车位置开始移
向复飞推力位置后8秒时可用推力。所以发动机加速性的快慢是由复飞性能体现的。对而绝大部分有关加速慢的报告都出现在步骤1,即从低慢车转
速到40%N1阶段。随着在役发动机使用时间的增加,性能逐渐衰退,发动机加速慢的问题就会显现。对于CFM56-7发动机,随着性能的提
高,其加速性也更好,手册要求其加速性小于6.3秒。影响发动机加速性的因素很多,比如CFM56-3发动机在测试时,低慢车/高慢车的转
速要求在规定范围内,这样保证加速测试的起点转速不能太低,否则会影响加速性能。维修手册要求低慢车标准N2 +3/-1.0%范围内,高
慢车标准N2 +3/-0.7%范围内。最初高慢车转速范围维修手册规定也是+3/-1.0%的范围,后来为了保证测试步骤3复飞加速性能
,波音发布通报将-1.0%改为-0.7%。其次由于CFM56-7发动机采用EEC控制,其慢车转速由EEC控制,不需要像CFM56-
3发动机因为是机械液压控制而需要检查高低慢车转速以及人工调整了。除此之外,由于外界温度、空气密度对发动机加速性影响也很大,所以需要
查表对应的外界温度和场压来得出加速目标N1来测试,在CFM56-7维护手册中,明确说明:在海平面以上高度地区测试加速性,高度每上升
1000英尺,加速性标准值降低0.25秒,CFM56-7的海平面地区测试加速性时间为6.3秒。下面我们讨论关于加速性的第三问题,高
/低慢车转换存在四秒延迟。 首先,关于高低慢车的由来,我们在《说案例讲通报—风扇整流罩》中,已经介绍过了,最初CFM56没有高/低
慢车之分,没错,只有低慢车转速,在空中也是地慢车转速,这是因为在地面滑行时,如果慢车转速设定过高,会造成推力偏大,滑行速度降不下来
,受地面管制影响,飞行员要不断施加刹车减速,这样既增加了燃油消耗,还增加了飞机快速短停时的刹车能量累积。飞机在空中,要进入下降阶段
时,如果下降率大于每分钟2000英尺,飞机的势能减少会转化为动能的增加,并且会克服空气阻力,导致表速的增加。如果发动机慢车转速调定
过高,会增加空中减速/控制速度的难度,这就是为什么,早期发动机,慢车转速只有一种慢车转速,即低慢车转速的原因。但此后在上世纪80年
代末发生了几起空中停车,原因是飞机在暴雨中飞行,发动机慢车转速偏低,导致风扇整流锥不能将所有雨水全部通过离心力甩到外涵道,而进入内
涵道的雨水,浇灭了发动机,波音由此发布了一系列通报措施,其中一条就是将慢车分为高/低慢车,或者叫地面和空中(飞行)慢车,以CFM-
56高/低慢车为什么有这个四秒延迟?它有两个目的:使用反推前保持高慢,为飞机复飞作准备避免着陆发动机跳跃时,发动机转速变化飞机在降
落阶段需要面临两个选择,一是落地拉反推减速,在反推手柄拉起下,反推油门迅速加速,发动机转速要尽快加速以满足利用反推减速的需要。由于
CFM56固有的低转速加速慢特点,所以设计人员希望在高慢车状态下开始反推加速,即以高起点提高反推加速性能,减少着陆距离。而飞机面临
的第二个选择是,飞机由于某种原因,需要触地后连续起飞或复飞,此时也需要尽快将油门前推加速,也需要在高慢车转速下尽快加速。所以综上两
个情况,四秒延迟是为了实现高慢车转速下,尽快进入正推力或反推力大功率状态,从而克服落地后低慢车状态下加速响应慢的缘故。对于CFM5
6-7发动机,EEC对发动机的转速控制更是游刃有余,在现代许多飞机为了满足地面/空中对推力的不同需要,设计出现了很多慢车转速,比如地面慢车、飞行慢车、进近慢车,着陆慢车,反推慢车这些都是FADEC对发动机转速的精准控制,但设计高/低慢车4—5秒延迟,一直保留延续下来。
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(本文系福aubdhyatf...原创)