航空发动机整机防结冰试验能力综述

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29449

结冰与防除冰

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航空发动机整机防结冰试验能力综述

胡应交(), 徐峰, 杨志军

中国航发商用航空发动机有限责任公司试验验证部，上海 200241

收稿日期:2023-08-15 修回日期:2023-08-25 接受日期:2023-09-13 出版日期:2023-12-25 发布日期:2023-11-16
通讯作者: 胡应交 E-mail:yqjhyj@163.com

Overview of aero-engine ice testing capability

Yingjiao HU(), Feng XU, Zhijun YANG

Testing Department，AECC Commercial Aircraft Engine Co. ，Ltd. ，Shanghai 200241，China

Received:2023-08-15 Revised:2023-08-25 Accepted:2023-09-13 Online:2023-12-25 Published:2023-11-16
Contact: Yingjiao HU E-mail:yqjhyj@163.com

摘要/Abstract

摘要：

结冰对航空发动机性能有重要影响，在发动机研制与验证过程中必须开展整机防结冰试验。简要说明了飞行试验所存在的问题以及开展地面整机结冰试验的原因与必要性。重点介绍了美国NASA、AEDC，俄罗斯CIAM，英国NGTE和发动机OEM公司（GE、RR与PW）以及国内高空结冰试验台或露天结冰试验台的基本情况。结合航空发动机特点以及最新适航条款要求，针对中国开展高空或露天结冰试验能力建设所存在的主要挑战进行了梳理，并对中国高空或露天结冰试验能力的发展提出了展望。

关键词: 航空发动机, 防结冰试验, 高空台, 露天台

Abstract:

Aero-engine icing and anti-icing test should be verified during the engine development and validation process due to the important influence of icing on engine. Problems associated with flight icing tests， as well as reasons and necessity for ground icing tests， were introduced briefly. This paper emphasized the bare facts of facilities， including those in the United States such as NASA and AEDC， Russia’s CIAM， the UK’s NGTE， and engine Original Equipment Manufacturer （OEM） companies （GE， RP and PW）， as well as those in China. Combined with aero-engine characteristics and the latest airworthiness provisions requirements， main challenges in establishing high-altitude and outdoor icing test capabilities in China were analyzed systematically and future development were prospected.

Key words: aero-engine, anti-icing and icing test, altitude test facility, outdoor test facility

中图分类号:

V231.3

胡应交, 徐峰, 杨志军. 航空发动机整机防结冰试验能力综述[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729449-729449.

Yingjiao HU, Feng XU, Zhijun YANG. Overview of aero-engine ice testing capability[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(S2): 729449-729449.

图/表 17

图 1

图 2

图 3

表 1

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图 11

图 12

表 4

图 13

参考文献 25

1	FAA. Airworthiness standards aircraft engines： FAR33 ［S］. 2014.
2	FAA. Airplane and engine certification requirements in super-cooled large drop， mixed phase， and ice crystal icing conditions： FAA-2010-0636 ［S］. 2010.
3	PASSARELLO C， USAF FRANK J.， Phase V （adverse weather） icing tests of the KC-135 aircraft： WADC Tech Note 58-140［R］. Wright Air Development Center. 1958.
4	STEARNS C， BENJAMIN D. An evaluation of the C-133 wing de-icing system： WADC Tech Note 59-278［R］ Wright Air Development Center. 1959.
5	KISSLING H. Aircraft engine anti-icing test and evaluation technology［C］∥Proceedings of the 10th Aerospace Sciences Meeting. Reston： AIAA， 1972.
6	DONALD A LT. A water spray tanker for icing simulation， aircraft ice protection［R］. Washington， D.C.： Federal Aviation Administration， 1969.
7	战培国. 国外结冰试验研究平台综述［J］. 飞航导弹， 2016（11）： 70-73.
	ZHAN P G. Overview of foreign icing test and research platforms［J］. Aerodynamic Missile Journal， 2016（11）： 70-73 （in Chinese）.
8	王宗衍. 美国冰风洞概况［J］. 航空科学技术， 1997， 8（3）： 45-47.
	WANG Z Y. Ice aerodynamic tunnel in USA［J］. Aeronautical Science and Technology， 1997， 8（3）： 45-47 （in Chinese）.
9	易贤，朱国林，桂业伟. 结冰风洞高度模拟能力评估［J］. 科技导报， 2009， 27（9）： 65-68.
	YI X， ZHU G L， GUI Y W. Evaluation of the simulation capability of an icing wind tunnel［J］. Science & Technology Review， 2009， 27（9）： 65-68 （in Chinese）.
10	侯敏杰，刘冬根. 航空发动机高空台的发展与展望［J］. 航空科学技术， 2012， 23（3）： 1-4.
	HOU M J， LIU D G. Development and prospect of the aero-engine altitude test facility［J］. Aeronautical Science & Technology， 2012， 23（3）： 1-4 （in Chinese）.
11	International SAE. Design， calibration， and test methods for turbine engine icing test facilities ［S］. 2017.
12	GRIFFIN T A， LIZANICH P， DICKI D J. PSL icing facility upgrade overview［C］∥Proceedings of the 6th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. Reston： AIAA， 2014.
13	ZANTE J V， BENCIC T， RATVASKY T. Update on the NASA Glenn propulsion systems lab ice crystal cloud characterization ［R］. 2015.
14	OLIVER M J. Validation ice crystal icing engine test in the propulsion systems laboratory at NASA Glenn research center［C］∥Proceedings of the 6th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. Reston： AIAA， 2014.
15	FLEGEL A B， OLIVER M J. Preliminary results from a heavily instrumented engine ice crystal icing test in a ground based altitude test facility［C］∥Proceedings of the 8th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. Reston： AIAA， 2016.
16	GOODWIN R V， DISCHINGER D G. Turbofan ice crystal rollback investigation and preparations leading to inaugural ice crystal engine test at NASA PSL-3 test facility［C］∥Proceedings of the 6th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. Reston： AIAA， 2014.
17	BERG A L， WOLEF H E. Aircraft engine icing test techniques and capabilities at the AEDC： AIAA-1976-0010［R］. Reston： AIAA， 1976.
18	晓湖. 美国空军阿诺德工程发展中心［J］. 现代军事， 1998（2）： 49-50.
	XIAO H. Arnold engineering development center， United States air force［J］. Conmilit， 1998（2）： 49-50 （in Chinese）.
19	SCOTT C. Barlett icing simulation in the aeropropulsion systems test facility propulsion development test cell C-2： AEDC-TR-94-12［R］. 1994.
20	国航发科技委. 国外航空发动机试验测试能力发展与研究［R］. 2017.
21	刘永泉. 国外航空发动机试验设备概览［M］. 北京：航空工业出版社， 2017.
	LIU Y Q. Test facilities manual of overseas aero engine［M］. Beijing： Aviation Industry Press， 2017 （in Chinese）.
22	MACLEOD J， CLARKE M， MARSH D. The GLACIER icing facility-lessons learnt in five years of operation［C］∥SAE Technical Paper Series. 2015.
23	李斯，于雷，金沙，等. 移动式冰风洞试验方法研究和应用［J］. 空气动力学学报， 2017， 35（6）： 855-859.
	LI S， YU L， JIN S， et al. Study and application of movable icing wind tunnel test method［J］. Acta Aerodynamica Sinica， 2017， 35（6）： 855-859 （in Chinese）.
24	唐扬刚，马建军，吴敬涛. 气候实验室开式结冰风洞试验方法研究与应用［J］. 飞行器强度研究， 2021（4）： 54-60.
	TANG Y G， MA J J， WU J T. Study and application of open icing wind tunnel test method in climatic laboratory［J］. Aircraft Strength Research， 2021（4）： 54-60 （in Chinese）.
25	黄平，卜雪琴，刘一鸣，等. 混合相/冰晶条件下的结冰研究综述［J］. 航空学报， 2022， 43（5）： 025178.
	HUANG P， BU X Q， LIU Y M， et al. Mixed phase/glaciated ice accretion： review［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（5）： 025178 （in Chinese）.

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

参数名称	常规试验参数	结冰试验参数
模拟高度/ft	海平面/90 000	4 000/45 000
静温/℉	-90/1 200	-60/15
马赫数	0.15/6.0	0.15/0.8
最大空气质量流量/（lbm·s^-1）	480	330
最大推力测量/（10³ lbf）	50	50
高空舱尺寸/ft	24×39	24×39
液滴直径/μm	N/A	15/50
冰晶粒子尺寸/μm	N/A	15~80
总水含量/（g·m^-3）	N/A	0.5~9

状态	参数	常规试验参数
试验段	试验段直径/ft	28
	试验段长度/ft	47
	马赫数范围	0/2.3
	试验结构形式	自由射流式或溢流式
	质量流量/（kg·s^-1）	680~997
进口状态	模拟高度/kft	海平面-75
	总温/℉	-60~350
	推力测量/klb	100
结冰试验	液态水含量/（g·m^-3）	0.2~2.8
结冰试验	液滴直径MVD/μm	15~35

参数	TRDC	PEEBLES 6A	可移动式结冰台
流量/（kg·s^-1）	1 270	2 267	181
喷嘴数量	125	209	400
最小液态水含量LWC/（g·m^-3）	0.25	0.25	0.25
最大液态水含量LWC/（g·m^-3）	2.5	2.5	2.5
平均水滴直径MVD/μm	15~40	15~40	15~40

结冰气象条件	性能参数	参照条款	能力现状
最大连续结冰	0.1~1.1 g/m³ 15~40 μm 32~-22 ℉	FAR 25部附录C	可实现地面模拟
间断最大结冰	0.1~3.8 g/m³ 15~40 μm 26~-40 ℉	FAR 25部附录C	可实现地面模拟
地面结冰	>0.3 g/m³ >20 μm 15~30 ℉	FAR 33.68 b	可实现
过冷大液滴	100~500 μm	FAR 33 附录O	~150 μm
冰晶混合相	0.3 g/m³ 0.2~5 g/m³	FAR 33附录D	尚未实现

[1]	肖袁, 冯坤, 胡明辉, 江志农. 航空发动机转子非稳态振动分量提取方法[J]. 航空学报, 2024, 45(3): 228158-228158.
[2]	张超, 曹勇, 赵振强, 张海洋, 孙建波, 王志华, 蔚夺魁. 树脂基复合材料在民用航空发动机中的应用与关键技术研究进展[J]. 航空学报, 2024, 45(2): 28556-028556.
[3]	郑新前, 王钧莹, 黄维娜, 伏宇, 程荣辉, 熊洪洋. 航空发动机不确定性设计体系探讨[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 27099-027099.
[4]	万能, 庄其鑫, 郭彦亨, 常智勇, 王道. 拟合精度约束下航发叶片在机测量采样策略[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 427151-427151.
[5]	李智豪, 张彪, 李健, 许传龙, 宋兆龙. 预混旋流燃烧火焰三维折射率场重建[J]. 航空学报, 2023, 44(4): 126480-126480.
[6]	张健, 张敏, 杜娟, 黄伟亮, 聂超群. 自适应康达喷气控制在高负荷压气机中的试验研究[J]. 航空学报, 2023, 44(22): 128883-128883.
[7]	赵淼东, 胡殿印, 毛建兴, 孙海鹤, 秦仕勇, 古远兴, 王荣桥, 田腾跃, 鄢林, 肖值兴. 轮盘低周疲劳模拟件设计及试验[J]. 航空学报, 2023, 44(18): 228320-228320.
[8]	杭杰, 李运华, 杨丽曼. 航空发动机加力燃烧燃油控制系统主动容错控制[J]. 航空学报, 2023, 44(14): 328063-328063.
[9]	孙晓峰, 张光宇, 王晓宇, 李磊, 邓向阳, 程荣辉. 航空发动机燃烧不稳定性预测及控制研究进展[J]. 航空学报, 2023, 44(14): 628733-628733.
[10]	彭沛, 赵永平, 王雨玮. 一种快速自动挖掘航空发动机工作模式的新方法[J]. 航空学报, 2023, 44(11): 327659-327659.
[11]	赵万里, 郭迎清, 徐柯杰, 王灿森, 应豪杰, 陶欣昕. 航空发动机多电分布式控制系统故障诊断与容错关键技术综述[J]. 航空学报, 2023, 44(10): 27519-027519.
[12]	段发阶, 牛广越, 周琦, 傅骁, 蒋佳佳. 航空发动机叶尖间隙在线测量技术研究综述[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 626014-626014.
[13]	刘佳奇, 冯蕴雯, 路成, 薛小锋, 潘维煌. 基于智能神经网络的航空发动机运行安全分析[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 625375-625375.
[14]	牛广越, 段发阶, 周琦, 刘志博. 基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量方法[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 625396-625396.
[15]	张忠强, 张新, 王家序, 刘治汶. 基于重加权谱峭度方法的航空发动机故障诊断[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 625445-625445.

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