冰的洗禮 

經(jīng)常導(dǎo)致飛機(jī)事故的問題之一是飛行過程中元件結(jié)冰。根據(jù)全世界空難數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，與氣候條件相關(guān)的結(jié)冰是導(dǎo)致大約40%空難的原因。當(dāng)飛機(jī)上升到 5,000米的高度并落入高濕度的冷云時(shí)，就會發(fā)生這種情況。即使在大約 -40°C 的低溫下，這樣的云也可以由液滴組成，這些液滴在一分鐘內(nèi)就能夠覆蓋飛機(jī)表面形成具有 1~6 毫米厚冰殼。

對于民用燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，主要危險(xiǎn)在于進(jìn)氣道上長出的冰板。如果除冰系統(tǒng)由于某種原因出現(xiàn)故障，積冰就會越來越大。達(dá)到臨界質(zhì)量后，它們會脫落并落入發(fā)動機(jī)內(nèi)，這可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)葉片損壞和停機(jī)。此外，風(fēng)扇和葉片本身容易結(jié)冰，在它們上面形成的冰會損害發(fā)動機(jī)性能并干擾飛行。

不同飛行高度的氣溫波動較大，即使地面溫度高于零，飛機(jī)也可能進(jìn)入結(jié)冰狀態(tài)。而如果飛機(jī)的機(jī)身沒有有效的結(jié)冰預(yù)警系統(tǒng)，那么發(fā)動機(jī)的結(jié)冰情況只能由飛行員通過間接手段來檢測，在這種情況下已經(jīng)可能為時(shí)已晚。因此，飛機(jī)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)人員的主要出路是創(chuàng)建能夠抵抗結(jié)冰過程的推進(jìn)系統(tǒng)。

飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)必須遵守的參數(shù)在俄羅斯聯(lián)邦航空條例第 33 部分中進(jìn)行了描述。發(fā)動機(jī)結(jié)冰測試裝置由冷凍機(jī)和水氣溶膠設(shè)備混合，并加入到發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣氣流中，這是一個(gè)專門研制的特殊裝置，也是一個(gè)昂貴且相當(dāng)費(fèi)力的過程，在此過程中，專家們會檢查安裝的所有參數(shù)，然后檢查發(fā)動機(jī)是否損壞。

在俄羅斯，此類測試由以俄羅斯中央航空發(fā)動機(jī)研究院 (CIAM)的測試臺為基礎(chǔ)，進(jìn)行了適航認(rèn)證。因此，最新的俄羅斯飛機(jī)發(fā)動機(jī) PD-14 于 2018 年在這里進(jìn)行了經(jīng)典的結(jié)冰和冰侵入測試，并確認(rèn)其符合俄羅斯航空法規(guī)的要求。

對發(fā)動機(jī)的新要求之一是冰晶測試。與發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)中的加熱部件碰撞，這些晶體粘附在它們上面，形成結(jié)冰。難點(diǎn)在于當(dāng)這些晶體滲入發(fā)動機(jī)深處，在沒有特殊防結(jié)冰保護(hù)的發(fā)動機(jī)元件上堆積并粘在一起，分離后結(jié)冰會損壞發(fā)動機(jī)元件。2020 年，CIAM 和UEC-Aviadvigatel公司的專家開發(fā)了一種方法，用于確認(rèn)發(fā)動機(jī)進(jìn)入結(jié)晶結(jié)冰條件時(shí)的性能。2021 年，UEC-土星公司在開放式試驗(yàn)臺測試 PD-14 發(fā)動機(jī)期間對該技術(shù)進(jìn)行了測試，2022 年將進(jìn)行進(jìn)一步適航認(rèn)證測試。

防鳥試駕 

飛機(jī)與鳥類相撞是一件非常令人不快的事件，這種情況并不少見。一只鳥可以進(jìn)入發(fā)動機(jī)并使其失效，但這對現(xiàn)代飛機(jī)來說并非致命——飛機(jī)仍可以用一個(gè)發(fā)動機(jī)飛行、著陸甚至起飛。然而，鳥類經(jīng)常成群結(jié)隊(duì)地飛行，因此可能會同時(shí)損壞所有發(fā)動機(jī)，從而多次導(dǎo)致嚴(yán)重事故。除了對動力裝置本身造成損壞外，與鳥的碰撞還會損壞飛機(jī)機(jī)身的發(fā)動機(jī)部件、起火甚至損壞飛機(jī)機(jī)艙。

飛機(jī)發(fā)動機(jī)的防鳥測試是一項(xiàng)強(qiáng)制性的認(rèn)證要求，各國的《航空條例》對此也有規(guī)定，一般使用特殊槍在支架上進(jìn)行測試。在這種情況下，首先發(fā)動機(jī)進(jìn)入運(yùn)行模式，通常是起飛狀態(tài)，這時(shí)遇到鳥類是最危險(xiǎn)的，一只鳥向發(fā)動機(jī)發(fā)射。發(fā)動機(jī)直徑越大，用于測試的家禽應(yīng)該越大越重。

根據(jù)規(guī)定，如果鳥撞對發(fā)動機(jī)的損壞是局部的，則大型鳥類的測試被認(rèn)為是成功的。此外，發(fā)動機(jī)被小鳥和一群中鳥模仿“開火”，MS-21客機(jī)的PD-14發(fā)動機(jī)在2018年順利通過了這樣的“考試”。

據(jù)俄羅斯測試人員稱，發(fā)動機(jī)在測試鳥撞時(shí)并不是最令人愉快的測試時(shí)刻，因?yàn)樗鼈兪褂玫氖钦嬲镍B類。按照俄羅斯的要求，他們必須在測試前半小時(shí)還活著。這種情況下的道德困境是通過不斷提醒自己所有這一切都是為了人們的生命安全和保護(hù)而解決的。

應(yīng)對火山灰的測試 

飛機(jī)撞上火山灰云并不常見，但在航空實(shí)踐中仍會發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，民用飛機(jī)平均每年有幾次進(jìn)入火山灰污染區(qū)域。在其中一些情況下，觀察到發(fā)動機(jī)故障，這可能導(dǎo)致災(zāi)難。

火山灰對航空運(yùn)營影響的研究在 2010 年之后得到加強(qiáng)，當(dāng)時(shí)歐洲因埃亞菲亞德拉冰蓋火山噴發(fā)而被云層覆蓋。然后數(shù)以萬計(jì)的航班被取消，航空公司蒙受了數(shù)百萬美元的損失，事情發(fā)生后，人們開始熱烈討論火山灰對航空的真正危險(xiǎn)。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)，2015 年所有新發(fā)動機(jī)必須通過火山灰測試。

在高濃度下，懸浮在空氣中的火山灰會對飛機(jī)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行造成危害?；鹕交沂菈核榈膸r漿，由固體巖石、礦物質(zhì)和玻璃的最小顆粒組成。一旦進(jìn)入發(fā)動機(jī)內(nèi)部，灰燼會撞擊發(fā)動機(jī)部件，當(dāng)暴露在高溫下時(shí)，它會熔化并粘在發(fā)動機(jī)內(nèi)部流道壁上，從而破壞發(fā)動機(jī)的運(yùn)行。這會限制空氣流動，并可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率損失。此外，灰燼具有磨蝕性，會損壞飛機(jī)表面。

今年夏天，PD-14 發(fā)動機(jī)核心機(jī)進(jìn)行了火山灰測試，其在惡劣的環(huán)境中暴露了一個(gè)小時(shí)，而其特性幾乎保持不變，俄羅斯對此采用了真正的堪察加火山灰，值得注意的是，此類認(rèn)證測試在全球和俄羅斯均是首次進(jìn)行。