張健

摘 要：該文將根據(jù)運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)介紹有關(guān)增壓艙安全防護(hù)的適航條款，分別對(duì)增壓艙結(jié)構(gòu)防護(hù)、增壓艙系統(tǒng)安全和增壓艙釋壓的適航要求進(jìn)行分析；然后再對(duì)美國(guó)聯(lián)邦航空管理局頒布的有關(guān)非包容轉(zhuǎn)子和增壓艙咨詢通告進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī) 飛機(jī)增壓艙 安全防護(hù)

中圖分類號(hào)：V232 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）01（c）-0086-02

1 增壓艙結(jié)構(gòu)防護(hù)的適航要求分析

非包容轉(zhuǎn)子爆破飛出的部分碎片會(huì)擊中飛機(jī)增壓艙，良好的增壓艙結(jié)構(gòu)能后抵擋一些能量小的碎片。適航審定中對(duì)轉(zhuǎn)子非包容性的關(guān)注要素應(yīng)包括：飛機(jī)關(guān)鍵部件和系統(tǒng)的布局，處于轉(zhuǎn)子碎片影響區(qū)域內(nèi)的關(guān)鍵部件和系統(tǒng)的防護(hù)、隔離和備份，以及對(duì)轉(zhuǎn)子碎片影響安全分析。因此，對(duì)增壓艙結(jié)構(gòu)防護(hù)的適航條款進(jìn)行分析。

1.1 條款內(nèi)容

（1）CCAR25.365（e）：增壓艙內(nèi)部和外部的任何結(jié)構(gòu)、組件或零件，如因其破壞而可能妨礙繼續(xù)安全飛行和著陸時(shí)，則必須設(shè)計(jì)成能夠承受在任何使用高度由于以下每一情況使任何艙室出現(xiàn)孔洞而引起的壓力突降：發(fā)動(dòng)機(jī)碎裂后發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分穿透了增壓艙[1]。

（2）CCAR571（e）損傷容限（離散源）評(píng)定，在下列任一原因很可能造成結(jié)構(gòu)損傷的情況下，飛機(jī)必須能夠成功地完成該次飛行。①受到1.80 kg（4 磅）重的鳥的撞擊，飛機(jī)與鳥沿著飛機(jī)飛行航跡的相對(duì)速度取海平面VC 或2 450 m（8 000英尺）0.85VC，兩者中的較嚴(yán)重者；②風(fēng)扇葉片的非包容性撞擊；③發(fā)動(dòng)機(jī)的非包容性破壞；④高能旋轉(zhuǎn)機(jī)械的非包容性破壞[1]。

（3）CCAR25.903（d）（1）：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝有下列規(guī)定：必須采取設(shè)計(jì)預(yù)防措施，能在一旦發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子損壞或發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)起火燒穿發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣時(shí)，對(duì)飛機(jī)的危害減至最小[1]。

1.2 條款的技術(shù)解釋

（1）CCAR25.365（e）條款：該條款規(guī)定了在飛機(jī)增壓艙發(fā)生突然釋壓時(shí)，增壓艙的隔框、隔板或者地板等結(jié)構(gòu)必須能夠經(jīng)受住由于壓力突然下降而產(chǎn)生的載荷。民用飛機(jī)的增壓過(guò)程比較緩慢，并且地板、隔板之間是相同的，各個(gè)隔艙之間沒有壓差，增壓艙內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不受壓差載荷，只有外壁承受壓差載荷。如果增壓艙發(fā)生破損，則各個(gè)隔艙將會(huì)由于突然釋壓而產(chǎn)生壓力差，這種壓力差可能會(huì)破壞機(jī)身結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響飛行安全。

（2）CCAR571（e）條款：該條款通過(guò)（a）4lb鳥的撞擊，（b）風(fēng)扇葉片的非包容性破壞，（c）發(fā)動(dòng)機(jī)的非包容性破壞，（d）高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的非包容性破壞，對(duì)以上4種外來(lái)物的撞擊進(jìn)行評(píng)定，能夠使飛機(jī)受上述4種損傷的狀態(tài)下完成此次飛行。

（3）CCAR25.903（d）條款：該條款是要求飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須采用必要的預(yù)防措施，來(lái)防止因?yàn)榉前莸霓D(zhuǎn)子失效等引起的危害，并對(duì)所有的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)。其目的是要求采用必要的預(yù)防措施，以確保動(dòng)力裝置安裝的各部件功能安全正常。

2 增壓艙設(shè)備系統(tǒng)的適航要求分析

非包容轉(zhuǎn)子碎片飛出后有可能還會(huì)擊中一些安裝在增壓艙內(nèi)部的一些關(guān)鍵系統(tǒng)部件，如液壓系統(tǒng)、飛機(jī)操控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的安全也直接影響著飛機(jī)的安全飛行。因此，對(duì)增壓艙系統(tǒng)安全的適航條款進(jìn)行分析。

2.1 條款內(nèi)容

（1）CCAR25.1309（a）凡航空器適航標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其功能有要求的設(shè)備、系統(tǒng)及安裝，其設(shè)計(jì)必須保證在各種可預(yù)期的運(yùn)行條件下能完成預(yù)定功能[1]。

（2）CCAR25.1309（b）飛機(jī)系統(tǒng)與有關(guān)部件的設(shè)計(jì)，在單獨(dú)考慮以及與其他系統(tǒng)一同考慮的情況下，必須符合下列規(guī)定：

①發(fā)生任何妨礙飛機(jī)繼續(xù)安全飛行與著陸的失效狀態(tài)的概率為極不可能；

②發(fā)生任何降低飛機(jī)能力或機(jī)組處理不利運(yùn)行條件能力的其他失效狀態(tài)的概率為不可能[1]。

（3）CCAR25.1309 （d）必須通過(guò)分析，必要時(shí)通過(guò)適當(dāng)?shù)牡孛妗w行或模擬器試驗(yàn)，來(lái)表明符合本條（b）的規(guī)定。這種分析必須考慮下列情況：

①可能的失效模式，包括外界原因造成的故障和損壞；

②多重失效和失效未被檢測(cè)出的概率；

③在各個(gè)飛行階段和各種運(yùn)行條件下，對(duì)飛機(jī)和乘員造成的后果；

④對(duì)機(jī)組的警告信號(hào)，所需的糾正動(dòng)作，以及對(duì)故障的檢測(cè)能力。

2.2 條款的技術(shù)解釋

（1）25.1309（a）中的“各種可預(yù)期的運(yùn)行條件”是指飛機(jī)可預(yù)期的所有運(yùn)行條件，例如：高度條件、環(huán)境溫度條件、飛行包線以及各種氣象條件等。

（2）CCAR25.1309（b）是根據(jù)各種失效狀態(tài)概率以及嚴(yán)重性之間存在合理而可接受的反比關(guān)系提出的總的要求。FAA提出飛機(jī)系統(tǒng)及相關(guān)部件的設(shè)計(jì)，在考慮單獨(dú)設(shè)計(jì)及與其他系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)時(shí)，必須滿足以下規(guī)定：

①每種災(zāi)難性失效狀態(tài)不可且不能由單個(gè)失效導(dǎo)致；

②每種危險(xiǎn)性失效狀態(tài)是極其微小的；

③重大性的失效狀態(tài)是絕對(duì)不可能發(fā)生的。

（3）25.1309（d）規(guī)定在使用分析方法時(shí)，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)娘w行、模擬器或地面試驗(yàn)驗(yàn)證各種失效狀態(tài)概率以及嚴(yán)重性之間存在合理而可接受的反比關(guān)系。若是災(zāi)難性失效狀態(tài)無(wú)需試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。該條款是為了保障有序且充分地對(duì)可見失效或其他事件對(duì)安全性的影響而提出的。

3 增壓艙釋壓的適航要求分析

非包容轉(zhuǎn)子碎片擊破飛機(jī)蒙皮結(jié)構(gòu)后，增壓艙則會(huì)發(fā)生快速釋壓現(xiàn)象。飛機(jī)釋壓導(dǎo)致客艙內(nèi)空氣不足而威脅飛行人員的生理健康，因此，對(duì)有關(guān)增壓艙釋壓方面的適航條款進(jìn)行分析。

3.1 條款內(nèi)容

CCAR25.841（a） 載人增壓艙和隔艙必須有裝備為飛機(jī)在最大使用高度的正常運(yùn)行條件下保持不超過(guò)8 000英尺的座艙壓力高度。

如申請(qǐng)25 000英尺以上的運(yùn)行合格審定，飛機(jī)的設(shè)計(jì)必須使得在增壓系統(tǒng)發(fā)生任何可能的失效情況后，乘員不會(huì)暴露于超過(guò)15 000英尺的座艙壓力高度。

CCAR25.841（2）：飛機(jī)必須設(shè)計(jì)成在發(fā)生任何未經(jīng)表明是極不可能的失效情況而導(dǎo)致釋壓后不會(huì)使乘員經(jīng)受超出下列座艙壓力高度：

（1） 7 620 m（25 000 英尺），超過(guò)2min；或

（2） 12 192 m（40 000 英尺），任何時(shí)段。

CCAR25.841（a）（3）：在評(píng)估座艙釋壓情況時(shí)應(yīng)考慮機(jī)身結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)和系統(tǒng)的失效[1]。

3.2 條款的技術(shù)解釋

CCAR25.841（a）（2）：人可以承受的最大大氣壓力極限為海拔高度4 500 m，若在一定時(shí)間內(nèi)，人所承受的壓力超過(guò)該海拔高度，這會(huì)對(duì)人生理上造成傷害，甚至?xí)霈F(xiàn)生命危險(xiǎn)。因此，本條（a）款要求飛機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，增壓座艙壓力高度不應(yīng)高于7 620 m超過(guò)2 min，或者任何時(shí)段座艙壓力高度都不能超過(guò)12 192 m。（a）（2）中要求在所有能夠引起增壓客艙釋壓的故障中，對(duì)故障發(fā)生概率在1×10-9以上的情況進(jìn)行釋壓分析，故障包括發(fā)動(dòng)機(jī)非包容轉(zhuǎn)子爆破、輪胎爆裂等。在應(yīng)急下降分析時(shí)，不僅要考慮動(dòng)力損失，還要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)損壞造成的其他影響，如供氣量減少和發(fā)動(dòng)機(jī)液壓動(dòng)力的丟失。

4 有關(guān)非包容轉(zhuǎn)子和增壓艙的咨詢通告的分析

由于非包容轉(zhuǎn)子爆破的事故原因很多，所以對(duì)所有失效的可能的預(yù)防很難，同時(shí)也很難對(duì)所有的區(qū)域進(jìn)行防護(hù)。適航規(guī)章33部中33.75b中要求不能出現(xiàn)轉(zhuǎn)子爆破碎片擊穿機(jī)匣的事故，但由于當(dāng)前制造和材料本身等原因，以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境下工作，使得發(fā)動(dòng)機(jī)葉片斷裂和老化問(wèn)題不可避免。法規(guī)中規(guī)定，必須采取設(shè)計(jì)預(yù)防措施，使得非包容爆破事故對(duì)飛機(jī)的危害降至最低[2]。但飛機(jī)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜且部件較多，因此適航規(guī)章中要求對(duì)飛機(jī)的重要部件要進(jìn)行隔離、防護(hù)或者備份處理。

咨詢通告AC20-128A對(duì)于小碎片的要求：小碎片的尺寸大小為轉(zhuǎn)子葉片末端的一半[2]。根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)，只有少數(shù)的非包容小碎片能夠擊穿增壓艙蒙皮，大多數(shù)小碎片都不能穿透增壓艙。對(duì)要防護(hù)的部件和系統(tǒng)，首先要對(duì)小碎片能夠影響的區(qū)域進(jìn)行安全性分析，根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)。

AC20-128A中對(duì)增壓艙的要求：對(duì)于申請(qǐng)需要在41 000英尺以上高空飛行的飛機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)布置在增壓艙不會(huì)受到非包容性碎片影響的位置?；蛘吣軌虮砻鳎伤槠斐勺畲蠖纯诔叽缢斐傻目焖傩箟郝屎拖嚓P(guān)艙的壓力泄漏率能夠滿足緊急降落，其間不能讓機(jī)組人員和乘客失去工作能力，機(jī)組人員啟動(dòng)緊急降落系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間為17 s。

咨詢通告AC25-20中要求[3]：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子爆破、發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇失效爆裂、非包容發(fā)動(dòng)機(jī)葉片失效等離散源對(duì)壓力容器（增壓座艙）的損傷，應(yīng)通過(guò)分析證明對(duì)增壓的影響?；谑褂媒?jīng)驗(yàn)，應(yīng)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)在巡航高度推力完全喪失下，飛機(jī)的釋壓相關(guān)情況。

咨詢通告AC25-20在釋壓后應(yīng)急下降中指出[3]：飛機(jī)增壓客艙開始釋壓和飛機(jī)開始應(yīng)急下降之間有一段機(jī)組人員的反應(yīng)時(shí)間，該反應(yīng)時(shí)間主要分為機(jī)組人員意識(shí)到釋壓時(shí)間和氧氣面罩插管的時(shí)間。根據(jù)飛機(jī)機(jī)組人員在應(yīng)急狀態(tài)下的模擬時(shí)間的平均值為17 s，這17 s時(shí)間代表了75%的機(jī)組人員反應(yīng)時(shí)間；而飛機(jī)在安裝面罩的5 s內(nèi)開始應(yīng)急下降。也就是說(shuō)，飛機(jī)從釋壓起到飛機(jī)開始應(yīng)急下降的時(shí)間需要22 s。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析適航條款和相關(guān)咨詢通告，結(jié)果如下：

（1）對(duì)于申請(qǐng)需要在41 000英尺以上高空飛行的飛機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)布置在增壓艙不會(huì)受到非包容性碎片影響的位置。或者能夠表明，由碎片造成最大洞口尺寸所造成的快速釋壓率和相關(guān)艙的壓力釋壓率能夠滿足緊急降落，其間不能讓機(jī)組人員和乘客失去工作能力。

（2）CCAR25.841中要求飛機(jī)釋壓后，座艙壓力高度大于7 620 m時(shí)不能超過(guò)2 min。

（3）飛行駕駛?cè)藛T的反應(yīng)時(shí)間分為：17 s的機(jī)組人員意識(shí)到釋壓時(shí)間和5 s的氧氣面罩插管的時(shí)間，即飛機(jī)從釋壓開始到飛機(jī)正式應(yīng)急下降的時(shí)間需要22 s的反應(yīng)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

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