摘要：随着科学技术的发展，航空工程的发展也突飞猛进。航空发动机部件通常工作在污染的流体中，如污染的燃油、滑油及空气。如果发动机还采用了提供飞机液压系统或发动机反推力系统功能的部件，涉及到的其它污染流体也适用。为了验证航空发动机部件在污染的流体环境中能够正常运行，美国联邦航空局（FAA）针对FAR33《航空发动机适航规章》第33.91条“系统和部件试验”的咨询通告AC33.91-1《发动机系统和部件试验》建议对接触流体的部件开展流体污染试验验证工作。针对航空发动机主要涉及的燃油、滑油及空气3种流体，本文对其污染试验的适航相关要求进行浅析，为航空发动机研制工程技术人员开展流体污染适航验证试验工作提供技术参考。
关键词：航空发动机；适航流体污染；试验要求浅析
引言
结合相关适航标准的要求，分别对燃油污染、滑油污染及空气污染试验的关键要素进行了初步分析，为航空发动机研制工程技术人员开展流体污染适航验证试验工作提供技术参考。
1燃油污染试验
1.1适航标准要求
欧洲航空安全局（EASA）发布的《发动机合格证规范》（CS-E）把燃油污染试验分为了水污染和固体颗粒污染试验。对于燃油水污染及固体颗粒污染试验，FAR33、CS-E及中国民用航空局（CAAC）发布的CCAR-33《航空发动机适航规定》均有要求且目标一致，即：要求燃油系统在受到规定程度的水污染并冷却到发动机工作中可能遇到的最危险的结冰条件下能在其整个流量和压力范围内持续工作、在受到工作中可能遇到的最大程度固体颗粒污染时具备一定时间的耐受能力。
1.2试验要求
1.2.1水污染试验
为验证航空发动机燃油系统抗水污染的能力，通常通过燃油系统结冰试验来验证，试验可以在单独的部件上进行，也可以在发动机燃油系统上进行。CCAR-33中明确了可用来表明燃油系统结冰要求符合性的两种方法：燃油系统采用燃油加热器，它能在最危险结冰条件下将燃油滤或燃油进口处的燃油温度保持在0℃以上或验证特定的经批准的燃油防冰添加剂的有效性来满足要求。但是FAA一般不接受运输类固定翼飞机用发动机使用燃油防冰添加剂的方法。
1.2.1.1水污染浓度
CS-E、FAR33、CCAR-33中均要求水污染水平为在27℃的含水的初始饱和燃油中每升加进0.2毫升游离水，并冷却到工作中可能遇到的最危险结冰条件。
1.2.1.2试验条件的确定
需要对燃油系统运行及最危险燃油和环境条件进行分析，确定要求的试验条件。分析应考虑飞机燃油箱的最低温度，最冷的环境大气条件，飞机燃油传输系统对燃油的加热量，发动机燃油系统（如泵和计量装置）运行对燃油的加热量，流经热交换器时从其它系统获得的加热量，以及对所有可能受燃油结冰影响的燃油系统部件的评估。对于多数燃油系统，最冷的燃油温度通常发生在起飞、爬升，或中断着陆期间。燃油系统的其它最危险条件可能发生在其它运行状态下。一般地面起动不是发动机需要审定验证的运行状态，但是空中起动是潜在的最危险条件之一，应对其进行评估。
1.2.1.3试验时长
试验时数取决于确定的最危险条件。试验时间应该至少与暴露在燃油结冰条件下的预期时间相等。如果最危险条件是稳态的，试验时间通常不应少于20min。如果最危险条件是瞬态的（如飞机起飞阶段），试验时间应包含模拟系统暴露在燃油结冰条件下的整个阶段，该试验时间可能在15-30min左右。
1.2.1.4试验的其他考虑
所有的燃油部件都应包括在试验中。如果其它部件会对结冰条件下燃油系统部件的运行产生影响，那么试验中也应包括这些部件。试验还应使发动机在最危险条件下运行或模拟运行，或者根据试验提供的数据充分评估对发动机运行的影响。
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1.2.1.5试验通过准则
试验通过的准则为：在试验条件下，燃油系统运行在规定的限制内，通过检查或者要求的产品验收试验确认未发生能够导致失效的损伤。燃油系统的正常运行可定义为未超过规定的限制，也可定义为无发动机推力/功率损失，无发动机保护或限制能力的丧失，以及未检测到需要飞行机组进行处理的故障。无推力/功率损失可以定义为：在试验条件下，推力/功率损失不大于3%，或者不大于1%的最大额定推力/功率。
1.2.2固体颗粒污染试验
对于燃油固体颗粒污染试验，开展发动机整机级试验或燃油系统级试验均是可以接受的。
1.2.2.1污染成分
由于燃油固体颗粒污染直接与飞机的燃油系统有关，因此应与飞机制造商协商确定污染物的成分和浓度。采用MIL-E-5007《航空涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机通用规范》或CS-E第670条的污染物作为替代方法也是可以接受的。MIL-E-5007规定的燃油污染成分见表1。CS-E第670条中给出的污染成份与表1相比，两者较为类似但存在一些区别：CS-E中0～5μm的三氧化二铁可接受的含量为7.13毫克/升，约为表1的两倍；总体上CS-E中要求大颗粒的公路粗粉尘配置比例略大；另外CS-E还对配装带碳纤维复合材料燃油箱的飞机上的发动机提出了额外的污染物验证要求。
1.2.2.2污染浓度
污染物与燃油的浓度比应以4.5g/450L的比例连续污染。
1.2.2.3试验时长
AC33-2C《涡轮发动机通用型号合格审定指南》中要求FAR33第33.67条可接受的燃油污染试验验证持续时间应为预期的平均飞行任务时间的一半，而CS-E中该时间规定至少为配装飞机的最大续航时间的一半。可以认为预期的平均飞行任务时间通常比最大续航时间短。需要注意的是，CS-E虽然规定试验时长是“配装飞机最大续航时间的一半”，但同时规定了如果考核时间获得通过，根据需要清洗或更换油滤后继续进行试验，在典型任务对应的燃油流量下，污染水平为0.5g/4500L时，直到燃油污染物总量与正常工作500h时的污染物总量等同时方可结束试验。如果开展燃油系统部件试验，SAEARP5757《发动机部件试验指南》则要求试验至少为300h，并且通常与室温试验结合进行。
2滑油污染试验
2.1适航标准要求
CCAR-33/FAR33第33.71条要求当滑油污染程度大于油滤的过滤度时，每个油滤必须具有保证发动机滑油系统功能不受损害的容量（就确定的发动机使用而言）。CS-E第570条要求油滤有足够的能力适应与规定使用时间有关的污染，实质与CCAR-33/FAR33第33.71条的要求等效。
2.2试验要求
为验证滑油系统的抗污染能力，一般需要通过开展至少应包括滑油滤、滑油散热器（包括燃滑油热交换器、空气滑油热交换器）、旁通活门等部件在内的滑油系统污染试验来证明。相对于燃油系统，滑油系统是一个内循环系统，即除了在向发动机加注滑油时可能带入外部污染外，其余的污染物主要需要考虑发动机运行过程中滑油流路中所接触部件的内部污染情况（如磨损等）。因此发动机润滑系统部件的污染成分及最大污染物浓度水平需要与油滤的设计及持续适航文件（ICA）规定的维护程序结合考虑，目前尚缺乏明确统一的标准。另外由于滑油系统的内循环特性，滑油污染物中各固体颗粒比例较表1相比可适当降低。开展滑油系统污染试验时滑油污染成分与浓度需要与局方确认合理性。
3空气污染试验
3.1适航标准要求
CS-E第580条要求“如果空气用于发动机的冷却或增压封严，且其功能会受进入外来物（如沙或尘）的有害影响，设计必须防止不可接受量或尺寸的通过”。FAR33/CCAR-33中没有对应条款，但其要求其实隐含在第33.91条中，同样要求进行空气污染试验。
3.2试验要求
对用于引气或输入气动信号的附件，需要开展空气污染试验验证其抗污染能力，空气污染试验一般与室温试验结合开展。
结语
目前，国内在航空发动机研制过程中开展流体污染试验的经验较少，缺乏对相关标准的研究。本文结合相关适航标准的要求分别对燃油污染、滑油污染及空气污染试验的污染物成分、浓度、试验时长、试验通过准则等试验关键要素及试验的其他考虑进sss行了初步分析，可为航空发动机研制工程技术人员开展流体污染适航验证试验工作提供技术参考。
参考文献:
[1]中国民用航空局.CCAR-33R2航空发动机适航规定[S].2011.
论文作者:巩艳秋
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/28
标签：燃油论文; 发动机论文; 系统论文; 部件论文; 流体论文; 污染物论文; 时间论文; 《防护工程》2019年第7期论文;