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通航首颗 “国产心脏”获颁型号合格证
来源:中国民航网2023-07-31 13:11:00

《中国民航报》、中国民航网 记者钱擘 通讯员薛靖文 报道:202375日, AEC2.0L航空重油活塞发动机获颁型号合格证(TC),完成了适航审定取证的关键一步。这是我国国产重油航空活塞发动机首次按照民用航空规章CCAR-33R2要求,完成全部适航验证,取得民航局颁发的TC。国产航空发动机在适航之路上,迎来了具有开创意义的成果收获季,我国也首度拥有了完成TC取证、具备完整自主知识产权的全电子控制的重油活塞发动机,可以为通用航空提供先进可靠的动力支持。

对于我国民用航空发动机制造和审定事业而言,这一型号的TC成功取证,不仅实现多项技术“零的突破”,而且升级了制造和审定的整体水平。审查组组长侯小宇告诉记者,AEC2.0L审定团队这些年的付出和理想,除了要拿下率先破冰的型号,更期待为国产民用航空发动机制造业建立一支懂适航标准、有适航信仰的产业人才队伍和一套运行模式:“国产民机需要太多发动机型号,除了通航用的动力之外,还有为支线、干线提供动力的大涵道比发动机,今天这些人、这些积累,就像种子,已经萌芽成长,终将郁郁葱葱。”

“五个融合”为中国通航事业托起可靠动力

通用航空与运输航空并称为民航事业的“两翼”,但在中国民航的“两翼齐飞”中,国产通航动力以往是一块存在空白的短板,AEC2.0L发动机便是为此而生。

配装“国产心脏”的通航飞机等待起飞

AEC2.0L发动机由芜湖钻石航空发动机有限公司研制,计划装配芜湖钻石航空发动机有限公司股东方中电科芜湖钻石飞机制造有限公司自主研制并持有TC的通航飞机CA42。CA42是一款通用航空双发机型,可以广泛应用于航空设备测试、航校培训、私人飞行等诸多领域。AEC2.0L发动机直列四缸、四冲程、液冷、压燃式航空活塞发动机起飞功率123.5千瓦,最大转速3887转/分钟,最大飞行高度5500米,总重量180公斤。

AEC2.0L投用前,CA42机型当下配装的是进口活塞发动机该发动机设计和零部件供应均在国外,并且国内不掌握该发动机的型号设计,无法进行自主更改,难以满足国产通航飞机今后多元化的发展需求

针对航空活塞发动机进口机型面临的“卡脖子”问题,从2016年3月开始,芜湖钻石航空发动机有限公司着手启动了国产通航飞机发动机的研制,并明确提出,国产发动机较之既有进口型号的进一步提升路径:需要装有涡轮增压器,使功率在高度2800米以下不衰减;新国产发动机配有全权限数字控制系统,实现飞机对发动机和螺旋桨的单控制杆,大幅度减轻飞行员操作负担;控制器和关键传感器采用双冗余设计,使发动机控制更安全可靠;该发动机还配有高压共轨、缸内直喷技术,以使得油料燃烧更高效。

目标定下了,以我国的工业水平,单纯研制一款应用于通航机型的国产活塞航空发动机,并不难。但要让研制出的活塞发动机满足现代民航业需求,具有国际主流水准和市场竞争力,能在民航主流市场上“飞起来”,就必须严格遵循民航适航审定规章要求,走完适航取证流程。而重油活塞发动机如是走完流程,此前在国内尚无先例。

面对这份空白,民航适航审定中心明确提出,要以理念融合、人才融合、服务融合、标准融合、工作融合“五个融合”为引领,支持民机制造业全力破冰。同样是2016年3月,就在AEC2.0L启动研发之际,中国民用航空适航审定中心与芜湖钻石航空发动机有限公司签署合作协议,由适航审定中心派驻专人指导企业,开展航空发动机项目适航规划。

充分践行“小发带大发”“系统带整机”理念

2022年8月18日上午,江苏无锡,AEC2.0L发动机的一项重要系统——电子控制系统——顺利完成验证工作。这标志着国产航空活塞发动机迎来首个国产“大脑”,我国航空发动机电控系统适航验证实现“零的突破”。AEC2.0L的适航取证之路,正是由这样一个个“零的突破”串联起来的,电子控制系统的成功,便是一个典型范例。

长期以来,民用航空发动机电控系统市场被个别跨国企业垄断。“适航审定中心在提前介入项目的时候就坚定要求,AEC2.0L航空发动机必须开发国产电控系统,不再被‘卡脖子’。”顺利完成电子系统验证试验当天,芜湖钻石航发副总经理郑君曾经对记者如是回忆

与突围“卡脖子”的期盼相呼应,在民航局适航司的指导下,适航审定中心制定了“小发带大发,系统带整机”的路径规划,针对不同民用航空产品复杂系统及其软硬件研制与审定标准、原理的高度一致性,决心利用小型航空活塞发动机电控系统及其软硬件的研制和审定探索道路,修订体系,培养队伍,带动今后涡轴、涡桨、涡扇等大型民用航空发动机复杂系统及其软硬件的研制和审定。

作为先行者,万事开头难。郑君记得:“电子控制系统最难的时候是2020年11月,有一次,实在不知道怎么办,我跟高主任打了一小时的电话。”

“高主任”是适航审定中心AEC2.0L责任审查处室系统审定室主任高艳蕾。彼时,电控系统开始攻坚,郑君想向她求助的难题正是电控系统的总起源头:究竟怎么写发动机电控系统的设计需求报告。

要设计一款满足适航要求、可以比肩国际主流水平的电控系统,发动机企业所出具的设计需求,应该说明这款发动机需要电控系统具备怎样的功能,也就是“设计捕获”。只有把设计捕获列明、列细,且符合适航要求,向电控系统设计单位清晰传达,才能让设计路径走下去。

遵循正向设计理念、满足适航审定要求、撰写设计需求是一项基础工作,但对从没走过这个环节的企业来说,却得从头摸索,第一版、第二版、第三版……钻石航发连写三版设计需求,都被审查团队否定;郑君觉得自己已经全力以赴,而在适航审定中心的审查人员看来,报告还远没有达标。面对这一局面,审查组决定反向为之:在适航审定中心党委的支持下,高艳蕾安排项目审查组组长侯小宇和系统审查代表刘富荣,给芜湖钻石航发的团队上课,从源头掰开了、揉碎了,手把手指导,终于,有了成功达成“设计捕获”的第四版

依托适航团队的如此护航,才有了首款国产民用活塞发动机的“国产大脑”顺利诞生,有了AEC2.0L取证之路上的一座座里程碑——

2018年5月,适航审定中心下发AEC2.0L概念设计阶段工作方案的通知,正式介入项目概念设计阶段。

2020年2月,AEC2.0L型号合格审定审查组成立。

2020年12月,AEC2.0L首个审定试验——气缸盖材料试验顺利通过。

2021年6月,AEC2.0L首个发动机级审定试验——燃油污染试验顺利通过。

2022年5月,AEC2.0L首个耐久性审定试验——振动驻留试验顺利通过。

2022年7-8月,审查组驻守申请人现场长达2个多月,开展控制系统攻关审查。

2022年9月,AEC2.0L首个搭载飞机的地面审定试验——磁影响试验顺利通过。

2022年11月,AEC2.0L最关键的整机审定试验——持久试验顺利通过。

2023年2月,AEC2.0L首次搭载飞机进行空中验证的审定试验——发动机压燃能力与高空起动能力验证试验顺利通过。

2023年4月,AEC2.0L发动机完成全部符合性验证工作。

2023年5月,AEC2.0L发动机通过符合性资料审查。

一步一个脚印的适航验证之路,化作了首款国产“通航心脏”的起飞跑道。

为告别飞机“心脏病”补上审定资源空白

发动机被称为飞机的“心脏”,而长期以来,国产航空发动机始终是一个薄弱环节,告别“心脏病”是国人多年的期待。在治好“心脏病”的道路上,先行者必须筚路蓝缕、披荆斩棘。对AEC2.0L这个开创国内之先的航空活塞发动机来说,在适航取证中,很多试验资源、验证经验、关键技术,不是“多”与“少”的问题,而是“有”与“无”的问题,有些领域堪称“一穷二白”。

“究竟怎么确保转子一定会在规章要求的转速范围下‘破’?”结构审查代表甄博至今还记得,当初开展涡轮增压器转子包容试验前,申请人团队和审查组由于国内缺乏成熟验证经验而共同面对的困惑。

增压器是发动机上的一个核心部件,最高转速可达十万转,一旦转子发生破裂、又没有足够的裕度包容住这些碎片时,很可能危害发动机和飞机正常运行,甚至威胁人员安全。然而怎么让转子刚好在试验大纲要求的转速范围内破裂,以便验证在特定转速下的包容性,这是审查组和申请人团队必须回答、之前国内又无人明确的问题。

在规定范围内做“好”已然不易,如何做到在规定范围内做“破”?海外航发企业对于这一关键技术具有较充分经验,但不会公布,必须靠我们自己探索。审查组与申请人团队共同开展技术攻关,给转子钻孔、破坏完整性、削弱强度……第一次试验转子破裂时超过14万转,第二次超过15万转,但距离试验大纲要求的17.2万转都有偏差。结构审查代表冯建文与申请人一起修订理论模型,再度优化转子弱化方案,终于,第三次试验中转子在17.25万转时破裂,且壳体成功包容住碎片,试验取得成功。由此补上了我国活塞发动机适航审定转子弱化方案这一空白,并将误差控制在0.3%内,达世界领先水平。

审查代表甄博、冯建文组织优化转子弱化方案攻关

这次对适航验证技术探索的成功,远不仅仅是AEC2.0L本身的成功,更为此后同类型发动机的适航取证,铺平了道路。如是“破冰”与积累,在AEC2.0L的取证之路上,绝非孤例。

“这份《审定技术说明》,算是把我们踩过的‘坑’都列出来了,太宝贵了。”接受记者采访时,AEC2.0L发动机结构组组长何歆如是描述审定中心发布的《民用航空发动机防火验证风险点审定技术说明》,而这份《审定技术说明》中就有AEC2.0L四度试验、方才终获成功所积累的第一手资料。

防火试验是民航发动机适航审定不可或缺的环节,但由于缺乏验证经验、验证风险点的总结,在AEC2.0L的适航审定之路上,经历了防火试验的屡败屡战。而类似的困难,同样出现在不少国产型号的审定取证之路上。AEC2.0L发动机结构审查代表面对压力,一方面迎难而上,不断分析问题原因制定解决措施,一方面明确提出防火试验“不能撞大运”,要做好试验问题的总结。最终,他们凝练出一整套可能影响试验成功率的关键因素,并形成《民用航空发动机防火验证风险点审定技术说明》分享给全行业,促使我国多个民用航空发动机型号适航审定防火试验成功率从40%大幅度提高到80%

审查代表何歆在讨论防火试验风险点

无独有偶,AEC2.0L审查组的集成组,也在试验中遇到了发动机取证的燃油、滑油如何批准的问题。在全球范围内,航空活塞发动机与汽车发动机有颇多相通之处,所以发达国家研制的航空发动机往往也能通用车用燃油和润滑油。作为国内首款接受适航审定的通航活塞发动机,AEC2.0L也设计为具备类似能力,但如何从适航角度,验证如是设计和使用油品的方案是可靠的?这个问题却并不容易回答。集成组组长宋建宇带队攻关,精心分析、着手吃透了所能收集到的发达国家在适航审定环节的试验细节,结合中国民航规章,最终给出了审定路径。

审查代表宋建宇在燃油验证专项前开展试验谱沟通

AEC2.0L发动机取证的很多时候,补上空白,不仅需要审查团队和申请人自身的内部资源调动和团队配合,还得解决外部大环境的缺漏,在试验资源领域尤其如此。一次次协助申请人各处协调求助、从零基础开始补上,早就是审查组习以为常的必修课。集成组的查筱晨就一再告诉自己,为了适航取证和国产通航动力事业,“脸皮要厚,不怕求人”。

审查代表查筱晨、刘富荣协助申请人开展试验台架改装

比如在发动机控制系统试验中,不同于涡扇、涡桨等大型发动机的电控系统可以拆下单独试验,由于活塞发动机的电控系统嵌入发动机之中,必须以发动机整机为载体,加注燃料后才能试验,验证试验室必须安排烟道,而国内既有试验室却不具备这一能力;审查代表帮着一次次联系,协调试验室方面同意改装,继而协调在试验室所在城市的烟道施工环评,终于落实了烟道安装和启用工作,确保了试验场,为最终完成验证试验打下基础。

有适航信仰的人才团队正在生根发芽

AEC2.0L的适航取证过程中,孕育的不仅仅是一款获得TC的国产航空活塞发动机,更有一支真切树立适航理念的产品研发团队。

AEC2.0L的适航取证周期,相当部分与新冠疫情造成严重影响的时期相重合,使得线下的各类审查活动,安排难度不断增加。如何回应这一难题?“疫情给我们的审定‘加速’带出了队伍”,制造检查组组组长张磊半认真、半开玩笑地如是说。

审查代表侯小宇、张磊在产线上做整机装配制造检查

通过长期深度带教,AEC2.0L审查组为芜湖钻石航空发动机有限公司培养出了多名取得资质的适航委任工程代表(DER)和委任制造检查代表(DMIR),为企业打造出了一批能从适航维度上理解民机航发制造研发的业务骨干力量。而在疫情之下,审查组成员多管齐下:一方面,详尽分析不同审查内容,对确实可以远程目击的审查项目实施远程审查;另一方面全力克服困难,必要时连续几个月与申请人的研发试验团队扎根在一处,暂别家人,避免因为往返出行行程造成密接轨迹、影响审查进度;同时,更主动化“危”为机,给芜湖钻石航空发动机有限公司的适航委任程代表(DER)和委任制造检查代表(DMIR)既悉心指导、又在保障试验质量的前提下给他们加担子,让这群年轻人成长得更快、更踏实,也为型号取证更好护航,助力试验进度。

值得一提的是,虽然从编制需求、人员培训到验证试验再到最终取证成功,审定代表们一路“手把手”带着研发团队,但他们不约而同地说,自己最乐于看到的,是带出来的申请人方面的工程师,有勇气、有底气表达不同观点,与自己争论。

“你们争论了,我们才放心”,系统审查代表车巍巍有这句口头禅,“申请人敢于对审查代表拟订的验证方案、思路予以反驳,而不是一味全盘接受,表明了申请人对自己的产品和适航审定的要求真正理解了,才有底气据理力争。这说明队伍成长起来了,研发的产品也更有保证了。”

审查代表车巍巍与飞行员在飞行台试验前对试验科目沟通(本文图片均由记者汪洋拍摄)

比如,“电磁干扰”“高强度辐射场”“雷电间接效应”这三大电磁试验,是发动机电控系统验证必不可少的重要内容,而在对电控系统的雷电效应测试中,审查组就遇到了芜湖钻石航发工程师们的不同意见:审查组最初的方案是把发动机电控系统涉及的所有电缆逐一注入电流,逐一测试受到雷击时的安全水平。钻石航发却提出,电缆中有相当数量型号、标准、工作环境完全一致,只要符合一致性,完全可以用一次试验同步确定。这个不同意见得到了系统审查代表刘富荣的认可,也使得雷电试验的试验期从2个月缩短到1个月。

在这样的一次次锻造中,一支坚守适航理念、适航信仰的人才队伍悄然锻造,生根发芽,未来也将在更广阔的天地里开花结果、生生不息。

据悉,AEC2.0L发动机完成TC取证后,申请人芜湖钻石航空发动机有限公司还要申请在原有E4活塞发动机生产许可证(PC)的能力清单中增加AEC2.0L的生产,以及装配CA42飞机后涉及飞机TC的更改,这些工作预计在今年年底完成,届时AEC2.0L发动机就正式投入商用。适航审定中心的审查员和申请企业,正为完成国产“通航心脏”迈向市场、实现商用的最后一棒而继续奔跑。(编辑:李季威 校对:金杰妮 审核:程凌)

责任编辑:lijiwei 000
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