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涡轴发动机吞鸟试验方法研究

康飞盛腾许明文朱明明

康飞

工程师袁研究方向为航空发动机试

验袁中国航发湖南动力机械研究所遥

盛腾

中国航发湖南动力机械研究所遥

许明文

中国航发湖南动力机械研究所遥

朱明明

中国航发湖南动力机械研究所遥

摘要

航空发动机吞鸟试验主要目的是考核发动机抗鸟撞能力和发动机吞鸟

过程中运转的稳定性，该试验是发动机民用适航取证及军用设计定型

地面整机试验中重要的考核项目之一。本文主要对地面试车台实施该

项试验的方法和技术要点进行分析和总结，试验结果表明在拟合投掷

物速度上使用最小二乘法的拟合方法效果显著。对抛掷物毛色进行合

理标记能极大简化试验结果分析。实践表明涡轴发动机吞鸟试验在地

面试车台实施的方法是可行的，

效果是令人满意的。

关键词

吞鸟试验；最小二乘法；

抛掷器；方法研究

中图分类号:V263.3文献标识码:A

DOI：10.19694/2095-2457.2020.26.46

Abstract

It

resisting

’sthe

Also

the

main

swallowing

purposeof

birds

testing

and

the

running

capacity

smoothly

ofthe

after

aircraft

themoment.

engine

airworthiness

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content

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technical

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analysis

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The

turboshaft

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engine

been

feasible

is

Keywords

andsatisfactory.

Swallowingbirdstest;Theleastsquaremethod;Theresearchofmethod

鸟撞机即鸟与高速飞行的航空器相碰撞的事件。鸟撞机是威胁航空安全的重要因

素之一，

自

1988年以来，鸟撞机引起的坠机事故已至少造成200多人的死亡

[1-2]

。

在直升机领域，虽然该种航空器相对于固定翼飞机通常航速较低，

但对于装备直升

机的涡轴发动机来说，鸟撞机的危害依然是致命的。因此无论国内外民机适航取证还是

军机设计定型涡轮轴发动机的抗撞鸟性能都提出一定的要求。所以在发动机研制阶段

组织实施地面试车台的发动机吞鸟试验科目是必需的。

Science&TechnologyVision

115

1试验方法及内容

1.1试验内容

投

发动机吞鸟试验工作分为三个阶段：试验平台的搭建、

掷装置的调试，试验实施。

1.2试验平台搭建

首先需按照场地规模和试验要求搭建吞鸟试验平台。该平

台应至少有试验件台架、投掷装置及高速摄影装置三个部分。

该试验平台布置示意如图1所示。试验平台的布置应能满足以

下基本要求：

a.投掷装置布置应能保证飞鸟投入试验件入口。

b.试验平台应满足高速摄影器材测速需要。

隐患。

c.试验平台中各种仪器设备之间应无相互干扰或其他安全

Y=aX

2

+bX+c；

X=v；

Y=K；

P=

1

（mv

2

）

K

（1）

式中：v—射速；

P—发射初始气压；

m—投掷物（含飞鸟）总质量。

拟合曲线如图2所示。

Y=3X

2

+151X+13257

其中P=

1

（mv

2

）

Y

应关系。

表1投掷装置射速及偏差度

经拟合的二次曲线式。

即：Y=3v

2

+151v+13257（2）

（3）

由（2）、（3）式即可求得该空气炮发射压力P与速度v的对

图1吞鸟试验平台布置

1.3投掷装置调试

投掷装置调试的主要目的是保证预想射速与实际射速相

一致以确保实际试验中飞鸟的实际射速满足试验要求。

其基本原理是依靠压缩空气

本文所述投掷装置为空气炮，

由静止加速到预定速

在炮管内膨胀过程推动投掷物（含飞鸟）

度继而从炮口抛出。调试试验数据如表1所示，可见该型投掷

所以需依据该型气

装置预设射速与实际射速值存在较大偏差。

体炮投射的物理原理对投射速度v进行拟合。

根据空气炮

本文采用最小二乘法

[3]

拟合二次曲线的策略，

空气压力能与投掷物动能的线性关系构造如下曲线式。

1.4试验实施

试验实施阶段要点：

a.确保试验安全。

要求。

b.确保投掷物（飞鸟）的实际质量与实际投掷速度符合试验

试验方法：首先检查各试验器材状况确认其能正常运行，

现场对活的飞鸟进行现场宰杀并称量其质量，若同组多只鸟毛

（羽毛涂颜色）。

色接近则需对不同的飞鸟先进行区别标记

对发动机及其他试验设

试验开始前装填飞鸟至投掷装置，

备进行检查，一切正常后起动试验件至目标状态，透射手操作

投掷装置投送飞鸟，若发动机能继续安全运行则按正常流程结

束试验。若否则操作发动机立即停车。试验流程见图4所示。

实践表明，对投掷物（飞鸟）进行标记是必要的。多次试验

结果表明投射入发动机的飞鸟90%以上均出现肢体不全难以

辨识（如图3所示）的问题。

图2某空气炮射速X与Y的二次曲线拟合

116

2020年第26期/总第320期

图3发动机流道中的残肢

破损机理：飞鸟投掷过程中拥有极高的动量，发动机流道

[4]

进口附近存在各种刚性支板及挡板。

当飞鸟瞬间撞在发动机支

板或挡板处即出现破损现象，部分飞鸟残肢高速冲进内流道可

能被内流道中的支板瞬间切割。

鉴于该项试验通常要求一次性投掷多只飞鸟，

所以投掷前

对不同飞鸟的羽毛进行区别染色是非常必要。

实践证明对每组抛掷物（飞鸟

）挑选遵循以下优先原则：

第1级：宰杀前必须是活的。

第2级：体重符合要求。

第3级：基础毛/羽色色差对比明显。

第4级：挑选易于染色（优先浅色）的单只鸟。

第5级：对同组的飞鸟毛色进行差异化染色。

图4吞鸟试验流程

2试验结果

对某投掷器抛射出口速度v采用最小二乘法拟合二次曲

线，

该抛掷器在某次试验实践中使用该二次曲线进行抛射速度

控制，其设置的目标抛射速度与实际抛射速度极为接近

（偏差

度见表2所示），该精度完全满足试验对精度的要求。

表2投掷速度v及偏差度

某吞鸟试验中对表3所示两组投掷物视情采取不同处理

方案，其效果令人满意。

表3投掷物组别

3结论

实践证明使用上述所述试验方法能够在地面整机试验台

完成涡轴发动机吞鸟试验。涡轴发动机地面吞鸟试技术要点及

解决方法如下：

（1）投掷物实际投掷速度应基本符合预期，为此刻根据投

掷器投掷原理选用最小二乘法拟合二次曲线的方法消除投掷

器系统误差。

（2）投掷物的选择应合理，同一组别应选择毛色差异较大

的单只便于试验后对残体进行区分，

或可使用区分度强的颜料

对同组飞鸟毛/羽色进行差异化染色。

（3）投掷器应进行多次模拟，

力求可靠。

研究结果为涡轴发动机吞鸟试验的进一步改进提供支撑。

参考文献

[1]中国民用航空总局航空安全办公室1990-2001年飞行事故、航空地面事故和

飞行事故征候统计.

[2]素涛.美空军的鸟撞统计和避鸟模型1987（03）.

[3]统计学（

原书第

6版）[美]威廉.M.门登霍尔

（

hall），[美]特里.

L.辛西齐

（Terry

h）著；关静等译-北京：机械工业出版社，2018.6.

[4刘长福，

邓明.

《航空发动机结构分析》

西北工业大学出版社，

2006，3.

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科技视界

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