趙曉軍 史繼斌 許夢麗

運(yùn)輸類飛機(jī)試飛安全保障技術(shù)研究
——ARJ21-700飛機(jī)適航審定試飛空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)

趙曉軍 史繼斌 許夢麗

運(yùn)輸類飛機(jī)適航審定試飛期間的安全保證受到前所未有的重視，本文以ARJ21-700飛機(jī)為例介紹了運(yùn)輸類飛機(jī)的試飛安全技術(shù)措施，總結(jié)了試飛安全保障意義。

運(yùn)輸類飛機(jī)主要包括民航飛機(jī)、軍用運(yùn)輸機(jī)、預(yù)警機(jī)以及其他一些特種飛機(jī)（如偵察機(jī)、反潛機(jī)、心理戰(zhàn)飛機(jī)等）。近些年來，運(yùn)輸類飛機(jī)的安全保證受到前所未有的重視，軍用運(yùn)輸類飛機(jī)上的救生設(shè)備日益完善，這些飛機(jī)在試飛階段救生設(shè)備也比較完善；民航飛機(jī)在交付后的航線運(yùn)營中是不配備空中救生設(shè)備的，然而民機(jī)在試飛階段仍存在著相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是進(jìn)行邊界科目和風(fēng)險(xiǎn)科目的試飛，所以非常有必要為民機(jī)在試飛過程中提供救生設(shè)備以及其他應(yīng)急離機(jī)所需設(shè)施。本文以ARJ21-700飛機(jī)適航審定試飛中的安全保障措施為例解析運(yùn)輸類飛機(jī)的試飛安全保障技術(shù)。

ARJ21-700型渦扇支線飛機(jī)是我國自行設(shè)計(jì)的中、短程運(yùn)輸類飛機(jī)，該機(jī)要取得中國民用航空局（CAAC）和美國聯(lián)邦航空局（FAA）頒發(fā)的飛機(jī)型號合格證，就必須對包括風(fēng)險(xiǎn)科目和邊界科目在內(nèi)的所有科目進(jìn)行試飛，如顫振試飛、失速試飛和尾旋試飛等。這些風(fēng)險(xiǎn)科目的實(shí)施，飛機(jī)隨時(shí)會(huì)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，所以為保證試飛員和試飛工程師的安全，采取空中應(yīng)急離機(jī)安全措施是非常必要的。在適航合格審定試飛期間，為防止因飛機(jī)故障使機(jī)艙內(nèi)產(chǎn)生煙霧或座艙泄密等對上機(jī)工作人員的安全造成的影響，還需要給試飛員和試飛工程師配備便攜式應(yīng)急供氧裝備。

空中應(yīng)急離機(jī)基本要求

運(yùn)輸類飛機(jī)在進(jìn)行型號合格審定試飛時(shí)，要保證機(jī)上參試人員在空中應(yīng)急離機(jī)時(shí)順利跳傘離機(jī)，需要滿足以下要求：

在飛機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)需要空中應(yīng)急離機(jī)時(shí)，試飛員在啟動(dòng)空中應(yīng)急離機(jī)程序后，應(yīng)將飛行速度控制在360 km/h以下、飛行高度控制在200m以上，盡量保持飛機(jī)穩(wěn)定平飛30s以上，為機(jī)上乘員應(yīng)急離機(jī)贏得重要時(shí)間；

參試人員必須經(jīng)過專業(yè)的跳傘培訓(xùn)、升空作業(yè)培訓(xùn)、空中應(yīng)急離機(jī)地面演練等培訓(xùn)，并取得相關(guān)的培訓(xùn)結(jié)業(yè)證書，掌握空中應(yīng)急離機(jī)的動(dòng)作要領(lǐng)。

空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)

空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)基本要求

要滿足空中應(yīng)急離機(jī)的需要，空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

應(yīng)急釋壓系統(tǒng)工作有效，在緊急情況下能夠快速釋壓；

應(yīng)急離機(jī)艙門應(yīng)保證乘員離機(jī)跳傘后與飛機(jī)不干涉，避免乘員跳傘后受到傷害；

應(yīng)急離機(jī)通道應(yīng)暢通無阻，設(shè)置通道扶手和應(yīng)急照明系統(tǒng)，以協(xié)助機(jī)上乘員在緊急情況下順利到達(dá)應(yīng)急離機(jī)出口；

聲光告警指示系統(tǒng)應(yīng)確保機(jī)上每一位乘員在緊急情況下及時(shí)接收機(jī)長命令；

機(jī)上應(yīng)配置足夠數(shù)理的應(yīng)急離機(jī)救生裝備，能夠?yàn)槊恳晃粎⒃嚾藛T提供安全保障。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

應(yīng)急釋壓

一般運(yùn)輸類飛機(jī)都是增壓座艙，在高空飛行中有可能因意外進(jìn)行應(yīng)急釋壓（也稱應(yīng)急泄壓），比如飛機(jī)艙內(nèi)產(chǎn)生煙霧。應(yīng)急釋壓時(shí)間一般都在40s～100s左右，這個(gè)時(shí)間顯然影響了機(jī)上人員的逃生離機(jī)，有可能錯(cuò)失最佳離機(jī)時(shí)機(jī)。ARJ21-700飛機(jī)作為民用客機(jī)，為保證乘員的舒適性，采用的是高余壓座艙壓力制度。

的座艙最大設(shè)計(jì)壓力高度為3780m，通過座艙壓力控制系統(tǒng)應(yīng)急釋壓，最大釋壓時(shí)間為1min40s，這一時(shí)間不能滿足空中應(yīng)急離機(jī)的要求。為了減少應(yīng)急釋壓時(shí)間，在客艙后段采取爆破切割蒙皮的方法進(jìn)行快速釋壓，釋壓口面積為0.055m2。計(jì)算結(jié)果表明，爆破切割蒙皮的開口面積為0.055m2時(shí)，釋壓時(shí)間為12.2s（飛行高度為10000m時(shí)），能夠滿足應(yīng)急離機(jī)的要求，同時(shí)對試飛組成員的身體不會(huì)造成損傷。

應(yīng)急釋壓系統(tǒng)的操作控制與客艙服務(wù)門開啟系統(tǒng)同在駕駛艙頂部的同一頂板上，見圖1。

應(yīng)急離機(jī)艙門

空中應(yīng)急離機(jī)艙門一般是從飛機(jī)的登機(jī)艙門、側(cè)艙門、尾艙門等現(xiàn)有艙門中選取一個(gè)，選取的最重要原則是從該艙門離機(jī)跳傘后不會(huì)與飛機(jī)發(fā)生干涉。其他原則就是離乘員距離最近，以保證乘員在最短的時(shí)間內(nèi)快速離機(jī)跳傘。艙門的尺寸一般不小于1000mm×700 mm（高×寬）。如果確實(shí)沒有適合做應(yīng)急艙門的，應(yīng)該考慮專門安裝應(yīng)急離機(jī)出口（艙門）。

ARJ21-700型飛機(jī)是下單翼、尾吊式發(fā)動(dòng)機(jī)布局結(jié)構(gòu)，前機(jī)身有登機(jī)門和服務(wù)門，后機(jī)身有兩個(gè)應(yīng)急艙門（圖2）。

根據(jù)該飛機(jī)的現(xiàn)有艙門以及可能開口的情況，考慮登機(jī)門口安置的是地面（水上）應(yīng)急撤離設(shè)備，后機(jī)身兩個(gè)應(yīng)急艙門離發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口太近，因而決定采用服務(wù)門作為試飛員和試飛工程師應(yīng)急離機(jī)出口。服務(wù)門高1220.68mm，寬691.14mm，基本符合空中應(yīng)急離機(jī)要求。服務(wù)門為堵塞設(shè)計(jì)，開啟方向?yàn)橄蛲忾_啟，開啟前需先操作手柄收回堵塞裝置，在飛行過程中由于氣動(dòng)載荷的作用無法正常向外打開。為實(shí)現(xiàn)空中快速開啟服務(wù)門，經(jīng)過多次論證和試驗(yàn)，決定采用定向爆破的辦法快速開啟服務(wù)門，就是先將服務(wù)門的鉸鏈和卡扣鎖利用爆破切割的方法解除約束，再利用定向爆破的方式向內(nèi)打開。服務(wù)門開啟系統(tǒng)控制面板位于駕駛艙頂部板上，見圖1。

圖1　應(yīng)急泄壓、服務(wù)門開啟系統(tǒng)、應(yīng)急跳傘指示燈等系統(tǒng)控制面板位置

圖2　ARJ21-700飛機(jī)應(yīng)急艙門布局

應(yīng)急通道

根據(jù)選定的應(yīng)急離機(jī)艙門和駕乘人員的座位位置確定出應(yīng)急離機(jī)通道，通道沿途所有帶有棱角、尖銳的物品，能拆除的拆除，無法拆除的應(yīng)采用柔軟物包裹，避免乘員離機(jī)時(shí)受到意外傷害。機(jī)上人員需要應(yīng)急離機(jī)時(shí)，飛機(jī)可能處于不穩(wěn)定飛行狀態(tài)，為了幫助機(jī)上人員盡快從工作位置跑到應(yīng)急離機(jī)口離機(jī)，通道應(yīng)設(shè)置扶手，配置應(yīng)急照明，以幫助乘員在緊急情況下到達(dá)應(yīng)急離機(jī)口。ARJ飛機(jī)在駕駛艙通往應(yīng)急離機(jī)口的通道和客艙通往應(yīng)急離機(jī)口的通道均安裝了通道扶手，對通道沿途所有棱角、尖銳物品進(jìn)行了拆除、包裹處理。

聲光告警系統(tǒng)

為了在應(yīng)急情況下保證機(jī)上人員在第一時(shí)間得到機(jī)長指令，使應(yīng)急離機(jī)更加迅速，機(jī)上應(yīng)設(shè)置聲光告警系統(tǒng)。聲光告警系統(tǒng)一般有三種形式：燈光告警信號（也稱應(yīng)急跳傘指示燈）、聲音警報(bào)信號和語音提示信號。

燈光警報(bào)信號即燈光信號牌，在駕駛艙、工作艙/客艙比較顯著的位置均應(yīng)安裝，能夠保證機(jī)上人員都可以觀察到。燈光信號牌通常有三種顏色，其中黃色表示“準(zhǔn)備跳傘”；綠色表示“跳傘”；紅色表示“停止跳傘”。

聲音警報(bào)信號既電喇叭，安裝在工作艙/客艙比較顯著位置的附近。通常長音表示“準(zhǔn)備跳傘”；短音表示“跳傘”。

語音提示信號直接由機(jī)長通過機(jī)內(nèi)通話發(fā)出命令。

聲光告警系統(tǒng)一般安裝一至兩種就可以， ARJ21飛機(jī)安裝了應(yīng)急跳傘指示燈和語音提示信號兩種聲光告警。機(jī)上的應(yīng)急跳傘指示燈的三種顏色在應(yīng)急離機(jī)時(shí)必須是一種顏色的指示燈亮，其他顏色的指示燈處于熄滅狀態(tài)，防止誤導(dǎo)機(jī)上人員。為了提高警示作用，黃色的指示燈應(yīng)為閃爍燈。兩套燈光警報(bào)信號，分別安裝于服務(wù)門上方和客艙中段SD351框處。語音提示信號在應(yīng)急離機(jī)時(shí)，機(jī)長也可以通過語音廣播系統(tǒng)向客艙的成員發(fā)布命令。該系統(tǒng)可以在空中應(yīng)急釋壓、艙門打開后仍能讓客艙內(nèi)成員清楚地聽見機(jī)長命令。語音提示信號由一個(gè)旅客廣播話筒、駕駛員手持話筒、駕駛盤PTT按鈕、懸臂式話筒耳機(jī)組、氧氣面罩麥克風(fēng)、音頻控制板和客艙揚(yáng)聲器組成。 客艙廣播揚(yáng)聲器位于機(jī)柜1、機(jī)柜2、機(jī)柜3位置后的面板上。

救生裝備

救生傘

目前我國在運(yùn)輸類飛機(jī)上，為空勤人員配置的是JSS-19A救生傘，它是一種座式傘；為戰(zhàn)勤人員配置的是JSS-19B救生傘，它是一種背式傘；這兩種傘工作性能基本一樣，只是外包裝結(jié)構(gòu)有所區(qū)別。

JSS-19B救生傘的主要性能：

開傘高度：7000m

開傘速度：＜360km/h

垂直著陸速度：＜6m/s

重量：＜14kg

體積：530mm×395mm×330mm（長×寬×厚）

ARJ21-700飛機(jī)在執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)科目試飛時(shí)，需全程配戴救生傘。該飛機(jī)與運(yùn)8系統(tǒng)飛機(jī)的駕駛艙座椅不同：運(yùn)8飛機(jī)駕駛艙座椅本身帶椅盆，可將座式JSS-19A救生傘直接放入椅盆；而ARJ21飛機(jī)駕駛艙座椅不帶椅盆，無法裝配座式傘，而背式JSS-19B救生傘的厚度達(dá)330mm，飛行員如果試飛過程全程配戴該傘，將無法正常工作。為了保證試飛員的正常工作，我們選用了重量輕、體積小的美國的TR-281傘供試飛員使用。該傘的主要性能：

開傘高度：500m～7620m

開傘速度：368km/h

下降速度：4.2～5.4m/s

重量：≤ 7.7kg

體積：584mm×368mm×76mm（長×寬×厚）

保護(hù)頭盔

運(yùn)輸類飛機(jī)一般是不配備頭盔的，考慮試飛的特殊性，配置頭盔一是為了離機(jī)逃生時(shí)對頭部的保護(hù)，防止碰撞；二是為了防氣流吹襲和保護(hù)眼睛免受眩光的影響。ARJ21-700飛機(jī)在適航審定試飛期間為試飛員、試飛工程師配備的頭盔是TK-11B型保護(hù)盔，該型保護(hù)盔重量不會(huì)超過0.8kg。

面罩和氧氣瓶

試飛期間飛機(jī)有可能會(huì)發(fā)生泄密或產(chǎn)生煙霧，此時(shí)將需要應(yīng)急供氧，為機(jī)上工作人員提供供氧防護(hù)。ARJ21-700飛機(jī)配備的便攜式應(yīng)急供氧裝備是YTQ-21A供氧裝備，該供氧裝備由壓力表、充氧接嘴、減壓機(jī)構(gòu)、應(yīng)急供氧機(jī)構(gòu)、含氧百分比機(jī)構(gòu)等組成，它既可以供純氧也可以供混合氧。與YTQ-21A供氧裝備配套的是YM-6502供氧面罩。YM-6502供氧面罩是非加壓供氧面罩，YM-6502供氧面罩主要由面罩殼體、吸氣活門、呼氣活門、吸氣波紋管、調(diào)節(jié)帶等組成。

其他輔助設(shè)施

其他輔助設(shè)施有救生背心、抗浸防寒服、救生船等水上救生物品，救生繩索、應(yīng)急斧等。水上救生物品功能不再詳述，救生繩索用于飛機(jī)迫降地面、水面后幫助乘員跳離飛機(jī)。應(yīng)急斧一是用于應(yīng)急釋壓失效在機(jī)長命令下劈開直視窗口進(jìn)行應(yīng)急釋壓，二是用于飛機(jī)迫降后艙門由于變形而無法正常打開時(shí)強(qiáng)開打開艙門以便乘員逃離飛機(jī)。

ARJ21-700飛機(jī)沒有水上試飛科目，所以可以不考慮水上救生裝備。

圖3　跳傘著陸訓(xùn)練

培訓(xùn)

理論培訓(xùn)

通過運(yùn)輸類飛機(jī)試飛中安全逃生基本知識的培訓(xùn)，使參試人員基本掌握：

救生裝備（降落傘、頭盔、面罩和供氧裝備、其它輔助設(shè)施）的原理；

地面應(yīng)急撤離、水上應(yīng)急撤離、空中應(yīng)急離機(jī)和應(yīng)急供氧的基本知識；

跳傘離機(jī)動(dòng)作要領(lǐng)；

墜落姿勢及糾正方法；

降落傘的張開和操縱；

著陸動(dòng)作要領(lǐng)；

意外情況處理。

跳傘訓(xùn)練

上機(jī)參試人員除了基本知識培訓(xùn)之外，還需要進(jìn)行升空跳傘著陸訓(xùn)練，體驗(yàn)跳傘的空中感覺、掌握著陸的動(dòng)作要領(lǐng)。為了降低培訓(xùn)的風(fēng)險(xiǎn)，跳傘著陸訓(xùn)練采用地面牽引方式，利用絞盤機(jī)的牽引拉力，借助風(fēng)力將背好傘的參訓(xùn)人員拉升至百米左右的高度，脫掉牽引繩讓參訓(xùn)人員依靠降落傘著陸，體驗(yàn)真實(shí)跳傘著陸過載的感覺，掌握著陸基本技術(shù)。圖3是參訓(xùn)人員進(jìn)行跳傘著陸訓(xùn)練的情況。

離機(jī)程序與地面演練結(jié)果

離機(jī)順序

飛機(jī)試飛中出現(xiàn)意外緊急情況時(shí)，機(jī)上參試人員根據(jù)機(jī)長指示按以下對應(yīng)程序進(jìn)行準(zhǔn)備離機(jī)工作。離機(jī)順序?yàn)椋涸囷w工程師首先按順序離機(jī)，然后是試飛機(jī)組離機(jī)，一般機(jī)長最后離機(jī)。

離機(jī)程序

機(jī)長

當(dāng)試飛中出現(xiàn)應(yīng)急情況必須離機(jī)跳傘時(shí)：

機(jī)長首先下達(dá)“準(zhǔn)備跳傘”命令；

下達(dá)“應(yīng)急釋壓、打開服務(wù)門”命令；

發(fā)出“跳傘”命令；

當(dāng)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)恢復(fù)正常時(shí)，及時(shí)發(fā)出“停止跳傘”命令并打開紅色信號燈；

在其他人員離機(jī)后，飛機(jī)仍無法挽救時(shí)，離位跳傘。

副駕駛

副駕駛接到機(jī)長“準(zhǔn)備跳傘”命令后：

打開黃色“準(zhǔn)備跳傘”信號燈；

接到機(jī)長“應(yīng)急釋壓、打開服務(wù)門”命令后，按下啟動(dòng)程序按鈕；

聽到“跳傘”口令，打開綠色“跳傘”信號燈；

試飛工程師離機(jī)后，離開座位跳傘離機(jī)。

試飛工程師

試飛工程師在接到機(jī)長“準(zhǔn)備跳傘”命令或看到黃色信號燈閃亮后：

穿戴好救生傘和頭盔；

當(dāng)看見服務(wù)門打開，按順序到服務(wù)門附近；

聽到 “跳傘”命令或看見綠色 “跳傘”信號燈亮?xí)r，按離機(jī)動(dòng)作要領(lǐng)跳傘。

地面演練及結(jié)果

模擬真實(shí)的飛行情況，試飛員與試飛工程師們在飛機(jī)上進(jìn)行了空中應(yīng)急離機(jī)地面演練，參加演練的包括2名試飛員和5名試飛工程師。機(jī)上的試飛員與試飛工程師在各自崗位上工作，突然機(jī)長一聲命令“準(zhǔn)備跳傘”，機(jī)上所有成員按照各自的執(zhí)行程序開始進(jìn)入空中應(yīng)急離機(jī)流程，經(jīng)過19.3s的時(shí)間，機(jī)上所有成員完成離機(jī)。

結(jié)束語

演練結(jié)果滿足應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，因而ARJ21-700飛機(jī)型號合格審定試飛安全保障措施是可行的、有效的，能夠盡最大可能的保證上機(jī)人員在發(fā)生試飛意外時(shí)的生命安全。

ARJ21-700型飛機(jī)是我國第一次按照中國民用航空局（CAAC）和美國聯(lián)邦航空局（FAA）適航條例進(jìn)行合格審定試飛的民用飛機(jī)，試飛期間參試人員的安全問題受到各級主管部門的高度重視。根據(jù)CCAR-21-R2的要求，采取必要的措施，是保障上機(jī)參試人員生命安全的重要手段。該機(jī)的試飛安全保障措施，為今后的運(yùn)輸類飛機(jī)試飛提供了借鑒，將更好地保障運(yùn)輸類飛機(jī)試飛上機(jī)參試人員生命安全。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.016