張瑞華

民用飛機液壓系統(tǒng)對CCAR25.981條款的適航符合性驗證研究

張瑞華

（上海飛機設(shè)計研究院，上海201203）

燃油箱點燃防護(hù)一直是民用飛機設(shè)計及適航驗證的重要問題。從適航驗證角度以液壓系統(tǒng)為驗證對象，對CCAR25.981條款（燃油箱點燃防護(hù)）逐條進(jìn)行驗證說明，來表明一般民用飛機對適航驗證條款CCAR25.981的符合性。

液壓系統(tǒng)；燃油箱點燃防護(hù)；CCAR25.981；適航驗證

燃油箱點燃防護(hù)一直以來是民機研制和適航驗證的重要方面，燃油箱作為飛機儲存燃料的裝置，必須保證燃油箱的結(jié)構(gòu)完整性和防火安全性，從而保證飛機的飛行安全。民航規(guī)章CCAR25.981條款[1]：燃油箱點燃防護(hù)條款也歷來受到航空工業(yè)界、FAA及EASA的普遍關(guān)注。作為支持飛機用戶作動的液壓系統(tǒng)，由于液壓管路遍布全機（包含燃油箱），在滿足自身三套系統(tǒng)的冗余設(shè)計之外也需要充分考慮燃油箱的點燃防護(hù)問題，并滿足燃油箱防護(hù)的適航要求。本文從液壓系統(tǒng)角度出發(fā)，論述了燃油箱點燃防護(hù)的設(shè)計要求，同時考慮了燃油箱點燃防護(hù)（981條款）的符合性驗證工作，以此來表明民機液壓系統(tǒng)設(shè)計能夠滿足安全性以及適航要求。

1 液壓系統(tǒng)設(shè)計

民用飛機液壓能源系統(tǒng)一般設(shè)計為三套獨立系統(tǒng)，來供給飛機用戶液壓能源。液壓系統(tǒng)為飛行操縱（襟縫翼，擾流板等），起落架收放及艙門，前輪轉(zhuǎn)彎，剎車，RAT收回等飛機用戶提供液壓能源[2]。三套液壓系統(tǒng)設(shè)備一般安裝在左、右翼身整流罩以及后設(shè)備艙等位置。液壓系統(tǒng)管路根據(jù)飛機用戶的位置布置合適的走向。

一般來說，民用飛機的燃油箱設(shè)計一般采用三油箱結(jié)構(gòu)（左機翼油箱、右機翼油箱和中央翼油箱）[3]，見圖1.同時，機翼上的液壓用戶有飛控系統(tǒng)的擾流板作動器、副翼作動器和襟縫翼翼尖剎車，支持以上液壓用戶作動的液壓管路一般布置在油箱內(nèi)部、機翼后緣等位置[4]，如圖2所示。

圖1 燃油箱結(jié)構(gòu)

圖2 液壓管路的燃油箱布置

2 液壓系統(tǒng)的燃油箱點燃防護(hù)要求

2.1 概述

燃油箱點燃防護(hù)方法包括：點火源防護(hù)，減少燃油蒸汽，加裝惰化系統(tǒng)[3]。對液壓系統(tǒng)而言，燃油箱內(nèi)僅包含液壓管路，因此液壓系統(tǒng)管路設(shè)計需滿足燃油箱點燃防護(hù)要求。首先應(yīng)保證液壓系統(tǒng)管路不會過熱，成為點火源，影響燃油系統(tǒng)安全；同時應(yīng)保證液壓系統(tǒng)管路不發(fā)生泄漏，防止液壓油污染燃油箱內(nèi)燃油，最終影響發(fā)動機工作。

2.2 液壓系統(tǒng)燃油箱點燃防護(hù)要求

液壓系統(tǒng)除了在設(shè)計上考慮燃油箱點燃防護(hù)外，還應(yīng)滿足適航條款的相關(guān)內(nèi)容：液壓系統(tǒng)適用的適航條款及符合性方法見表1.

表1 飛機液壓系統(tǒng)981條款常用驗證方法表

2.3 液壓系統(tǒng)的符合性驗證思路

CCAR25.981條款的目的是防止在飛機正常工作和失效情況下可能存在的熱表面或其它潛在點火源出現(xiàn)，同時結(jié)合對燃油箱內(nèi)可燃環(huán)境的控制，降低燃油箱的可燃暴露程度，從根本上防止災(zāi)難性的燃油箱爆炸事故發(fā)生。對于液壓系統(tǒng)，需驗證滿足981（a）（2），（a）（3），（d）的適航要求。

（1）981（a）（2）

首先，描述液壓系統(tǒng)設(shè)計，證明液壓系統(tǒng)滿足燃油箱點燃防護(hù)要求：依據(jù)981（a）（1）確定的燃油箱內(nèi)溫度上限400℉，液壓系統(tǒng)設(shè)有溫度傳感器，當(dāng)溫度過高會發(fā)出報警，同時，液壓系統(tǒng)的溫度開關(guān)，當(dāng)溫度過高時會自動切斷液壓泵的吸油；燃油箱內(nèi)液壓管路1#系統(tǒng)還設(shè)置了防火切斷閥，當(dāng)溫度過高可以切斷EDP的吸油。當(dāng)上述措施無效時，溫度繼續(xù)升高超過291°F時，1#系統(tǒng)的熱熔斷閥會融化，將過熱液壓油直接排出機外，而此時距液壓油燃點（350°F）相差59°F.

然后通過計算分析，考慮液壓系統(tǒng)所有可能的工作、失效和故障條件下不會導(dǎo)致燃油箱系統(tǒng)溫度超過400℉.通過液壓系統(tǒng)安全性分析，得出全部階段失控的液壓系統(tǒng)極度過熱和未通告的液壓系統(tǒng)極度過熱概率都小于10-9（極不可能），而極度過熱溫度為130℃（266℉），所以超過400℉是極不可能的。

最后，通過液壓系統(tǒng)設(shè)備鑒定試驗，證明在工作、故障狀態(tài)下的液壓設(shè)備元件的最高溫度不超過400℉，不會在失效時導(dǎo)致燃油箱可燃性增加。

（2）981（a）（3）

一般來說，燃油箱點火源主要從泵、電子部件、靜電或閃電三方面進(jìn)行分析。首先，對于液壓系統(tǒng)在燃油箱附近以及內(nèi)部的零部件及管路布置進(jìn)行描述，說明系統(tǒng)設(shè)計所采取的防止在燃油箱系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生點燃源的設(shè)計特征；再通過安全性分析證明單點失效、單點失效與沒有表明為概率極小的潛在失效的組合或者所有沒有表明為極不可能的失效組合均不會導(dǎo)致燃油箱系統(tǒng)產(chǎn)生點火源。同時對防止因閃電導(dǎo)致的點火源的設(shè)計特征有效性進(jìn)行評估驗證；然后，在試驗室驗證閃電對燃油箱內(nèi)部的液壓管路元件不會產(chǎn)生電火花，對液壓管路搭接有效性進(jìn)行驗證；最后對于燃油箱點燃的液壓系統(tǒng)防護(hù)特征進(jìn)行實物檢查。

其中，安全性分析應(yīng)分三步：一是對于任何單一失效，不管其發(fā)生的概率多小，都必須表明不會導(dǎo)致形成一個點火源；二是對于任何單一失效，不管其發(fā)生的概率多小，及其與任何未表明其發(fā)生概率至少為極小可能（extremely remote）（即未表明其發(fā)生概率為極小可能或極不可能）的潛在失效狀況的組合，都必須表明不會導(dǎo)致形成一個點火源；三是對于任何未表明其發(fā)生概率為極不可能（extremely improbable）的失效的組合，都必須表明不會導(dǎo)致形成一個點火源。

（3）981（d）

首先液壓系統(tǒng)應(yīng)制定相關(guān)適航性限制項目（CDCCL、檢查或其他程序）；編制持續(xù)適航報告說明初始適航所符合的點火源防護(hù)特性會在持續(xù)適航階段得以保持，同時需要說明為保持點火源防護(hù)特性而建議進(jìn)行的功能性檢查，目擊檢查等；然后，需要分析哪些點火源防護(hù)設(shè)計特征會隨檢查、時間等因素退化、損失，哪些會形成點火源，而不能持續(xù)維持并納入CDCCL；最后，對CDCCL、檢查或其他程序進(jìn)行機上檢查驗證可維修性、可達(dá)性，確保持續(xù)適航要求。

3 結(jié)論

燃油箱防護(hù)一直是民機適航的關(guān)注重點，除了燃油箱防護(hù)外，附近區(qū)域的點燃防護(hù)和溫度要求也十分重要。對于液壓系統(tǒng)管路需要滿足飛機作動，常常分布于燃油箱附件或穿過燃油箱，在這種情況下981條款同樣適用液壓系統(tǒng)。為了滿足最低適航要求，液壓系統(tǒng)須按照上述驗證過程表明符合性，并納入CDCCL，保證燃油箱點燃防護(hù)的持續(xù)適航要求，以此保證民機飛行安全。

[1]運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn).中國民用航空規(guī)章第25部CCAR-25，R3[M].北京：中國民航總局，2001.

[2]飛機設(shè)計手冊第12冊-飛行控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：航空工業(yè)出版社，2003.

[3]張斌.民用飛機燃油箱點燃防護(hù)設(shè)計研究銀未宏[J].民用飛機設(shè)計與研究，2015（2）：47-50.

[4]趙海濤.大型客機機翼系統(tǒng)布置設(shè)計研究[J].科技信息，2011（24）：762-764.

Airworthiness Compliance Test of CCAR25.981 Clause in Civil Aircraft Hydraulic System

ZHANG Rui-hua
（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

Fuel tank ignition prevention is important in civil-aircraft design and airworthiness verification.The paper verified the hydraulic system to conform the item CCAR25.981（Fuel tank ignition prevention）in order to testify the aircraft’s airworthiness conformity.

hydraulic system；fuel tank ignition prevention；CCAR25.981；airworthiness conformity

V245.1

A

1672-545X（2017）07-0168-02

2017-04-21

張瑞華（1985-），女，上海人，碩士，工程師，主要研究方向：液壓系統(tǒng)設(shè)計以及適航驗證。