北京
提起航空發動機，人們往往會關注它有多大的推力、飛得有多快、排放有多低。事實上，對于民用航空發動機來說，還有一個同樣重要的指標——安全性。
在正式投入使用前，一臺民用航空發動機需要經歷大量嚴格的適航驗證。其中有一項聽起來有些特別的試驗，叫做“吸鳥試驗”。顧名思義，就是驗證發動機在吸入鳥類后能否保持安全狀態。那么，為什么要進行這樣的試驗？這項試驗又有多嚴格呢？
飛行環境中的真實考驗
飛機在起飛和降落階段，需要穿過鳥類活動較為頻繁的空域。雖然機場會采取驅鳥措施，但從適航安全角度出發，發動機設計必須充分考慮各種可能出現的運行環境。
因此，中國民航局發布的《航空發動機適航規定》（CCAR-33）明確要求，發動機必須具備應對鳥類吸入的能力，并通過嚴格驗證后才能獲得適航批準，以確保能夠適應復雜的自然環境。
一只鳥為何能成為試驗對象？
很多人會覺得，小鳥身體柔軟，為什么還要專門開展試驗？
在起飛爬升和進場著陸階段，這正是飛鳥活動最頻繁的空域。在起飛時，渦扇發動機的風扇葉片每分鐘上千轉。當鳥撞擊高速旋轉葉片時，會在微秒級時間內經歷從固態到流態的劇烈變化，巨大的動能瞬間釋放，形成強沖擊波與流體靜壓，對葉片產生復雜的彎矩、扭轉和剪切應力。這種瞬態的流固耦合沖擊極易導致葉片前緣撕裂、斷裂，造成轉子不平衡、推力損失和沖擊載荷。
因此，吸鳥是對發動機結構強度、氣動性能和安全設計的綜合考驗。吸鳥能力已經成為衡量民用航空發動機安全水平的重要指標之一。
吸鳥試驗到底有多嚴格？
試驗并不是簡單地把鳥體投入發動機，而是在嚴格控制條件下進行。試驗前，發動機需要穩定工作在最大起飛狀態。隨后，通過空氣炮等設備將符合要求的禽類或經認可的替代物以規定速度射向發動機。試驗時需要精確控制鳥彈的重量、數量、撞擊位置、發射時間。這些參數都依據適航規章確定。
按照CCAR-33要求，發動機需要針對不同情況開展驗證，包括吸入不同大小、不同數量鳥的情況。根據條款要求，發動機尺寸越大，驗證所需吸入的鳥的質量通常也越大、數量也越多。隨著發動機進氣道喉道面積的增大，吸入大鳥的質量從1.85kg逐步增加至3.65kg。吸入中型群鳥的數量和質量從一只0.35g鳥逐步增加至4只1.15kg鳥。
CCAR-33要求，大鳥試驗的鳥體速度需要達到約370千米每小時。大多數傳統大涵道比渦扇發動機吸鳥的最惡劣臨界速度范圍在280~410千米每小時，370千米每小時正處于這個高損傷區間的典型代表值，能夠有效覆蓋并驗證發動機在最嚴苛的物理耦合損傷下的安全性。
吸入鳥之后，發動機還能工作嗎？
這是很多人最關心的問題。實際上，適航驗證關注的核心并不是發動機是否“毫發無損”，而是在吸鳥后是否仍然保持安全、可控狀態。
對于大鳥吸入試驗，規章要求吸鳥后15秒內不得移動推力桿，發動機能安全停車。發動機不得出現危及飛行安全的失效情況。例如發動機非包容性解體、產生有毒物質污染客艙引氣、不可控火情、完全失去發動機停車能力以及可能危及飛機安全的結構破壞等。
現實飛行中，飛機遭遇鳥群的概率也較高，鳥群同時威脅航空器的多個發動機。因此，適航規章專門設置了群鳥吸入驗證，并要求吸入群鳥后，發動機應保持一定的推力和可操縱性。在試驗中，需要發動機在1秒時間內連續吸入指定數量的鳥彈，以模擬真實遭遇鳥群的情況。吸鳥后發動機還需要按照規定的試車程序進行連續運轉驗證，模擬吸鳥后的繼續起飛、爬升、進近、復飛和降落的過程。驗證發動機吸鳥后的推力水平和可操縱性符合規章要求。
一項試驗背后的技術實力
對于民用航空發動機來說，能夠在各種極端工況下保障飛行安全尤為重要。吸鳥試驗不僅是一項適航驗證項目，更體現了航空發動機研制的復雜程度和技術水平。吸鳥試驗背后卻涉及結構強度設計、鳥撞動力學分析、氣動匹配優化、材料技術以及整機驗證等多個專業領域。為了通過一次適航試驗，研發人員往往需要開展大量計算分析和地面驗證工作。
當一臺發動機能夠通過這些嚴苛考驗時，意味著它已經具備了在復雜運行環境中保障飛行安全的能力。而這，也正是現代民航安全運行的重要基礎。
文字：李澤林
校對：聶帥齊
責編：李澤林
核稿：焦靜波
本文轉載自公眾微信號：中國航空發動機集團
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