民用飞机冲压空气涡轮舱布置方法研究

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1、民用飞机冲压空气涡轮舱布置方法研究【摘要】现代民用飞机多安装有冲压空气涡轮（RAT）作为飞机应急功能装置，RAT舱的布置设计是民用飞机的整机研发过程中的重要设计环节之一。以某双发翼吊窄体机型为例说明了RAT舱的布置设计流程，布置约束条件，强调了在已有工程设计框架下的布置设计过程，对提出的几种方案进行了详细的评估，为民用飞机分舱布置设计的工程应用提供了方法和思路。中国8/vie　　【关键词】布置；RAT舱；RAT；民机　　0引言　　冲压空气涡轮（RATRamAirTurbine）是为飞机在失去主动力和辅助动力时进行应急迫降而设

2、计的，以提高飞机的生存性。该系统利用飞机的动能工作，在特定情况下，从飞机上应急放下一个螺旋桨，利用急速的空气来流冲击螺旋桨，其高速的旋转运动带动与之相连的电动机和液压泵，产生必要的应急能源，用于重启发动机，保证飞机操作系统、液压系统和电子设备的应急功能供电。其系统工作原理图如图1所示。RAT系统需布置在非气密舱，为了得到较好的气动力载荷和释放角度，大型民用飞机的RAT系统通常布置于飞机机身下部，其具体布置位置需要权衡整机的多种因素，最终得出最优方案。图2显示了一种典型的RAT舱布置方案。　　1民用飞机RAT系统设计要求　　民

3、用飞机RAT系统设计时需要在满足适航条款要求的基础上，根据顶层设计约束条件满足其功能指标。其布置位置由多种影响因子共同决定。　　1.1适航要求　　1）CCAR-25.671（d）：飞机必须设计成在所有发动机都失效的情况下扔可操作。　　2）CCAR-25.903（e）（3）：对于涡轮发动机飞机，如果飞行中所有发动机停车后，发动机的最小转速不足以提供发动机点火所需电功率，则需要有一个不依赖发动机驱动的发电系统的电源，以便能在飞行中对发动机再起动。　　3）CCAR-25.1351（d）：无正常电源时的运行，当正常电源（除蓄电池之外

4、的电源）不工作，燃油（从熄火和重新起动能力考虑）为临界状态，且飞机最初处于最大审定高度情况下，飞机能按目视飞行规则安全飞行至少五分钟。　　1.2RAT系统设计与布置要求　　1）RAT发电机发电容量：根据特定机型的应急供电系统需求，计算其所有应急负载得出。计算所得RAT的额定容量应能满足系统指标参数，满足适航需求。　　2）速度要求：RAT设计速度是RAT系统的重要设计输入参数，其大小主要和最小操纵面设置，应急状态下飞机的进场速度有关。对于最小操纵面设置，在RAT工作条件下，RAT必须满足主飞控最小操纵面的能源需求。确定应急状态

5、的进场速度时需要参照飞机顶层设计的正常进场速度。为了确保RAT产生足够的能量满足最小操纵面的能源需求，飞行员必须增加进场速度以保证安全着陆，故RAT的设计速度通常稍大于飞机的正常进场速度。　　3）环境要求：RAT安装的环境要求为非温控、非气密。　　4）气动力要求：RAT释放后，需要气流场来带动冲压涡轮，在飞机的不同位置区域，气动效率是不同的。RAT打开后必须在迎风面上，最好在无遮挡、气动效率高的区域。根据当前航线机型的应用，布置区域多位于机头到中段机身部分，部分宽体机型布置在机翼滑轨整流罩区域，如图3所示。　　5）空间要求：

6、RAT的布置必须满足RAT的安装空间要求，RAT安装在RAT舱内。布置的过程中需要考虑到RAT收放过程的运动包络面，确保与机身结构、周边管路线束保持足够距离。考虑震动等因素下，布置RAT本体时需要保证在释放过程中叶片距舱门间隙大于1.5英寸。　　6）维修性要求：RAT的布置位置应满足RAT本体系统以及相关管线路的维护要求，保证安装维护通道的可�_性要求。　　7）对周边系统环境的影响：RAT舱的布置位置需要考虑对周边系统布置的影响，因RAT工作的特殊性，叶片转动过程会干扰机身外气流场，影响机身外探头工作环境，在布置设计时需要考

7、虑。　　8）重量要求：在保证满足设计要求的前提下尽量减少重量增加，选取重量最优方案。　　9）成本要求：RAT舱的布置过程涉及各相关系统的更改，以及对RAT本体设备的选型，在布置设计过程中要考虑经济成本、研发更改的时间成本等，选用成本最优方案。　　10）安全性要求：RAT舱布置位置应满足RAT工作安全性要求，应避开转子爆破和轮胎爆破区域。　　2RAT系统工作模式　　RAT系统的主流工作模式主要有三类：液压模式、电气模式、混合模式。当前航线机型均有应用。　　2.1液压模式　　RAT系统驱动应急液压泵，作为应急液压系统，与飞机液压

8、系统的恒速马达驱动应急发电机（CSM/G）联合工作，构成应急液压源和应急电源。该工作模式即为液压模式。应用机型主要有：A320系列、B-757、B-767、A330/A340等。　　2.2电气模式　　RAT系统驱动应急发电机，作为应急电源系统，与飞机液压系统的电动泵联合工作，构成应急电源和