王亞鋒，苗 娟，張積亭

（中航工業(yè)飛機(jī)強(qiáng)度所，西安710065）

0 引言

民用航空器座椅，除了是航空器內(nèi)部裝飾，也是影響乘客安全最主要的結(jié)構(gòu)件之一。民機(jī)可生存墜撞事故中，航空座椅系統(tǒng)在極端情況下的安全問(wèn)題成為飛機(jī)座椅研制以及適航認(rèn)證過(guò)程中關(guān)鍵點(diǎn)之一，國(guó)內(nèi)外的飛機(jī)適航章程都對(duì)航空座椅提出了近乎嚴(yán)苛的抗墜撞沖擊要求。中國(guó)民航運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)（CCAR 25 部）第562 條的對(duì)航空座椅系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)驗(yàn)證提出了具體的要求。 CCAR 25[1]部飛機(jī)座椅的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)要求座椅要滿足至少14 g 和16 g加速度動(dòng)載。

我國(guó)航空座椅研究起步較晚，技術(shù)相對(duì)先進(jìn)國(guó)家較落后，但近年來(lái)國(guó)家加大了人力和經(jīng)費(fèi)投入，在座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)技術(shù)研究方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步[2，3]。本文結(jié)合強(qiáng)度所開(kāi)展的系列座椅的動(dòng)態(tài)適航驗(yàn)證試驗(yàn)和參與的民航局相關(guān)適航條款研究，對(duì)民機(jī)座椅的動(dòng)態(tài)適航試驗(yàn)條例進(jìn)行了解析，給出了試驗(yàn)要求及判據(jù)。

1 FAA 對(duì)民機(jī)座椅法規(guī)要求的發(fā)展

在國(guó)際上對(duì)于座椅的法規(guī)研究仍然是美國(guó)走在世界前列，大部分國(guó)家都采用Federal Aviation Administration（簡(jiǎn)稱FAA）的標(biāo)準(zhǔn)。早期，F(xiàn)AA 對(duì)民機(jī)座椅結(jié)構(gòu)的要求是滿足極限靜態(tài)載荷即可，被稱作9G座椅。隨著民航發(fā)展，以及一系列事故的發(fā)生，F(xiàn)AA 提出了應(yīng)急著陸的動(dòng)態(tài)要求，要求不僅滿足FAR25.561條款靜態(tài)試驗(yàn)要求，還要符合FAR25.562 應(yīng)急著陸動(dòng)力要求的座椅，一般被稱作16G 座椅[4]。

對(duì)應(yīng)的航空座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分別如下：

（1）初期：FAA TSO-C127、SAE AS 8049、AC25.56 2-1

（2）現(xiàn)在：FAA TSO-C127A、SAE AS 8049A、AC25.5 62-1A

（3）最新：FAA TSO-C127A、SAE AS 8049B、AC 25.562-1B

2 座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

座椅是機(jī)械設(shè)備，屬技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（TSO）項(xiàng)目。因此其動(dòng)態(tài)適航試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)涉及兩個(gè)方面：技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)章條款。即TSOC127A[5]（旋翼航空器和運(yùn)輸類飛機(jī)座椅系統(tǒng)）及引用的SAE AS 8049 B“民用旋翼機(jī)和運(yùn)輸機(jī)的座椅性能標(biāo)準(zhǔn)”和FAR25.562 應(yīng)急著陸動(dòng)力情況要求。

關(guān)于座椅系統(tǒng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方面的其它資料都包括在AC20-137《旋翼航空器（正常類和運(yùn)輸類）座椅約束系統(tǒng)與乘員約束的動(dòng)態(tài)評(píng)估》、AC23.562-1《23 部飛機(jī)座椅/約束系統(tǒng)和乘員保護(hù)的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)》及AC25.562-1B《運(yùn)輸類飛機(jī)座椅約束系統(tǒng)和乘員保護(hù)的動(dòng)態(tài)評(píng)估》里。如果要取得TSOA 是不需要符合以上AC 文件的要求，但是，申請(qǐng)座椅的裝機(jī)批準(zhǔn)時(shí)，任何座椅系統(tǒng)都要滿足這些AC 的標(biāo)準(zhǔn)才有資格裝機(jī)[6]。

SAE AS 8049 B[7]宇航標(biāo)準(zhǔn)（AS）規(guī)定了在民用旋翼機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和通用航空飛機(jī)中乘客和機(jī)組成員座椅的最低性能標(biāo)準(zhǔn)、鑒定要求及記錄文件的最低要求。其目的是使座椅在正常工作載荷條件下到達(dá)舒適耐用和保護(hù)乘員的作用。其對(duì)座椅/乘員/約束系統(tǒng)在聯(lián)邦航空條例（14CFR）第23、25、27 或29 部中公布的靜態(tài)極限載荷和動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)條件下保護(hù)乘員的驗(yàn)證試驗(yàn)和評(píng)估判據(jù)進(jìn)行了規(guī)定。

AC25.562-1B[8]咨詢通告（AC）對(duì)運(yùn)輸類飛機(jī)座椅的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)提供了可接受的資料和指導(dǎo)。提供了試驗(yàn)程序背景和討論，還論述了進(jìn)行這些試驗(yàn)所必須的試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)設(shè)施。本咨詢通報(bào)所描述的試驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)程序，通常是符合性驗(yàn)證的最低試驗(yàn)要求。標(biāo)準(zhǔn)化程序可以在不同試驗(yàn)設(shè)施上得到相同的試驗(yàn)結(jié)果。這些試驗(yàn)設(shè)施可以是不同的類型，

3 民機(jī)座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)要求

3.1 航空座椅的基本結(jié)構(gòu)

航空座椅主要由骨架組件、椅背組件、扶手組件、餐桌組件、座墊組件、靠墊組件、安全帶等組成等組成。結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。

圖1 航空座椅結(jié)構(gòu)形式

3.2 座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)要求

航空座椅系統(tǒng)最少應(yīng)進(jìn)行兩次動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)，稱為試驗(yàn)1 和試驗(yàn)2。試驗(yàn)設(shè)施應(yīng)提供一種方法，使試驗(yàn)安裝架在試驗(yàn)過(guò)程中，沿著平行于慣性載荷箭頭所示的方向移動(dòng)。 如圖2 和表1 所示，試驗(yàn)1 中航空座椅系統(tǒng)受到向下和向前的組合沖擊加載，主要用于評(píng)估座椅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的充分性，仿真試驗(yàn)假人（ATD）骨盆腰椎載荷和結(jié)構(gòu)的永久變形，并獲取ATD 頭部的位移、速度和加速度時(shí)間曲線。試驗(yàn)2 中航空座椅系統(tǒng)受到飛機(jī)縱軸和橫向沖擊分量的組合沖擊加載，主要用于評(píng)估座椅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否充分，座椅結(jié)構(gòu)的永久變形，并得出ATD 頭部的位移、速度和加速度時(shí)間曲線，以及加在座椅導(dǎo)軌或連接頭上的椅腿載荷。座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)加載波形見(jiàn)圖2，座椅動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)要求及判據(jù)見(jiàn)表1。

圖2 航空座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)加載波形

表1 座椅動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)要求及判據(jù)

4 民機(jī)座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

飛機(jī)座椅、約束系統(tǒng)及相關(guān)的內(nèi)部系統(tǒng)，最少應(yīng)進(jìn)行兩次動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)。應(yīng)將座椅與約束裝置作為一個(gè)系統(tǒng)考慮來(lái)提供墜機(jī)時(shí)的乘員保護(hù)。試驗(yàn)1（14 g 垂直沖擊試驗(yàn)）和試驗(yàn)2（16 g 縱向沖擊試驗(yàn)）要在下述驗(yàn)證條件下開(kāi)展。

4.1 14 g 垂直沖擊試驗(yàn)

（1）對(duì)每個(gè)座椅施加14 g 垂向靜態(tài)界面載荷（或其他標(biāo)準(zhǔn)載荷），比較每個(gè)座椅腿后安裝點(diǎn)的總載荷，不考慮座椅腿的數(shù)量，找出載荷最大的座椅。

（2）在選擇的座椅上實(shí)施14 g 垂向動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。

（3）座椅滿座，使得座椅結(jié)構(gòu)受的壓縮載荷最大。

（4）無(wú)論座椅是否有乘員，每個(gè)座椅都應(yīng)在相應(yīng)位置安裝代表救生衣、文件袋等質(zhì)量項(xiàng)目。

（5）質(zhì)量項(xiàng)目的約束力，包括應(yīng)急設(shè)備，只需要在一次14g 垂向沖擊試驗(yàn)中加以考核，如果系保持力滿足要求。但在后續(xù)的試驗(yàn)中這些質(zhì)量項(xiàng)目應(yīng)固定良好。

（6）為ATD 的足部準(zhǔn)備一段模擬的客艙地板。

4.2 16 g 縱向沖擊試驗(yàn)

（1）對(duì)每個(gè)座椅施加9g 前向靜態(tài)界面載荷（或其他標(biāo)準(zhǔn)載荷），一般認(rèn)為航向0°時(shí)計(jì)算得到的界面載荷已足夠；

（2）將座椅分為兩組，兩條腿的座椅和多于兩條腿的座椅；

（3）對(duì)于每組座椅比較組內(nèi)座椅腿后連接件的合力，選擇載荷最大的座椅作為試驗(yàn)對(duì)象；

（4）對(duì)分組后的座椅，按橫向座椅腿間距分子類。

（5）在新的子類里，選擇具有最小橫向腿間距且后向連接件載荷最大的座椅。

（6）對(duì)每組中選出的座椅進(jìn)行縱向16g 動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)。

（7）選擇試驗(yàn)安裝的偏航、俯仰及滾轉(zhuǎn)角。

（8）不管座椅上是否有乘員，每個(gè)座椅都應(yīng)模擬行李、救生衣、文件袋的質(zhì)量。

（9）質(zhì)量項(xiàng)目的約束力，包括應(yīng)急設(shè)備，只需要在一次16 g 縱向沖擊試驗(yàn)中考核，如果證明質(zhì)量項(xiàng)目的保持力是滿足要求的。但在后續(xù)的試驗(yàn)中應(yīng)固定良好。

5 適航審定要素和評(píng)審要求

基于對(duì)運(yùn)輸類飛機(jī)適航條款的研究，和對(duì)相關(guān)咨詢通告的深入分析，并從驗(yàn)證工作中積累的試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)提煉出航空座椅動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)審定要素和評(píng)審要求。具體如下。

5.1 適航審定要素

（1）試驗(yàn)大綱（包括圖紙）的適航審批。

（2）試驗(yàn)用計(jì)量器具的校準(zhǔn)/檢定。

（3）試驗(yàn)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)及檢測(cè)。

（4）工裝夾具的設(shè)計(jì)加工。

（5）電子設(shè)備、攝像設(shè)備檢查。

電子設(shè)備必須滿足SAE J211“沖擊試驗(yàn)設(shè)備”的要求，在該要求下，一套數(shù)據(jù)采集設(shè)備用來(lái)記錄所有傳感器采集的數(shù)據(jù)。按照SAE J211，PART2 的要求，如果用高速相機(jī)來(lái)計(jì)算位移和速度，那么其采樣率不應(yīng)低于500 fps，圖像設(shè)備不應(yīng)用于計(jì)算加速度，相機(jī)安放點(diǎn)和拍攝對(duì)象或相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)的拍攝對(duì)象上的標(biāo)記點(diǎn)都應(yīng)被記錄。

（6）試驗(yàn)前模擬地板變形安裝檢查。

用作夾具的梁可以是近似剛性的盒型、I 型、U型截面梁，在X-Z 平面內(nèi)繞X 軸的俯仰應(yīng)至少達(dá)到±10°，而滾轉(zhuǎn)梁則需繞地板導(dǎo)軌中心線或連接件的中心線至少±10°，并有地板梁變形后有固定它的辦法。

（7）座椅安裝角度及位置，包括踏板平面必須能反應(yīng)地板在飛機(jī)上的安裝形式。

座椅安裝導(dǎo)軌相對(duì)飛機(jī)軸線的初始偏角達(dá)到±10°。

（8）試驗(yàn)用假人（ATD）安裝姿態(tài)的檢查。

檢查假人安裝狀態(tài)符合規(guī)范中ATD 的使用。

（9）試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)的檢驗(yàn)。

（10）試驗(yàn)準(zhǔn)備狀態(tài)檢查和試驗(yàn)設(shè)施制造符合性檢查。

（11）工程審查代表目擊試驗(yàn)。

5.2 評(píng)審要求

（1）座椅結(jié)構(gòu)與所有連接點(diǎn)保持連接，主要載荷傳遞路徑保持完好。

（2）乘員約束系統(tǒng)能經(jīng)受動(dòng)態(tài)沖擊，與所有連接點(diǎn)保持連接。

（3）座椅的永久變形在本文規(guī)定的量值限度內(nèi)，并且不致顯著地妨礙乘員解脫約束、站起來(lái)及離開(kāi)座椅。

（4）如果在試驗(yàn)期間ATD 的頭部與飛機(jī)內(nèi)飾發(fā)生碰撞，其HIC 值不超過(guò)1000。

（5）在使用肩帶時(shí)，單根上軀干約束帶上的拉力載荷不超過(guò)7.78N（1750 磅力）。如使用雙帶約束上軀干，則總拉力載荷不超過(guò)8.9kN（2000 磅力）。

（6）在ATD 骨盆和腰椎之間測(cè)得的最大壓縮載荷不超過(guò)6.67kN（1500 磅力）。

（7）上軀干約束帶（安裝時(shí)）在碰撞期間保持在ATD 的肩上。

（8）碰撞期間骨盆的約束帶保持在ATD 的骨盆上。

（9）在腿部和座椅或其它結(jié)構(gòu)碰撞時(shí)，每根股骨上軸向壓縮載荷不超過(guò)10.0 kN（2250 磅力）。

（10）所有可展開(kāi)的部件必須保持收起狀態(tài)，除非可以證明其不影響出口通道或不會(huì)引起乘員的嚴(yán)重?fù)p傷。

6 結(jié)束語(yǔ)

安全是飛機(jī)最基本也是最重要的要求，為了提高飛機(jī)應(yīng)急著陸事故中座椅系統(tǒng)對(duì)乘員的保護(hù)能力，F(xiàn)AA 多次頒布和更新民機(jī)座椅的性能標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)民機(jī)座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)試驗(yàn)法規(guī)和試驗(yàn)方法的研究可以為航空座椅生產(chǎn)廠家的適航取證提供技術(shù)支持，指導(dǎo)航空座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，促進(jìn)我國(guó)民航座椅研究的進(jìn)一步發(fā)展。