——记飞机应急动力冲压空气涡轮系统关键技术及应用研究

郭生荣研究员

安全性、经济性和舒适性是民航飞机的永恒追求，其中安全性是第一位。

在所有发动机和辅助动力全部失效情况下，如果不能及时实现对飞行姿态的有效控制，将造成机毁人亡的重大安全事故。

为了防止此类事故发生，满足FAA25和CCAR25的适航要求，现代民用运输机上普遍安装了冲压空气涡轮(Ram Air Turbine，RAT)应急能源系统。

在紧急情况下，RAT自动或手动弹出，摄取空气气流的动能转化为液压能或(和)电能用以操纵和降落飞机，是飞机安全的最后保障。国外经过多年发展，已形成完整的RAT系统研发和生产体系，产品已系列化并大量装机应用。

我国正在开展大型客机专项研制工作，而国内在RAT研制方面处于空白，无货架产品可供选用，因此C919和ARJ21选用美国联合技术航空航天系统公司(UTAS)的RAT系统。RAT是我国航空工业急需突破的瓶颈之一。

中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心郭生荣团队，针对国家科技重大项目大飞机专项的迫切需求，开展了“飞机应急动力冲压空气涡轮系统关键技术及应用研究”项目研究，进行了飞机应急动力系统的技术攻关，突破了应急动力冲压空气涡轮(Ram Air Turbine，RAT)系统的设计、研发和试验等关键技术。国内首次研制了RAT系统产品，具有完整的自主知识产权、填补了国内空白、达到了国际先进水平。

中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心副总经理兼科技委主任郭生荣研究员，是中国航空工业集团公司首席技术专家、国防973项目首席专家。

自1991年，郭生荣从上海交通大学研究生毕业参加工作以来，他几十年如一日，全身心投身到我国的航空事业，从一名普通的设计员，逐步成长为专家级人物，在国内航空机电行业享有较高的声誉。

作为航空机电领域的专家，他始终重视技术发展，带领团队从型号研制、预先研究、技术基础等各方面细心钻研，取得了一系列突破。他还主持了多项国家重点项目研究工作，对飞机第二动力系统跨代发展和高压液压能源技术的提升作出了突出贡献。

在“飞机应急动力冲压空气涡轮系统关键技术及应用研究”项目中，郭生荣带领团队针对不同用户对象需求的指标体系(包括功率、扭矩和安全性等)，提出了RAT系统完整的解决方案，满足了全包线范围内RAT系统性能要求(包括飞机适配性、负载调节和安全控制等)，具备了RAT系统整体研发能力。研制的RAT系统产品拥有自主知识产权，公开发明专利一项。

不仅如此，郭生荣团队提出了RAT系统全包线负荷与阻力调节策略，实现了其长时和高效工作;发明了变刚度弹力释放装置，提出了非线性阻尼调节方法，实现了RAT系统快释放、小冲击;提出了一种内置式负载感应与调节方法，大幅减小了起动过程中柱塞泵的阻力矩;发明了一种温控循环阀，解决了冷备份状态下液压油粘性摩擦阻力大的问题，缩短了液压能源投入使用时间。获授权发明专利两项。

针对叶片的脆断、声疲劳与根部疲劳等问题，研究人员分析了RAT涡轮破坏机理，提出了基于大延展率的材料选配、当量厚度和等弯扭惯性矩优化与匹配的RAT叶片可靠设计方法;在分析二维翼型气动特性基础上，以高输出功率和低附加阻力为目标，提出了基于机械动力学和空气动力学耦合优化的RAT叶片高效设计方法。构建了可靠、高效的RAT叶片设计平台，公开发明专利一项。

除此以外，郭生荣团队还建立了RAT系统的风洞试验系统，提出了基于可压缩流体远场开口系统的试验数据修正分析方法和基于动量定理的等效压比方法，实现了外场参数内场化处理;独创性提出了基于模化思想的RAT系统试验与数据分析方法，解决了高空性能试验难题，实现了不同叶轮和不同高度下RAT系统的特性与性能评估。

谈到该项目的创新和突破，郭生荣说，项目首先解决了RAT系统多部件、多学科交叉耦合设计及参数匹配优化难题，构建了基于总能量利用的气动、液压、电气、机械一体化RAT系统设计平台。同时，项目团队攻坚克难，提出了RAT系统的全包线负荷与阻力调节策略，发明了RAT系统快速响应装置，提出了基于机械动力学和空气动力学耦合优化的叶片可靠高效设计方法，独创性提出了基于等马赫数和低雷诺数融合修正的RAT系统模化试验与数据分析方法。

业内专家认为，该项目研究成果大大提升了我国RAT系统的设计水平，提高了大型飞机应急动力系统的效率和可靠性。进行了RAT系统设计、高效可靠涡轮叶片设计、冲压空气涡轮系统快速起动策略研究、冲压空气涡轮系统试验方法研究等工作，突破了多项关键技术。RAT系统产品是国内自行研制的、具有自主知识产权的应急动力系统，达到了国内领先、国际先进水平，具有重要的推广应用价值。