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首张国产通航螺旋桨型号合格证的背后:“破冰者”从芜湖走出
来源:中国民航网2024-02-20 16:46:00

2024年1月2日,XF2-T型螺旋桨成功取得由中国民航局颁发的型号合格证(TC),走完了适航审定的关键一步,意味着我国自主研制的地面可调桨距定距螺旋桨首次按照《螺旋桨适航标准》(CCAR-35)要求,完成全部适航试验。

XF2-T是安徽劲旋风航空科技有限公司自主研发的一款3桨叶地面可调桨距定距螺旋桨,兼具高效性、灵活性等诸多优势,适用于轻型运动类飞机。该型螺旋桨由桨叶、整流罩、桨毂和紧固件组成。其中,桨叶和整流罩是复合材料,桨毂为金属材料。

“适航取证是XF2-T型螺旋桨进入市场的安全性门槛,也是其国产化进程中不可逾越的重要环节。此次能够取得TC认证,对我们来说意义重大。”劲旋风相关负责人表示,这不仅填补了国内通航螺旋桨产品在适航取证方面的空白,而且实现了多项技术“零”的突破,为通航载人飞机实现100%整机国产化带来了更多可能。

真情服务,促进行业发展

2022年4月,芜湖航空产业园春意正浓,XF2-T型螺旋桨合格审定项目在此正式启动。全体审查组成员和安徽劲旋风航空的申请团队一同参加了项目启动会议,就概念设计阶段工作成果、XF2-T产品设计特征以及型号合格审查工作方案等进行深入讨论,不仅确定了审定基础和符合性验证思路,而且制定了“一本计划”,对每项工作的具体实施举措和截止日期作出明确规定,为后续审查工作的顺利推进打下坚实基础。

XF2-T型螺旋桨是劲旋风公司第一个单独取证的通用航空螺旋桨项目,万事开头难。“该公司之前只有螺旋桨随机取证的经验,且所产螺旋桨仅需满足ASTM(美国材料与试验协会)标准要求,所以当时他们对CCAR -35部《螺旋桨适航规章》的理解并不深入。”审查组组长车巍巍告诉记者,就连一些看似简单的符合性工作,对于缺乏经验的劲旋风团队来说,都需要从头摸索。面对这一局面,审查组开始不辞辛劳地给这帮初学者们上课,摆事实、讲道理、压担子,多管齐下补短板,甚至手把手教他们如何编写试验大纲。

“适航是需要投入时间和资源的。我们得给年轻人提供实践机会,来帮助他们快速成长。只有先建立起一批有经验的团队,未来中国通航才能真正吸引到且培养出最优秀的人才。”审查组制造检查代表张磊如是说。

通过长期深度带教,审查组为劲旋风团队培养了多名业务骨干。这些年轻人很快便学以致用,与审查组紧密协作,严谨求证,同题共答。为了提高审查效率、确保审查质量,双方严格按照“一本计划”来推进各项工作,还制定了一般问题清单,对试验前、中、后期进行全流程记录与跟踪。针对符合性验证工作识别到的风险项,双方会在讨论后共同制定解决措施、进行摸底排查,确保风险项完全解除后再正式开展取证试验,所以XF2-T的取证试验都是一次性通过的。

“一本计划推进,一致目标攻坚。”在将近两年的时间里,审查组成员和劲旋风申请团队始终站在一起、想在一起、干在一起。当审查进度紧张时,他们会主动放弃休假,加班加点讨论技术难题。即便遇到高温、暴雨、严寒等恶劣天气,他们也毫不退缩,坚守在试验现场。尤其是在符合性验证表明阶段,大家几乎保持着24小时的超长“待机”状态,夜以继日地通过远程会议增进双方共识。镶入夜幕的星斗和指向午夜的时针,见证了审查组充满温度的实干担当、艰苦奋斗的优良品格、旗帜鲜明讲政治的思想站位,体现了中国适航人为国之重器护航的专业与执着。

正如车巍巍所言——“我们不仅要为国产通用航空飞、发、桨全链条产品补上适航审定的关键一环,更要为国产通航螺旋桨的制造和审定建立一支‘有信仰、懂标准’的人才队伍”。

攻坚克难,推动项目进展

XF2-T型螺旋桨的桨叶由复合材料制成。与金属材料相比,复合材料具备较高的抗拉强度和弹性模量,设计空间大,易成型,有着抗疲劳断裂性能好、外场维修方便、复杂环境下耐介质腐蚀等诸多优点。但与金属材料完全不同的疲劳特性、失效模式、环境敏感性等,也带来了一系列需要探索的未知领域。

“复合材料的性能易受环境影响,其失效模式包括纤维断裂、基体开裂、分层等,因此我们必须对材料的安全性、可靠性和持久性进行全面细致的审查”,车巍巍解释道,“当然也得权衡验证成本和验证的充分性。”

最严谨的测试,才能考核出最稳定的螺旋桨。2023年7月20日,XF2-T型螺旋桨进入持久试验阶段。持久试验堪称螺旋桨适航取证中最为严苛的试验,也是难度最大的试验之一。这项试验可以测试螺旋桨材料的耐久性,验证其在寿命期内的最大使用限制和最低维护要求。

XF2-T的预装发动机型号是Rotax914,额定起飞转速为5800rpm,起飞功率为84.5Kw。持久试验要求螺旋桨须在不低于5800rpm/84.5Kw的状态下持续运行50h。令人意想不到的是,Rotax914发动机在起飞转速/功率下只能连续运行5分钟。劲旋风团队亟需一款与Rotax914振动特性相似的发动机来开展相关试验。

寻找过程远比想象中艰难,试验一度陷入僵局。劲旋风团队咨询了国内各大发动机厂商,前前后后挑选了8款活塞发动机,而这些发动机都与试验要求相差甚远。寻“机”无果,大家感受到了前所未有的巨大压力。劲旋风集成组负责人潘新旗回忆起那时的场景仍然心有余悸:“找不到符合要求的发动机,试验就不能如期进行,取证计划就会受影响,我实在不知道该怎么办。”

在了解这一情况后,集成组审查代表查筱晨立即与潘新旗进行多轮沟通,力求找到最妥善的解决方案。“我一再告诉自己‘绝不能气馁’,要全力以赴帮助申请人找到试验资源。”在的协助下,劲旋风团队终于找到了一款振动水平大于Rotax914的活塞发动机。

风险挑战继续接踵而至。发动机齿轮箱故障、发动机水温超标、发动机噪音过大……在酷热的三伏天里,层出不穷的问题让所有人的心都提到了嗓子眼。2023年8月22日,XF2-T最终历时1个月跑完了50h持久试验,充分验证了其长时间运行的可靠性。

严守底线,保障航空安全

当今世界正值百年未有之大变局,国际环境日趋复杂,我国航空工业亟需提速民用航空产品的国产化进程,加快实现高水平科技自立自强。

此前,我国在通航螺旋桨领域一直存在技术空白。国内市场常见的通航飞机搭配的都是进口螺旋桨,相关零部件仍需依赖海外供应商。要想在最短时间内解决这个“卡脖子”的难题,先行者必须筚路蓝缕、披荆斩棘。我国是工业大国,研制一款应用于通航机型的国产螺旋桨并不难,但要让研制出的螺旋桨具备国际一流水准、在民航主流市场获得肯定,这一点很难。不管是关键技术,还是试验资源,都绝非“多”与“少”的问题,而是“有”与“无”的桎梏。

所以审查组的出发点和落脚点,并不止于让XF2-T满足国内现行的适航标准,更多是希冀其产品的设计特征不存在安全隐患。早在审定计划(CP)正式批准之前,审定中心就已经介入,将国际通用的管理办法、技术标准应用到此次审查当中。审查组与劲旋风的申请团队,将CCAR-35、美国联邦航空条例FAR-35部以及欧洲航空安全管理局EASA适航要求的CS-P条款放在一起对比梳理,研究各条款的符合性验证方法,随后依据XF2-T的设计特征,一条条确定其适用的规范标准,绘制出整套工作状态信息表。“例如,超转试验就是现行规章没有涵盖的验证试验。我们首先确认申请人有申请超转限制值的需求,再将FAR35.41和CSP410超转超扭条款中的相关要求纳入审定基础。”车巍巍说,为了保证螺旋桨在任何情况下都符合安全标准,那些现行规章没有覆盖到的内容,是以专用条件的形式,作为规章补充材料纳入XF2-T适航审定基础的。“专用条件颁布后,XF2-T再超转情况下需要符合的安全标准就有了参考依据。”

类似超转试验这样的“破冰”尝试,在前期审查中绝非孤例。考虑到CCAR-35中的疲劳极限评估要求并不适用于复合材料,审查组也为XF2-T制订了疲劳极限评估试验的专用条件,比如在试验件内部预置分层缺陷模拟制造过程的偏差并放大振动疲劳载荷,以考核材料性能的退化和分散性。“申请团队此前从未开展过螺旋桨疲劳试验,厂内也没有相应的试验设备,在表明符合性方面存在着较大困难”,审查员冯建文说,双方只能组建攻坚团队,反复召开技术沟通会议,把国内外指导文件和型号审查资料从源头掰开了、揉碎了,一项项梳理出要推进的验证工作。

高水平的适航审定,在XF2-T的取证之路上树立起一座座里程碑。从2022年4月项目启动到2023年12月全部符合性资料审查完成,这曲折艰难而又满怀豪情的20个月,浓缩了适航审定“国之大者”将初心使命铭刻于心、落实于行的坚强意志。(《中国民航报》、中国民航网 记者胡夕姮)(编辑:张彤 校对:张薇 审核:程凌)

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