涡轮发动机附件环境试验适航符合性审查策略

涡轮发动机附件环境试验适航符合性审查策略

作者：刘富荣高艳蕾

来源：《航空维修与工程》2022年第05期

摘要：针对民用航空发动机附件试验适航要求，开展附件试验符合性方法研究。通过研究国内外附件试验适航规章及其实质性要求，结合型号审定经验，提出了附件试验适航符合性策略。该策略给出了民用航空发动机适航验证的附件范围，识别了附件试验对应的环境验证项，说明了各类环境验证项的适用性确定原则，描述了符合性验证方法及其确定原则，概括了符合性验证方法相关的符合性要点。在国内涡轴、涡扇两型取证发动机上开展了该策略的应用，证明符合性策略正确可行。最后，总结了符合性审定实践面临的挑战，探讨了后续工作重点。

关键词：适航审定；民用航空发动机；发动机附件；附件试验；环境试验

Keywords： airworthiness certification；civil aviation engine；engine accessories；accessory test；environmental test

0 引言

航空发动机适航要求的最基本考虑因素之一是发动机系统和附件能夠在其声明的运行环境中正常工作[1，2]。民用航空发动机系统复杂，通常包括控制、监视、燃油、滑油、点火、空气系统等；对于某些发动机，还可能包括起动系统和反推控制系统等。各个系统涉及大量附件，专业涵盖电子电气、结构强度、防火防冰、流体污染等。由于发动机附件功能多样，结构复杂，设计特征、材料工艺、安装环境和运行条件各不相同，导致附件验证工作极其繁重。根据民用航空发动机系统和附件试验33.91的要求，对不能在33.87条持久试验中予以充分验证的系统或部件，申请人必须进行附加的验证，以证明这些系统或部件在所有已声明的环境和工作条件下能可靠地完成预定功能[3，4]。适航条款中发动机部件试验主要针对附件的安装和运行环境开展环境验证，具有环境验证项多、验证要点多和适航风险高等特点[5，6]。

欧美国家分别在不同程度上给出了发动机附件试验的适航符合性指导。美国FAA在咨询通告AC 33.91中给出了附件试验需要考虑的26类环境验证项以及认可的各类环境试验标准，在AC 33.17、AC 33.28、AC 33.63、AC 33.64中给出了与附件试验相关的其他33部条款试验要求，但对于符合性验证思路、环境验证项的适用性、符合性要点等并未给出系统性描述[7-14]。欧洲EASA通过CS-E AMC 80给出了发动机附件试验需要考虑的环境验证项，相比FAA AC 33.91缺少了恒加速验证要求，且认可的标准也不相同[15]。

国内发动机型号合格审定处于起步阶段，尚无附件环境试验符合性的相关指导，符合性验证工作严重依赖参与人员的经验，存在符合性遗漏的风险。这也导致附件试验符合性工作存在诸多问题，表现为适航符合性工作切入点不明确、验证对象不明确、环境验证项不明确、环境试验项适用性确定依据不清晰、缺乏符合性验证方法的确定原则、符合性要点缺失等问题。

为解决上述问题，本文提出了附件试验适航符合性思路和策略，并总结了附件试验符合性审查面临的挑战，探讨了后续工作重点。

1 适航要求

CCAR 33.91条款的字面要求是对不能在33.87条持久试验中予以充分验证的系统和附件，申请人必须进行附加试验，以证明这些系统和附件在所有已声明的环境和工作条件下能可靠地完成预定功能。然而，其实质性意图与条款字面意思有差异，其本质是要求当33.87持久试验和其他33部条款对应的试验都不能充分验证附件及其声明的环境时，需要开展附加的验证工作，验证工作不局限于试验，可以是试验、分析、与先期取证发动机附件的类比，或者三者的结合。

针对发动机系统和附件试验的条款，中欧美规章的技术要求基本一致。其中，FAR 33.91发动机系统和附件试验条款等效于CCAR 33.91；EASA无直接与CCAR 33.91等效的条款，但CS-E 170发动机系统试验与CS-E 80发动机设备两条款的要求能够部分满足CCAR 33.91要求。中欧美现行有效规章对应关系如表1所示。

2 审查策略

如图1所示，发动机附件环境试验符合性工作包括3部分：环境试验验证策划、环境试验验证实施、环境试验验证总结。

2.1 环境试验验证策划

2.1.1 环境试验验证对象

附件环境试验符合性的首要工作是确定附件环境试验验证对象，确保验证对象正确完整无遗漏。根据条款要求，附件试验的验证对象是指特定发动机系统中具有独立功能，能够独立安装拆卸，独立构型管理和整体维护的任一属于发动机型号取证构型的设备。除此之外的其他件定义为零件，应在系统试验或者整机试验中验证。常见附件包括燃/滑油泵、热交换器、燃油关断阀门、电子控制单元和传感器等。

2.1.2 环境试验验证项

附件试验需要考核的环境验证项包括：高温、低温、室温、流体污染、振动、冲击、恒加速、砂尘、流体敏感性、盐雾、燃油系统结冰、进气结冰、霉菌、温度—高度、温度循环、防爆、湿热、防水、引脚注入、电源输入、耐压、过压、压力循环、防火、发动机电子控制器过热和包容性等。

上述环境验证项并不适用于所有附件，在确定环境验证项的适用性时，应考虑附件功能、性能、设计特征、材料特性、制造工艺、安装位置、运行条件、失效模式。

2.1.3 环境试验验证范围

附件试验验证的环境是附件运行环境和工作条件。该附件运行环境和工作条件应结合安装对象和发动机本体来分析。针对安装对象，应充分考虑来自飞机的环境输入，包括由飞机提供的冷却能力、燃油污染水平、燃油结冰条件、飞机输入的振动特性、雷电间接效应等；针对发动机本体，应考虑在所有发动机工况下附件可能遭受的运行条件，包括正常工况和异常工况，应结合安全性分析确定附件的失效模式，确定附件的环境验证范围。

2.1.4 环境试验符合性策略

CCAR 33.91中发动机附件试验是否需要开展，取决于33部规章中其他条款能否充分验证附件及其预期环境，即如果能够合理地分析说明33部规章中其他条款能够充分验证附件及其预期环境，则无须在33.91中开展任何额外附件验证。与33.91条环境试验密切相关的33部规章其他条款包括33.17防火、33.28发动机控制系统、33.63振动、33.64发动机静承压件、33.67燃油系统、33.68进气系统结冰、33.71润滑系统和33.87持久试验等。