李永佳 黃大鵬 宮新華

摘 要：從民機機載設備的適航管理方式入手，從燃氣渦輪輔助動力裝置這一典型、重要的機載設備的適航文件、適航證件、適航合格審定程序方面，介紹美國、歐洲和我國的輔助動力裝置的適航管理。

關鍵詞：適航；輔助動力裝置；管理

1 探究的意義

1.1 適航研究的重要意義

民用航空關系到公眾的安全和利益，各國政府都對本國和本國空域內(nèi)的民用航空進行著嚴格的管理--適航管理。適航管理的核心是安全，我國民用航空適航管理制度和體系是參照美國的適航經(jīng)驗建立的。但在國際上，美國聯(lián)邦航空安全局（FAA）的適航管理體系之外，還有歐洲航空安全局（EASA）建立的適航體系，這兩個體系直接既有聯(lián)系又有區(qū)別，因此，進行深入研究對具體民用航空型號的適航工作的開展甚至研究開發(fā)都有其重要意義。

1.2 輔助動力裝置的適航管理特點

民用航空器由機體和機載設備組成。適航管理需要覆蓋民用航空器每一個部分。而每一個部分的適航管理要求是不同的，如作為產(chǎn)生推力的重要設備——航空發(fā)動機和螺旋槳，其安全性要求與機體的要求是等價的，F(xiàn)AR等適航規(guī)章都以專章提出了詳盡的要求；而對于燃氣渦輪輔助動力裝置，其適航管理要求也是與其他機載設備大為不同的，燃氣渦輪輔助動力裝置是結(jié)構(gòu)上近似于發(fā)動機，但從屬于飛行器電源、空調(diào)和動力系統(tǒng)的一種機載設備，燃氣渦輪輔助動力裝置一般采用頒發(fā)技術標準規(guī)定項目批準書（CTSOA）的方式進行適航批準。

2 燃氣輔助動力裝置的簡要介紹

2.1 燃氣渦輪輔助動力裝置簡介

在大、中型飛機上和大型直升機上，為減少對地面（機場）供電設備的依賴，都裝有獨立的小型動力裝置，這就是輔助動力裝置（Auxiliary Power Unit，簡稱APU）。APU和發(fā)動機一樣，都是燃氣渦輪動力裝置。但它們的目的不同，發(fā)動機用于產(chǎn)生推力，而APU主要用來提供氣源和電源，氣源除用于發(fā)動機起動，還為飛機的空調(diào)系統(tǒng)供應連續(xù)不斷的空氣。這個特點使APU不同于發(fā)動機。它要求APU在設計時，使渦輪產(chǎn)生的機械能主要通過壓氣機轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，還有一部分機械能通過齒輪傳遞給發(fā)電機以產(chǎn)生電能，而不是向后噴出產(chǎn)生推力。所以，能量分配的不同是APU和發(fā)動機的主要區(qū)別。有的APU還可輸出液壓能，早期的APU也有提供附加推力的。APU一般裝在機身最后段的尾錐之內(nèi)，在機身上方垂尾附近開有進氣口，排氣直接由尾錐后端的排氣口排出。

在以前的小功率發(fā)動機上，起動主發(fā)動機時一般采用起動電機來帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，但是隨著大推力發(fā)動機的出現(xiàn)，用電動機已無法提供如此大的能量來帶動發(fā)動機，使發(fā)動機達到點火燃燒時的轉(zhuǎn)速了，因此需要更大的能源來帶轉(zhuǎn)發(fā)動機。這時，如果采用APU，從APU產(chǎn)生壓縮的空氣，吹轉(zhuǎn)裝在發(fā)動機附件傳動機匣上的空氣渦輪起動機（ATS），從而起動發(fā)動機，這種起動方式成為了現(xiàn)在大功率發(fā)動機通常選擇的工作模式。

圖1 典型的APU結(jié)構(gòu)示意圖

APU的提供的壓縮空氣和電能，使飛機在地面上起飛前，不需要起動主發(fā)動機就可保證客艙和駕駛艙內(nèi)的照明和空調(diào)正常工作。在飛機起飛時，有APU工作，可使發(fā)動機功率全部用于地面加速和爬升，改善了起飛性能。飛機降落后，仍由APU供應電力照明和空調(diào)用氣，可使主發(fā)動機提早關閉。通常APU在飛機爬升到一定高度（5000米以下）關閉。但在飛行中當主發(fā)動機空中停車時，APU可在一定高度（一般為10000米）以下的高空中及時起動，為發(fā)動機重新起動提供動力。這種應急情況下的APU工作能力，提高了飛機的安全性。在發(fā)動機的適航規(guī)章中規(guī)定的“雙發(fā)延程飛行（ETOPS）”狀態(tài)中，就要求APU必須正常運行[1]。

綜上，APU是結(jié)構(gòu)上近似于發(fā)動機，但從屬于飛行器電源、空調(diào)和動力系統(tǒng)的一種機載設備。

2.2 當前民用APU的主要制造商及我國民用APU現(xiàn)狀

目前，國際上從事航空輔助動力裝置研制生產(chǎn)的企業(yè)較少，主要有美國的霍尼韋爾、漢密爾頓·勝斯特蘭（簡稱漢勝），法國的Microturbo（隸屬于透博梅卡），俄羅斯Aerosila（原烏法航空附件廠）。其中在民用客機市場上主要由霍尼韋爾和漢勝兩家公司壟斷。

由于國際航空運輸業(yè)的快速發(fā)展，民用APU也面臨著具有巨大市場機會，在飛機機載設備中，APU的價值比較高，由于經(jīng)常使用，其售后市場的價值更為可觀，在APU上進行投入，存在著巨大的商業(yè)機會。

我國航空發(fā)動機的發(fā)展水平與國外先進水平相比，存在較大的差距，APU也是同樣的狀態(tài)，尤其在民機方面，這種差距更為明顯。雖然，近年來，我們在軍用APU方面積累了一些經(jīng)驗，但在民用APU方面，我們沒有任何的經(jīng)驗可言。在民用APU的設計、制造、適航、組織管理和售后服務等方面，都在存在著巨大的差距。

3 APU的適航管理方式

3.1 民用航空機載設備的適航管理方式

按照中國民航適航規(guī)章CS-21[2]的規(guī)定，航空器的適航管理根據(jù)著眼點的不同，一般分為對民用航空器型號設計批準的“型號合格證（Type Certification，TC）”、對型號生產(chǎn)批準的“生產(chǎn)許可證（Production Certification，PC）”和投入運行前表征單個航空產(chǎn)品具有設計符合性和制造符合性、用以證明其安全可用的“適航證（Airworthiness Certification，AC）”。上述三證均由適航當局（或其授權代表）頒發(fā)，因此，適航管理也被稱為“三證管理”。但航空發(fā)動機和螺旋槳確認具有設計符合性和制造符合性的后只能獲頒“適航批準標簽”，與“適航證”相似“適航標簽”也證明了發(fā)動機或螺旋槳產(chǎn)品的安全可用性。在實踐中，三證齊全，且發(fā)動機和螺旋槳（如有）三證齊全的航空器方可投入航線使用。

與民用航空器、發(fā)動機和螺旋槳的適航管理方式不同，民用航空機載設備的適航可以按照“技術標準規(guī)定（Technology Standard Order，簡稱TSO）”進行審定，取得“技術標準規(guī)定項目批準書（TSOA）”，或隨民用航空產(chǎn)品（裝有機載設備的航空器）的合格審定一同批準，一般稱為隨機取證。TSOA與航空產(chǎn)品的型號合格證（TC）不同， TSOA將設計和生產(chǎn)一起批準，而不分別頒發(fā)型號合格證和生產(chǎn)許可證，且不可以轉(zhuǎn)讓。與發(fā)動機和螺旋槳類似，符合設計要求且安全可用的機載產(chǎn)品獲頒“適航標準標簽”后才認為是適航的。

3.2 FAA及EASA對APU的適航管理方式

FAA為了簡化審查要求，早在20世紀80年代末就取消了機載設備技術要求的總綱文件FAR37部，取而代之的是大量采用專業(yè)技術協(xié)會的標準作為技術要求，如環(huán)境適應性實驗要求RTCA（無線電技術委員會標準）-160，計算機軟件標準RTCA-178等。但是，F(xiàn)AA還是為部分機載設備保留了自己制定的技術標準。

作為一種重要的機載設備，F(xiàn)AA認為APU的適航管理應該與其他機載設備相類似，并為其單獨頒布了技術標準規(guī)定FAA TSO C77《燃氣渦輪輔助動力裝置》，目前，現(xiàn)行有效的版本為b版?？紤]到作為高溫工作的渦輪機械，APU有結(jié)構(gòu)的復雜性的特點，對安全性的要求已經(jīng)超出了一般的機載設備，因此，EASA已經(jīng)將APU的適航管理技術要求至與發(fā)動機相同的層級，即頒布專門的適航規(guī)章CS-APU《輔助動力裝置合格證規(guī)范》?？梢娮鳛樘厥獾摹碗s的機載設備，作為世界范圍內(nèi)最有經(jīng)驗的兩個局方對APU的重要性都有著深刻的認識。

但遺憾的是，全球最主要的APU生產(chǎn)商霍尼韋爾和漢勝都位于美國，且EASA與FAA直接已經(jīng)簽署了雙邊協(xié)議。原則上，對方頒發(fā)的型號合格證和技術標準規(guī)定項目批準書都可以在對方獲得認可，僅需要局方對其認為有區(qū)別的項目進行適航驗證。在實際操作中，EASA往往補充審定FAA頒證的APU并頒發(fā)ETSOA（E即European，歐洲技術標準規(guī)定項目批準書），而對于EASA 頒發(fā)ETSOA的APU型號則由FAA進行確認。截至目前，雖然EASA為APU制定了專門的規(guī)章，但僅有法國Microturbo的Rubis系列和捷克První brněnská strojírna Velká Bíte， a.s.的Saphir 5系列等5個型號按CS-APU取得了ETSOA并由EASA負責持續(xù)適航管理，而且還有Microturbo的eAPU60還在適航審查過程中。

3.3 我國對APU的適航管理方式

我國適航主管部門沒有獨立審查APU的經(jīng)驗，根據(jù)現(xiàn)行有效的CCAR37部的規(guī)定，APU也應采用TSOA方式取證或采用隨機取證的方式[3]。

4 FAA TSO C77b與EASA CS-APU的異同

美國的FAA是世界上歷史最悠久、適航審查和處理事故經(jīng)驗最豐富的適航管理機構(gòu)。在相當長的一段時間內(nèi)，其制定的FAR系列規(guī)范一直作為世界通行的適航文件使用。在歐洲，英法航空工業(yè)強國的適航規(guī)范也是源于FAR。同樣的，F(xiàn)AA制定的TSO標準也是各局方參考的重要文件之一。FAA于1981年7月20日首次頒布了TSO C77a作為APU的技術標準。

隨著歐洲走向一體化，特別是為了推進空中客車項目的合作，1988年歐洲共同體成立了聯(lián)合航空局（Joint Airworthiness Authorities，JAA），JAA在FAR系列規(guī)范的基礎上結(jié)合英、法、德、意、西等國的適航工作經(jīng)驗，制定了更為詳細具體的JAR規(guī)范。在制定標準之初JAA選擇了TSO C77a的現(xiàn)行版本為藍本編制了輔助動力裝置的規(guī)范，并且將該規(guī)范上升至與發(fā)動機等重要機載設備的適航規(guī)范的高度，這就是JAR-APU《輔助動力裝置許可證規(guī)范》。

隨著歐洲一體化進程的推進，在2004年在歐盟的授權下，旨在統(tǒng)一各國民航安全體系的歐洲航空安全局（European Aviation Safety Agency， EASA）正式成立了，并在2009年取代JAA成為歐盟各國唯一的適航管理機構(gòu)，在EASA正式成立之前，就已開始參考JAR系列適航規(guī)范進行了適航文件的編制工作，現(xiàn)行的EASA CS-APU是其2003年10月編制完成并生效的。目前，EASA CS系列規(guī)范已經(jīng)發(fā)展成與FAR同等影響力的適航規(guī)范。

與CS系列標準相同，CS-APU《輔助動力裝置許可證規(guī)范》分為2卷（book）。第一卷是適航標準，該卷共4個分部（Part A-D）。由于TSO C77a在2000年的更改中被換版，隨后JAR-APU也相應做出了更改。因此，B分部至D分部與TSO C77b的附件1《燃氣渦輪輔助動力裝置裝置最低可接受標準》的第5-7條基本對應。A分部則涵蓋了附件1 前4條內(nèi)容及附件2《型號規(guī)范編制要求》、附件3《安裝操作說明編制要求》、附件4《持續(xù)適航說明編制要求》的大部分內(nèi)容[4][5]。

與其他EASA頒布的適航規(guī)范相似，CS-APU的第二卷的卷名為“可以接受的符合規(guī)范要求的方法”（AMC部分），EASA在制定標適航規(guī)范時結(jié)合之前適航工作的經(jīng)驗，在這部分加入了更多的指導意見和驗收方法和標準。第二卷是對第一卷內(nèi)容的解說、分析和對滿足規(guī)范的操作方法的具體規(guī)定。在AMC-APU主要的條目有AMC CS-APU210安全分析和AMC CS-APU220防火。AMC CS-APU210給出了確定關鍵件的原則及安全分析的方法和各等級風險的典型事故模式，為取證時完成安全分析帶來了便利。AMC CS-APU220則明確了具體零件發(fā)生火災的后果、防火和耐火2個等級在耐火試驗驗證中的具體差別、各典型零件的耐火試驗的典型方法等信息，極為有利于新申請人參考操作。此外，AMC CS-460超溫試驗明確規(guī)定以渦輪后42℃超溫代替渦輪前42℃可以接受；CS-470包容性給出了關鍵轉(zhuǎn)子件的選取方法及可接受的替代分析方法。[5]

除此之外在具體條目、特別是具體試驗要求上，EASA CS-APU與FAA TSO C77b基本一致，如持久試驗的圖譜完全一致、超轉(zhuǎn)試驗115%的最低超轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、42℃的超溫要求均完全相同。兩者只存在一些表述上的區(qū)別，受篇幅所限不再一一贅述。

可見，EASA CS-APU與FAA TSO C77b在具體要求上沒有差別，可視為等效規(guī)章。

5 我國APU適航工作的開展原則與展望

長期以來，我國航空工業(yè)在民用航空領域一直落后于世界先進水平，在APU研制方面未能有型號開展適航工作。因此，我國的適航當局中國民航局（CAAC）適航司一直未確定APU的適航規(guī)章或技術標準，且沒有相關的審查經(jīng)驗。由于中美兩國曾簽署雙邊適航互認協(xié)議，且有其他機載設備的先例，中國民航局適航司接受新APU型號CTSOA申請人選取TSO C77b（或后續(xù)有效版本）作為審定基礎的可能性較大。

而CS-APU的AMC部分對具體的分析和試驗給出了操作性極強的指導意見，可以將其要求作為符合性驗證方法進行申報，或作為進行具體試驗、編制具體文件的重要依據(jù)。

綜上，選擇選取TSO C77b或后續(xù)有效版本作為輔助動力裝置的CTSOA審定基礎，同時，研究借鑒CS-APU中的具體要求作為確定符合性驗證方法的依據(jù)，可作為我國后續(xù)開展輔助動力裝置適航的一條有效途徑。

參考文獻

[1]中國民用航空總局適航司.中國民用航空器適航規(guī)章CCAR-33R2：航空發(fā)動機適航規(guī)定[Z].2011.

[2]中國民用航空總局適航司.中國民用航空器適航規(guī)章CCAR-21-R3：民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定[Z].2007.

[3]中國民用航空局適航司.中國民用航空器適航規(guī)章CCAR-37：民用航空材料、零部件和機載設備技術標準規(guī)定[Z].1992.

[4]Federal Aviation Administration. Technical Standard Order Subject： TSO-C77b， GAS TURBINE AUXILIARY POWER UNITS[Z].2000.

[5]European Aviation Safety Agency. Certification Specification for Auxiliary Power Unites CS-APU[Z].2003.