曹靜珂

【摘 要】本文對(duì)民用飛機(jī)適航條款§25.1438的要求進(jìn)行了研究和解析，系統(tǒng)地梳理和歸納出與本條款相關(guān)的系統(tǒng)驗(yàn)證考慮，提出了建議性的符合性驗(yàn)證思路。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；增壓系統(tǒng)；氣動(dòng)系統(tǒng)；適航性要求

0 引言

在民用飛機(jī)設(shè)計(jì)中，安全性始終是其最重要的特征，CCAR-25《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》[1]是運(yùn)輸類飛機(jī)研制必須滿足的最低安全標(biāo)準(zhǔn)由于系統(tǒng)的失效可能危及飛機(jī)及其乘員的安全，所以系統(tǒng)中的元件必須進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)（破壞壓力試驗(yàn)）和驗(yàn)證壓力試驗(yàn)。在評(píng)定增壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)考慮到系統(tǒng)中可能會(huì)出現(xiàn)過大壓力載荷的可能性，同時(shí)也考慮到可能存在的振動(dòng)載荷和溫度效應(yīng)引起的載荷作用在系統(tǒng)元件上。

1 適航條款的要求

1.1 適航條款原文

§25.1438 增壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)

（a）增壓系統(tǒng)元件必須分別進(jìn)行壓力值為最大正常工作壓力2倍的破壞壓力試驗(yàn)和1.5倍的驗(yàn)證壓力試驗(yàn)。

（b）氣動(dòng)系統(tǒng)元件必須分別進(jìn)行壓力值為最大正常工作壓力3倍的破壞壓力試驗(yàn)和1.5倍的驗(yàn)證壓力試驗(yàn)。

（c）可以用分析或分析和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，來代替本條（a）或（b）要求的各項(xiàng)試驗(yàn)，條件是適航當(dāng)局認(rèn)為該方法與所要求的試驗(yàn)等效。

1.2 條款一致性分析

對(duì)于FAR 25.1438條款，通過修正案Amdt.25-41（ 42 FR 36971， Jul.18，1977）引入規(guī)章，其后要求一直未變。最新FAR 25.1438條款原文如下：

§25.1438 Pressurization and pneumatic systems[2]

（a）Pressurization system elements must be burst pressure tested to 2.0 times， and proof pressure tested to 1.5 times，the maximum normal operating pressure.

（b）Pneumatic system elements must be burst pressure tested to 3.0 times，and proof pressure tested to 1.5 times，the maximum normal operating pressure.

（c）An analysis，or a combination of analysis and test，may be substituted for any test required by paragraph （a） or （b） of this section if the Administrator finds it equivalent to the required test.

CS 25.1438 Pressurisation and low pressure pneumatic systems[3]

Pneumatic systems （ducting and components）served by bleed air， such as engine bleed air，airconditioning， pressurisation，engine starting and hot-air ice-protection systems，which are essential for the safe operation of the aeroplane or whose failure may adversely affect any essential or critical part of the aeroplane or the safety of the occupants， must be so designed and installed as to comply the CS 25.1309 In particular account must be taken of bursting or excessive leakage. （See AMC 25.1438 paragraph 1 for strength and AMC 25.1438 paragraph 2 for testing.）

經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，關(guān)于本條款EASA和FAA有區(qū)別。EASA的驗(yàn)證試驗(yàn)和破壞試驗(yàn)的壓力值與溫度相關(guān)，試驗(yàn)要求和設(shè)備的安全性要求相關(guān)，聯(lián)系了CS25.1309條相關(guān)要求。而FAA則沒有明確溫度的影響是否考慮。另外EASA還針對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的高壓容器（如儲(chǔ)氣罐、氮?dú)夤蓿┯袑ｉT的條款CS25.1436，而FAA沒有相應(yīng)的規(guī)章要求。

1.3 符合性驗(yàn)證方法

目前國(guó)際通用的符合性方法（MoC，簡(jiǎn)稱MC）有10種，按照AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型號(hào)合格審定程序》[3]附錄H的內(nèi)容，這10種符合性方法具體如表 1所示。

通常，針對(duì)25.1438條款的符合性驗(yàn)證方法見表2。

1.3.1 25.1438（a）、（c） 款符合性驗(yàn)證說明（ATA210）

針對(duì)25.1438（a）、（c）款，空調(diào)系統(tǒng)采用的符合性驗(yàn)證方法包括MOC2、MOC9，各項(xiàng)驗(yàn)證具體工作如下：

a）MOC2驗(yàn)證過程：

空調(diào)系統(tǒng)增壓系統(tǒng)元件主要包括流量控制活門、溫度控制活門、沖壓空氣活門、配平空氣活門、電子設(shè)備排氣活門、排氣活門、地面活門和安全活門等，應(yīng)通過計(jì)算表明所有的計(jì)算安全因子均大于1，即設(shè)計(jì)出的各個(gè)活門可以承受相應(yīng)的破壞壓力和驗(yàn)證壓力。

b）MOC9驗(yàn)證過程：

空調(diào)系統(tǒng)的增壓元件，包括流量控制活門組件、進(jìn)口流量傳感器組件、進(jìn)口壓力傳感器組件、進(jìn)口溫度傳感器、壓氣機(jī)出口溫度傳感器、項(xiàng)流量文氏管、引氣過濾器、臭氧轉(zhuǎn)化器、制冷組件和雙級(jí)換熱器應(yīng)完成最大正常工作壓力2倍的破壞壓力和1.5倍的驗(yàn)證壓力試驗(yàn)，證明滿足相應(yīng)的壓力要求。

1.3.2 25.1438（b）、（c）款符合性驗(yàn)證說明

針對(duì)25.1438（a）、（c）款，氣源系統(tǒng)采用的符合性驗(yàn)證方法包括MOC2、MOC9，各項(xiàng)驗(yàn)證具體工作如下：

a）MOC2驗(yàn)證過程：

氣源系統(tǒng)主要分為發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)、APU引氣系統(tǒng)和引氣管路系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)由2個(gè)高壓活門（HPV）、2個(gè)中壓?jiǎn)蜗蚧铋T（IPCV）、2個(gè)壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門（PRSOV）、2個(gè)預(yù)冷器（PCE）、2個(gè)風(fēng)扇空氣活門（FAV）、2個(gè)引氣溫度傳感器（BTS）和相關(guān)管路組成。APU 引氣系統(tǒng)由1個(gè)APU加載活門（APULCV，屬于ATA49）、1個(gè)APU單向活門（APUCKV）和相關(guān)管路組成。引氣管路系統(tǒng)由氣源分配管路、1個(gè)交輸引氣活門（CBV）和1個(gè)高壓地面接頭（HPGC）組成。

應(yīng)通過計(jì)算分析表明，HPV、PRSOV、FAV 和CBV等活門在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了了驗(yàn)證壓力和破壞壓力的影響，符合25.1438 條款的要求。

高壓管路強(qiáng)度計(jì)算的思路是確定系統(tǒng)固定點(diǎn)和自由度要求，設(shè)定各計(jì)算區(qū)域的最大工作壓力和溫度，按25.561（b）條款設(shè)定整個(gè)管路系統(tǒng)的限制加速度載荷和極限加速度載荷，并考慮驗(yàn)證壓力和破壞壓力下的載荷，疊加計(jì)算得出限制載荷和極限載荷作為計(jì)算載荷輸入，并最終確定計(jì)算矩陣。高壓管路系統(tǒng)在計(jì)算時(shí)，應(yīng)綜合考慮各計(jì)算區(qū)域的最大工作壓力和溫度、加速度載荷以及驗(yàn)證壓力和破壞壓力的影響。計(jì)算結(jié)果應(yīng)表明，高壓導(dǎo)管在限制載荷和極限載荷狀態(tài)下，管路的安全裕度均為正值，符合25.1438條款的要求。

b）MOC9驗(yàn)證過程：

氣源系統(tǒng)的元件應(yīng)完成最大正常工作壓力3倍的破壞壓力和1.5倍的驗(yàn)證壓力試驗(yàn)，證明滿足相應(yīng)的壓力要求。

1.4 判定準(zhǔn)則

針對(duì)25.1438（a）款，增壓系統(tǒng)元件試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)證明在驗(yàn)證壓力下不會(huì)產(chǎn)生妨礙正常功能的永久變形，元件功能正常；在破壞壓力下壓力氣體還能儲(chǔ)存于元件和系統(tǒng)中。

針對(duì)25.1438（b）款，氣動(dòng)系統(tǒng)元件試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)證明在驗(yàn)證壓力下不會(huì)產(chǎn)生妨礙正常功能的永久變形，元件功能正常；在破壞壓力下壓力氣體還能儲(chǔ)存于元件和系統(tǒng)中。

針對(duì)25.1438（c）款，增壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)元件的計(jì)算應(yīng)證明其安全裕度足夠。

2 結(jié)束語

本文主要針對(duì)§25.1438“增壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)”的適航性要求，梳理并分析該條款產(chǎn)生的背景和具體內(nèi)容，明確了“增壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)”適航性要求的來源，研究并給出了25.1438條適航性技術(shù)要素詳細(xì)的符合性驗(yàn)證方法可以為工業(yè)方針對(duì)“增壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)”適航性要求開展適航性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證提供了很好的參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中國(guó)民用航空局.中國(guó)民用航空規(guī)章第25部：運(yùn)輸類飛機(jī)適航規(guī)章[S]. 2011.

[2]FAR-25 Airworthiness Standards： Transport Category Airplanes[S].FAA，2012.

[3]EASA Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes [S]. EASA，2011.

[責(zé)任編輯：田吉捷]