摘 要：文章分析了FAA和EASA已發(fā)布的關(guān)于過冷大水滴的調(diào)查報(bào)告和規(guī)章，為新型號的設(shè)計(jì)和適航驗(yàn)證提供參考。

關(guān)鍵詞：過冷大水滴；適航規(guī)章新趨勢；影響

引言

1994年10月31日從印第安納州印第安納波利斯前往芝加哥的美鷹航空一架ATR72飛機(jī)航班號4184在芝加哥國際機(jī)場外盤旋等待降落時(shí)，由于結(jié)冰導(dǎo)致飛機(jī)失速墜毀，機(jī)上68人全部罹難。事故的調(diào)查結(jié)果表明飛機(jī)遭遇了結(jié)冰條件，在機(jī)翼上表面除冰系統(tǒng)工作表面之后產(chǎn)生了冰脊，進(jìn)而導(dǎo)致飛機(jī)滾轉(zhuǎn)，事故調(diào)查表明導(dǎo)致該起事故的結(jié)冰條件超出了目前25部中附錄C中的內(nèi)容。

經(jīng)過十幾年的調(diào)查，F(xiàn)AA于2010年6月29日發(fā)布了關(guān)于過冷大水滴的規(guī)章制定建議：“Airplane and Engine Certification Requirements in Supercooled Large Drop， Mixed Phase， and Ice Crystal Icing Conditions”；EASA也于2011年3月21日發(fā)布了建議修正案通知：“Large Aeroplane Certification Specifications in Supercooled Large Drop， Mixed phase， and Ice Crystal Icing Conditions”。

1 規(guī)章解析

飛機(jī)結(jié)冰形狀和結(jié)冰速率取決于大氣的氣象條件，飛機(jī)的氣動特性和飛行狀態(tài)，包括液態(tài)水含量、溫度、水滴直徑、結(jié)冰部件的外形、水滴收集效率等。相較于25部原有的附錄C中的內(nèi)容，過冷大水滴結(jié)冰條件的顯著特征是可能出現(xiàn)直徑較大的過冷水，通常這種情況下液態(tài)水含量（LWC）可能并不高，水滴中位數(shù)直徑（MVD）也可能仍然維持較低的數(shù)值，如圖1、圖2所示。

水滴越大撞擊到翼型上的可能性越大，而小的水滴則可能隨氣流偏離翼面，因?yàn)榇蟮乃瓮∷蜗啾雀y受氣流的影響，他們更易直接碰撞到翼型上，產(chǎn)生更大水滴碰撞區(qū)域。大水滴會產(chǎn)生更高的水滴收集效率，產(chǎn)生的結(jié)冰速率也更高，同時(shí)結(jié)冰的區(qū)域也會更大。如圖3所示，在其它條件相同的情況下水滴直徑越大，水滴收集效率越高。

圖3 不同水滴直徑下的水滴收集效率

同時(shí)，由于大水滴的流動性高于小水滴，會在翼面更靠后的位置形成冰積聚。目前飛機(jī)設(shè)計(jì)確定防冰區(qū)域時(shí)通常采用的MVD值為20微米，因此過冷大水滴情況下冰積聚位置可能會超出采用目前規(guī)范設(shè)計(jì)的防冰系統(tǒng)的工作表面，這正是前文中所提到的ATR72飛機(jī)事故原因之一，同時(shí)這一新規(guī)章給飛機(jī)防冰設(shè)計(jì)帶來的重大影響。

2 EASA與FAA的規(guī)章差異

FAA發(fā)布的NPRM和EASA發(fā)布的NPA中存在一些差異。FAA將“25.21（g）證明符合性的若干規(guī)定”和“25.1420過冷大水滴結(jié)冰條件”的適用性限制在具有相應(yīng)特性的某一類飛機(jī)，即最大起飛重量小于60000lbs的飛機(jī)或者裝有可逆操縱器件的飛機(jī)，而EASA并不支持這個(gè)適用性限制。

EASA認(rèn)為過冷大水滴規(guī)章應(yīng)適用于所有新申請型號合格證的大型飛機(jī)，而FAA則將其適用性限制在某一類的大型飛機(jī)；關(guān)于飛行儀表外部探頭的適用性，雙方的要求也不盡相同。具體情況如下：

EASA認(rèn)為在防冰協(xié)調(diào)工作小組2005年12月發(fā)布的報(bào)告中支持該適用性限制的理由并不充分。主要質(zhì)疑點(diǎn)在于：FAA認(rèn)為能夠獲得例外的這一類飛機(jī)的安全記錄表明，目前FAR25部/CS-25中對結(jié)冰條件下飛行的適航規(guī)章能夠要求飛機(jī)制造商提供期望的安全等級。而EASA則認(rèn)為過冷大水滴的撞擊區(qū)域和結(jié)冰區(qū)域相對于之前的結(jié)冰條件而言更加靠后，與以往規(guī)章中結(jié)冰條件下形成的冰型會不一樣，在性能方面的會影響到所有的大型飛機(jī)。EASA雖然同意現(xiàn)有大型飛機(jī)設(shè)計(jì)方式已經(jīng)使許多飛機(jī)在過冷大水滴結(jié)冰條件下安全運(yùn)行了數(shù)十年，也認(rèn)可更大型的飛機(jī)受新的結(jié)冰條件影響更小，但不能就此認(rèn)定目前的設(shè)計(jì)不會發(fā)生改變。過去的服役經(jīng)驗(yàn)仍然可以用于評估新的設(shè)計(jì)的安全性，但很難預(yù)料以后會發(fā)生怎樣的設(shè)計(jì)革新，建議規(guī)章在接下來數(shù)十年中適用于所有飛機(jī)。因此，EASA認(rèn)為之前在過冷大水滴結(jié)冰條件下的運(yùn)行經(jīng)歷表明，目前的附錄C結(jié)冰條件不夠充分，需要將過冷大水滴、混合態(tài)和冰晶的結(jié)冰條件不帶任何適用性限制加入到規(guī)章中。

對全部飛行儀表外部探頭適用，而FAA將其適用性限制在空速管和攻角傳感器。EASA則認(rèn)為FAA的規(guī)章中“25.1323空速指示系統(tǒng)”表1的條件并不能包含全部已知的空速指示系統(tǒng)故障。因此，EASA建議將混合態(tài)和冰晶環(huán)境條件應(yīng)用于所有飛行儀表外部探頭，而不僅僅是“25.1323空速指示系統(tǒng)”和“25.1324攻角系統(tǒng)”。

3 符合性驗(yàn)證方法

在過冷大水滴規(guī)章的驗(yàn)證中，需要使用分析和試驗(yàn)結(jié)合的方法來證明飛機(jī)滿足規(guī)章的要求，驗(yàn)證活動會包括計(jì)算分析和若干項(xiàng)試驗(yàn)。新增的25.1420（b）中說明了可以采用（b）（1）至（b）（5）中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)試驗(yàn)組合來表明符合性。

同時(shí)，EASA在考慮使用由服役經(jīng)歷建立的可信度來證明符合性的可行性。EASA認(rèn)可最大起飛重量更小的飛機(jī)（包括采用可逆操縱器件的飛機(jī)）受過冷大水滴規(guī)章影響較大，服役經(jīng)歷證明許多已經(jīng)通過型號合格審定的大型飛機(jī)在過冷大水滴條件下能安全運(yùn)行，新型號的飛機(jī)如果與已經(jīng)安全運(yùn)行的大型飛機(jī)類似，可以通過補(bǔ)充分析來證明其符合性。

4 結(jié)束語

2014年11月，F(xiàn)AA正式發(fā)布了25-140號修正案“Airplane and Engine Certification Requirements in Supercooled Large Drop， Mixed Phase， and Ice Crystal Icing Conditions”。包含了飛機(jī)和發(fā)動機(jī)關(guān)于過冷大水滴、混合態(tài)和冰晶氣象條件下的要求，同時(shí)增加了附錄O以定義新的結(jié)冰氣象條件。