Тестирование лезвия или тестирование лезвия - это особая форма тестирования безопасности полетов, требуемая Федеральным управлением гражданской авиации и другими агентствами по безопасности для сертификации характеристик безопасности реактивных двигателей . Испытания требуют, чтобы производители двигателей провели как минимум два испытания двигателя, чтобы убедиться, что двигатель выдержит разрыв компрессора или лопатки вентилятора в двигателе и лопасти турбины в двигателе без того, чтобы осколки были выброшены через двигатель. вне кожуха двигателя, создавая неограниченный отказ двигателя .
В Соединенных Штатах эти испытания требуются в соответствии с разделом 14, частью 33, подразделом F, разделом 33.94 Свода федеральных правил США (CFR), испытаниями на удержание лопастей и несбалансированность ротора . [1] [2] Эквивалентные требования к испытаниям приведены в Спецификациях сертификации двигателей (CS-E), опубликованных Европейским агентством по авиационной безопасности (EASA).
Дизайн
Одним из наиболее сложных требований к конструкции и сертификации компонентов коммерческих реактивных двигателей является смягчение последствий отказа несущего винта, который может привести к катастрофической потере самолета и / или пассажиров. Отключение лопастей двигателя происходит, когда резкое изменение скорости вызывает колебания вращения ротора и, как следствие, состояние перенапряжения лопастей, или когда лопасть или группа лопастей выходит из строя из-за усталости от повторяющихся циклических нагрузок. Проверка динамики ротора и условий выведения лопастей для обеспечения безопасной работы является чрезвычайно дорогостоящей, трудоемкой и трудоемкой. Для испытания обычно требуется специально подготовленная лопатка компрессора или турбины со встроенным небольшим зарядом взрывчатого вещества, чтобы отделить его по команде во время испытания. [3]
Испытания и стандарт не требуют, чтобы двигатели продолжали работать после выхода из строя лопасти, только чтобы осколки не проникали во внешний кожух двигателя и чтобы он не вибрировал достаточно сильно во время выключения, чтобы оторваться от самолета, исключая другие отказы. . [4] Общество автомобильных инженеров подготовили отчеты , детализирующие количество отказов блейд-вне. [5] [6]
Существует два подхода к удержанию обломков после вылета лезвия: либо жесткая стена, которая выдерживает и отклоняет шрапнель, либо мягкая стена, которая предназначена для удержания и удержания шрапнели. Жесткая стена - это более старый подход, датируемый 1970-ми годами, и он имеет тенденцию быть тяжелее, чем мягкая стена, потому что обычно это кольцо из тяжелого металла; в мягкой стенке обычно используется упругий внешний защитный слой, сделанный из композитного материала, такого как арамидное волокно , которому требуется большее пространство, чтобы позволить композитному слою немного расшириться. Кроме того, твердая стенка для удержания твердых металлических лезвий обычно требует чрезмерно тяжелого кольца, поэтому твердые стенки обычно используются с полыми металлическими или композитными лезвиями. [7]
Типичное защитное кольцо из твердой стали варьировалось по толщине до 3 ⁄ 8 дюйма (9,5 мм) при весе 410 фунтов (190 кг); [8] : 3; 5 «Многослойная защитная конструкция» со слоем с низким сопротивлением для улавливания обломков, окруженная слоем с высоким сопротивлением для сохранения формы защитной оболочки и минимизации дальнейшего взаимодействия с остальными лопастями турбины, была предложена в 1979 году в НАСА. изучение. [8] : 9-11 газовый пистолет был использован для огня лезвия снарядов в нескольких различных сдерживании конструкции для испытаний «стратифицированной» концепции конструкции , включающей композитные материалы. [8] : 33; 43–77.
Исследование 1976 года включало оценку брони, необходимой для удержания энергии от 1 лопасти, 2 лопастей и 4 фрагментов лопастей ступеней компрессора и турбины двигателей General Electric CF6 и Pratt & Whitney JT9D ; хотя возникновение 4-лопастного фрагмента было маловероятным, для его сдерживания потребовалась бы стальная пластина толщиной 1,212 дюйма (30,8 мм), что добавляло от 110 до 195 фунтов (от 50 до 88 кг) на двигатель. Исследование пришло к выводу, что избыточная броня может быть добавлена к планеру в дополнение к установленной на двигателе защитной оболочке, но со значительным снижением веса в 2500 или 3000 фунтов (1100 или 1400 кг) для самолетов с 3 или 4 двигателями, соответственно. [9] : 1–3 Сопутствующее исследование брони, установленной на двигателе, показало, что вес защитной оболочки, чтобы противостоять осколку с 4 лезвиями, должен был увеличиться примерно на 410 фунтов (190 кг) в дополнение к 510 фунтам (230 кг) защитный материал уже предоставлен, большая часть которого потребуется для секции вентилятора. [10] : 17–19
История
Соединенные Штаты
Первоначальный выпуск Стандартов летной годности для авиационных двигателей ( 14 CFR 33 ) от 10 июня 1964 года включал требование долговечности в Часть 33.19 [11], чтобы гарантировать, что «конструкция корпуса компрессора и ротора турбины должна обеспечивать предотвращение повреждений от отказ ротора ". [12] В 1965, [13], 1968, [14] и 1970 [15] были выпущены заменяющие друг друга рекомендательные циркуляры (AC), в которых содержалось руководство по демонстрации соответствия требованиям Стандартов летной годности . В руководстве 1965 года в AC 33-1 отмечалось предпочтение «устойчивых к проколам корпусов ротора или отдельной брони, достаточной для удержания сломанных лопастей ротора и лопаток статора», а также ротора и подшипников двигателя, достаточно прочных », чтобы обеспечить запас прочности на период простоя и низкий скоростной ветряной мельницы, когда возникают большие дисбалансы, типичные для поврежденных лопастей ротора, "но больше заботился о смягчении повреждений в результате попадания посторонних предметов. [13] К 1970 году AC 33-1B предоставил более конкретные критерии приемлемости для защитной оболочки, которая должна быть способна предотвратить «значительный разрыв или опасное деформирование корпуса двигателя, а также выброс лопастей через край корпуса двигателя или за его пределы. щит." [15]
Поправка 10 к Стандартам летной годности была опубликована Федеральным управлением гражданской авиации 23 февраля 1984 г., которая изменила требования к долговечности 33,19, добавив, что «уровни энергии и траектории фрагментов, возникающих в результате отказа лопастей ротора, лежащих за пределами корпуса ротора компрессора и турбины. должны быть определены »и путем переноса некоторых требований по испытанию лезвий из рекомендательных проспектов в новый регламент ( 14 CFR 33.94 ). [1] [16]
Требование сдерживания и требования к испытаниям были введены после изучения истории неконтролируемых отказов двигателей, которые привели к серьезным повреждениям самолета в результате авиакатастрофы, происшедшей 19 июля 1989 года рейсом 232 United Airlines (UA232). Эта авария произошла не из-за отключенной лопасти вентилятора, а из-за неисправности диска ротора вентилятора на двигателе General Electric CF6 номер 2 (хвостовой части) , что привело к потере гидравлической мощности на исполнительные механизмы управления полетом и аварийной посадке этого самолета. Одна из рекомендаций в итоговом отчете Национального совета по безопасности на транспорте состояла в том, чтобы внести поправки в 14 CFR 33, чтобы потребовать оценку компонентов двигателя; оценка позволит определить, какие компоненты в случае их разрушения и разделения могут представлять значительную угрозу конструкциям и системам самолета. [17] : 106 После аварии UA232 18 июня 1990 г. FAA выдало AC 33-5. [4]
Авария UA232 также привела к появлению новых требований к анализу безопасности Стандартов летной годности , определяющих «отсутствие локализации высокоэнергетического мусора» как опасное воздействие двигателя в Части 33.75, [18], которая была добавлена Поправкой 24 4 сентября 2007 г .; [19] Поправка 24 также согласовала стандарты Соединенных Штатов с современными европейскими стандартами. [20] [21] AC 33-1B был отменен в 2015 году после того, как был заменен новыми правилами и AC. [15]
Европа
Эквивалентные требования к испытаниям на отключение лопаток были указаны в документе « Отказ лопаток компрессора и турбины : подраздел E» раздела 810 Совместных авиационных требований к двигателям (JAR-E), разработанных и выпущенных Объединенными авиационными властями . [22] JAR-E был заменен Спецификациями сертификации двигателей с идентичной структурой (CS-E), первоначально одобренными и выпущенными Европейским агентством по авиационной безопасности 24 октября 2003 г .; [23] тот же Подчасть E и Раздел 810 CS-E применяются для испытания отвала. Поправка 6 к CS-E 810 гласит, что для сертификации газотурбинного двигателя «необходимо продемонстрировать, что любая отдельная лопатка компрессора или турбины будет удерживаться после отказа и что опасный эффект двигателя не может возникнуть в результате другого вероятного повреждения двигателя. произойти до того, как двигатель остановится из-за отказа лезвия ". [24]
Смотрите также
- Симулятор Birdstrike
Рекомендации
В эту статью включены материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .
- ^ a b 14 CFR 33.94
- ^ «Раздел 33.94 - Проверка герметичности лопастей и несбалансированности ротора (Свод федеральных правил, раздел 14 - Аэронавтика и космос)» . www.govinfo.gov . Федеральная авиационная администрация. 1 января 2008 . Проверено 24 мая 2020 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Дизайн и разработка Ares I в Гленне ведутся» . Aerospace Frontiers . Исследовательский центр Гленна НАСА . 2007-01-19 . Проверено 2 марта 2021 . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
- ^ а б «AC 33-5: Удерживание лопастей ротора турбинного двигателя / долговечность» . Федеральная авиационная администрация. 18 июня 1990 . Проверено 10 марта 2021 года .
- ^ Отчет о герметизации авиационных двигателей, AIR4003 (Отчет). SAE International. 8 января 1991 . Проверено 10 марта 2021 года .
- ^ Отчет о герметичности авиационных двигателей, AIR1537A (Отчет). SAE International. 1 августа 1996 . Проверено 10 марта 2021 года .
- ^ Баттон, Кейт (июль – август 2018 г.). «Инженерная тетрадь: содержит отвал» . Аэрокосмическая Америка . Проверено 10 марта 2021 года .
- ^ а б в Stotler, CL; Коппа, AP (июль 1979 г.). Сдерживание составных лопастей вентилятора, отчет № NASA-CR-159544 (отчет). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Проверено 10 марта 2021 года .
- ^ Гундерсон, Колорадо (июль 1977 г.). Исследование по улучшению удержания лопастей несущего винта двигателя планера, Отчет № FAA-RD-77-44 (PDF) (Отчет). Министерство транспорта США, Федеральное управление гражданской авиации . Проверено 10 марта 2021 года .
- ^ Heermann, Karl F .; McClure, Kenneth R .; Эрикссон, Ричард Х. (август 1977 г.). Исследование по улучшению герметичности лопаток ротора газотурбинного двигателя, Отчет № FAA-RD-77-100 (PDF) (Отчет). Министерство транспорта США, Федеральное управление гражданской авиации . Проверено 10 марта 2021 года .
- ^ 14 CFR 33.19
- ^ 29 FR 7453
- ^ а б «AC 33-1: Процедуры сертификации типа попадания посторонних предметов в турбинный двигатель и удержания лопастей ротора» . Федеральное авиационное агентство. 24 июня 1965 . Проверено 10 марта 2021 года .
- ^ AC 33-1A: Процедуры сертификации попадания посторонних предметов в турбинный двигатель и удержания лопастей ротора , Федеральное авиационное агентство, 19 июня 1968 г.
- ^ а б в «AC 33-1B (Отменен) - Процедуры сертификации попадания посторонних предметов в турбинный двигатель и удержания лопастей ротора» . Федеральная авиационная администрация. 22 апреля 1970 . Проверено 10 марта 2021 года .
- ^ 49 FR 6851
- ^ Отчет об авиационной катастрофе: рейс 232 United Airlines, McDonnell Douglas DC-10-10, аэропорт Су-Гейтвей, Су-Сити, Айова, 19 июля 1989 г. | NTSB / AAR-90/06 (PDF) (Отчет). Национальный совет по безопасности на транспорте. 1 ноября 1990 . Проверено 10 марта 2021 года .
- ^ 14 CFR 33,75
- ^ 72 FR 50867
- ^ 71 FR 5769
- ^ 71 FR 40675
- ^ «Поправка 13 к Совместным авиационным требованиям к двигателям» (PDF) . Объединенные авиационные власти. 1 ноября 2004 г. Архивировано из оригинального (PDF) 26 мая 2006 г.
- ^ «CS-E / Первоначальный выпуск» . Европейское агентство по авиационной безопасности. 24 октября 2003 . Проверено 10 марта 2021 года .
- ^ «CS-E Поправка 6» . Европейское агентство по авиационной безопасности. 1 июля 2020 . Проверено 10 марта 2021 года .прямой URL
Внешние ссылки
- Трент 1000 готов к полету после испытания на отрыв от лезвия , Flight Global, 2008-05-08
- Rolls Royce - Целевые инвестиции в технологии , 2006 г.
- Национальный совет по безопасности на транспорте США, Отчет об авиационных происшествиях NTSB / AAR-90-06 , 1 ноября 1990 г.
- Неудачный тест лопатки турбинного двигателя на YouTube
- A380 Blade Off Test на YouTube