民用飞机溅水试飞设计优化考虑

宣东

【摘 要】发动机进气道溅水试验目的是验证飞机在积水跑道上滑行、起飞和着陆过程中，在进气道可能吸入水的情况下是否对发动机的稳定工作造成影响，从而用来表明对适航规章CCAR25.1091（d）（2）条款的符合性。发动机进气道溅水试验是全机级的综合性试验，其中主要涉及动力装置系统、APU系统、起落架系统、刹车系统、空速指示系统、环控系统以及飞机结构等。而为了改善溅水试验的效果，采用更改飞机轮胎及增加挡水板的设计优化有着成本最小、改动量最小以及效果明显等特征，本文重点对典型民机的溅水试验设计优化分析，可以为民机的溅水试验提供参考及借鉴。

【关键词】溅水试验；CCAR25.1091（d）（2）；起落架系统；无翻边轮胎；鸡尾流

0 引言

某型飞机在进行溅水审定试飞时，实验过程中发现溅水明显进入到发动机进气道，双发转速出现不同程度波动，N1转速最大下降幅值为5.3%，但发动机未见振动超限、超温、喘振及熄火等异常现象，试验结束后分析结果后发现溅水试验中进水量过大，不满足CCAR25.1091（d）（2）条款的要求，因此需要后续优化解决。

本文给出了采用多种前起轮胎构型对溅水试验结果的影响，经过大量的研发试飞后发现尾吊飞机采用前起无翻边轮胎可使溅水高度更高，同时溅水更贴近机身，大量溅水从发动机上方或吊挂处经过，而未进入发动机。

1 相关工作

在某型飞机完成溅水审定试飞后发现主要存在两方面的问题：1.因水池布置在跑道中间的非平直段，水深不易控制，平均水深25mm，飞机见水量大，进入发动机水量较多；2.原装机轮胎（前轮）具备一定的导水效果，但是不足将大量的水导出发动机区域，具备改进空间。

针对问题1对水池及水深方案进行优化，通过分析溅水审定试飞视频，发现溅水过程中水型呈规律的波浪形，其高低变化与水深变化基本同步，因此认为水深对溅水水型有较大影响，按照AC20-124及AC25-7B的要求，后续试验使用的水池长100m，宽8m，90%以上水面的水深不低于12.7mm（0.5inch），试验区与跑道连接的两侧有平滑的进出口，能够保障飞机正常滑入试验区域和离开试验区域，通过测量确定了跑道100m平直段位于750-850m范围，水池采用35-30-35航向分割方案。

針对问题2对前轮轮胎进行设计优化分下面几个方面进行详细阐述：

有限元分析：利用Abaqus软件，采用SPH（光滑粒子流体动力学）方法建立某型飞机前起轮胎溅水模型。

采用上述模型对12种不同翻边方案进行仿真计算，计算结果表明G2和G6C轮胎的溅水控制最佳，翻边过高或过低均不利于溅水控制，翻边宽度加长后存在刚度不足，影响溅水控制，G6轮胎的翻边形状对溅水控制较为理想。

根据试验数据、理论分析及有限元分析等，选择了9个构型的轮胎（轮胎构型包括G0，H1，H3，D1，D3，D4，D5，D6，D7，其中G0为无翻边构型）制造并用于研发试飞，速度点包括50/70/90/100/110/120kts。

从溅水形态及发动机响应看，所有翻边轮胎对前轮溅水有一定的控制效果。尤其在90kts以下低速试验点，溅水控制效果较好。所有翻边轮胎中，H-1翻边构型的溅水控制效果最佳。翻边轮胎在90kts以上的高速试验点，溅水控制能力降低；G0轮胎溅水形态与翻边轮胎明显不同，溅水高度更高，同时溅水更贴近机身。大量溅水从发动机上方或吊挂处经过而未进入发动机。在溅水严酷速度区内，G0轮胎的溅水形态及发动机响应均优于翻边轮胎，前起轮胎不同构型溅水位置整理。

3 结论

通过本文分析，通过对某型飞机完成的大量轮胎构型溅水研发试验对比可知，无翻边使溅水轨迹更高更贴近机身而避免进入发动机，为尾吊飞机溅水解决方案提供了新的方向。试验表明，通过轮胎翻边的改进是无法避免水流进入发动机的，必须对条款进行更深入的解读，并参考相似机型的取证经验来共同验证飞机合适的适航性，而不是一味的照搬照抄。本文仅对前起轮胎造成的溅水进行设计优化分析，并未对主起进入发动机的溅水主要来源于两个轮子之间的鸡尾流并未进行阐述，对于鸡尾流进入发动机的溅水也是后续民航飞机设计研究的重点难题之一。

[责任编辑：朱丽娜]