蘭星海

【摘 要】飛機風擋作為機體結構的一部分，參與承受氣密載荷，并起到為駕駛員提供視野和保護駕駛員的作用。CCAR-25部中多個條款對風擋的可靠性和安全性進行了規(guī)定。本文歸納了當前民用飛機常見的風擋形式，并簡析飛機風擋鳥撞的適航要求及驗證思路。

【關鍵詞】風擋；鳥撞；驗證

中圖分類號： V271.2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）18-0029-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.012

【Abstract】As part of aircraft structure，windshield participates in the airtight load and serves to provide the pilot with a view and protect the pilot.Several provisions of the CCAR-25 regulate the reliability and safety of the windshield.This paper summarizes the common windshield forms of current civil aircraft，and analyzes the airworthiness requirements and certification ideas of aircraft windshield birdstrike.

【Key words】Windshield；Birdstrike；Certification

0 引言

鳥撞是指飛機等飛行器與空中飛行的鳥類相撞造成的飛行事故，鳥撞是目前民航運輸安全的重要威脅之一。在鳥撞擊飛機的事故中，由于風擋位于機頭正前方，迎風面積最大，它們與鳥相撞的機率相應也增加，據FAA 從1990 年到2006 年的統計資料表明，客機機頭結構遭受鳥撞的概率為整個飛機遭受鳥撞事故的44%。因此，機頭風擋的抗鳥撞作用對于民用飛機的設計尤為重要。

1 風擋結構形式

飛機風擋作為機體結構的一部分，參與承受艙內的氣密載荷，并起到提供駕駛員視野和保護駕駛員的作用。根據風擋與周圍窗框的連接和受力情況，其安裝形式主要分為三類：第一類是風擋不直接與周圍窗框結構連接的形式，稱之為“壓板式”；第二類是風擋通過螺栓與窗框結構連接，但不傳遞面內載荷，稱之為“非承載螺接式”。第三類是風擋與窗框結構直接連接，且傳遞面內載荷，稱之為“承載螺接式”。三類風擋的安裝形式如圖1所示。

相比于非承載式風擋（含壓板式風擋和非承載螺接式風擋），承載螺接式風擋具有下列優(yōu)點：

（1）承載螺接式風擋可傳遞面內載荷，在機體結構設計時可以不按照大開口的設計原則進行加強，有效減輕結構重量。同時也可降低窗框剛度和減小窗框結構的截面高度，增加駕駛艙內空間；

（2）承載螺接式風擋通過螺栓與周圍結構直接連接， 在出現風擋破損時，可以依靠周邊螺栓將風擋拉住，提高了結構設計的可靠性。

在支線飛機中，由于風擋開口相對于整個飛機機頭尺寸較大，承載螺接式風擋有較多的應用，如ERJ和CRJ的飛機?？湛拖盗械娘w機基本采用了壓板式的設計安裝方式，包括空中巨無霸A380和最新研制中的A350飛機。而波音系列的飛機從B707到B787均采用了非承載螺接式。

2 風擋鳥撞的適航要求和符合性驗證

鳥撞作為一種離散源和特定風險，必須在型號合格審定中進行符合性驗證，目的是保證飛機遭受鳥撞后能夠繼續(xù)安全飛行和著陸。當前的運輸類飛機適航標準CCAR-25、FAR-25和EASA CS-25對風擋鳥撞都有相應的規(guī)章要求—第25.775條（b）款和（c），其對風擋鳥撞的區(qū)域、鳥撞速度和鳥體重量等都做了明確的規(guī)定。

2.1 CCAR25部對風擋鳥撞的要求

第25.775 條風擋和窗戶

（b）位于正常執(zhí)行職責的駕駛員正前方的風擋玻璃及其支承結構，必須能經受住1.8 公斤（4 磅）的飛鳥撞擊而不被擊穿，此時飛機的速度（沿飛機航跡相對于飛鳥）等于按第25.335（a）條選定的海平面Vc 值。

（c）除非能用分析或試驗表明發(fā)生風擋破碎臨界情況的概率很低，否則飛機必須有措施將鳥撞引起的風擋玻璃飛散碎片傷害駕駛員的危險減至最小，必須表明駕駛艙內的下列每塊透明玻璃都能滿足上述要求：

（1）位于飛機正面的；

（2）對飛機縱軸傾斜15度或更大的；

（3）其某一部分的位置會導致碎片傷害駕駛員的。

2.2 符合性驗證思路

第25.775條旨在確保飛機在各種運行條件下，風擋能夠保持結構完整性，并將因鳥撞引起的風擋碎裂導致駕駛員遭受傷害的風險降至最小。對于本條，通常采用試驗室試驗的方法進行符合性驗證。在符合性驗證時，重點從鳥撞區(qū)域、鳥撞選點、鳥撞速度、試驗室環(huán)境條件和風擋的傳載形式等方面考慮。

（1）理論上飛機正前方能看到的部位都有可能被鳥撞，基于實際情況，當鳥撞發(fā)生在與飛機縱軸角度較小的區(qū)域時，鳥體將會滑出，對機體結構影響較小。因此，本條c款規(guī)定的鳥撞驗證區(qū)域為“對飛機縱軸傾斜15 度或更大的”。通常情況下，民用飛機的主風擋和側風擋均在該驗證區(qū)域范圍內。

（2）考慮到風擋玻璃的動力學性能參數極為復雜，當前的風擋鳥撞試驗選點通常未開展動力學分析，主要從風擋的結構形式、周邊結構支持剛度、系統安全性分析、風擋玻璃與航向角度、風擋加溫接線盒位置等方面進行定性分析判斷。

風擋中心區(qū)域為自由度最大的位置，該區(qū)域在遭受鳥撞時會大變形和彎曲，因此該位置通常為鳥撞考核點。風擋的角部位置與窗框相連，在遭受鳥撞時容易產生剛度突變，不利于鳥撞能量的擴散和傳導，因此對風擋支持剛度最強的角部位置應為鳥撞考核點。此外，在篩選角部鳥撞點時，還應結合撞擊角度、加溫接線盒在風擋上的穿孔因素等綜合考慮。

（3）FAA和CAAC要求風擋的鳥撞速度為海平面Vc值，EASA則要求取海平面Vc值及8000英尺0.85Vc兩者之間較嚴酷者。這是中美歐歸章的一處差異，因此，在符合性驗證時，應具體考慮所驗證的規(guī)章條款要求。

（4）在實際服役條件下，風擋外層玻璃會在高溫及低溫條件下工作，內層玻璃則為常溫條件。風擋通常為無機玻璃或有機玻璃材料，且內部布有夾膠層，在高低溫條件下性能有較明顯的差異。因此，鳥撞試驗時應充分模擬飛機實際運行的環(huán)境條件。

（5）對于非承載式風擋，在符合性驗證時通常不考慮風擋的增壓及氣動載荷因素，這是被各國局方所接受的方法。對于承載式風擋，由于其起到了傳遞機身載荷的作用，因此應分析未增壓對承載式風擋鳥撞驗證是否是保守的。

2.3 符合性判據

對于風擋所有可能遭受鳥撞的部位，應當表明鳥撞不會擊穿駕駛員正前方的風擋玻璃及其支承結構，駕駛艙內層玻璃不會產生碎裂，以避免鳥撞事件造成飛行機組的失能或受傷，保證飛機能繼續(xù)安全飛行和著陸。

【參考文獻】

[1]中國民用航空規(guī)章第25部運輸類飛機適航標準，2011.

[2]徐麗娜.駕駛艙透明件安裝形式分析[J].民用飛機設計與研究， 2015 No.1，68-71.

[3]ASTM F330 Standard Test Method for Bird Impact Testing of Aerospace Transparent Enclosures.