王 智

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn)333001）

0 引言

作為直升機(jī)平臺(tái)安全性關(guān)鍵部件之一，民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)在批準(zhǔn)裝直升機(jī)使用時(shí)，需要取得CCAR—33“航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定”。此種獨(dú)立取證方式固然便于實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)廠商在研制過(guò)程中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)管理、過(guò)程管控，但同時(shí)也帶來(lái)了發(fā)動(dòng)機(jī)同直升機(jī)平臺(tái)對(duì)安全性指標(biāo)要求存在不一致，導(dǎo)致直升機(jī)難以取證等缺點(diǎn)。

在直升機(jī)飛/發(fā)集成設(shè)計(jì)過(guò)程中，一種安全性分析方法是通過(guò)對(duì)直升機(jī)開(kāi)展功能危險(xiǎn)分析，將全機(jī)級(jí)的安全性指標(biāo)逐級(jí)分配給發(fā)動(dòng)機(jī)，從而建立“整機(jī)-系統(tǒng)-發(fā)動(dòng)機(jī)”安全性指標(biāo)聯(lián)系，用于實(shí)現(xiàn)主機(jī)需求對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的頂層策劃，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在滿足自身取證的條件下，也能滿足裝直升機(jī)取證安全性要求。

本文以典型民用雙發(fā)直升機(jī)為例，通過(guò)建立并開(kāi)展功能危險(xiǎn)性分析，定義對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要安全性指標(biāo)提要求。

1 直升機(jī)與渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)功能接口及風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)事件

對(duì)于渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，常規(guī)的認(rèn)知是為直升機(jī)提供動(dòng)力來(lái)源，但是從安全性的角度，有必要對(duì)其功能進(jìn)行更為詳盡的分析識(shí)別。發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于直升機(jī)的功能可分為兩大類(lèi)：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)實(shí)現(xiàn)的功能；

（2）保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作所需要的功能。

通過(guò)進(jìn)一步分解，總結(jié)出直升機(jī)同渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的功能接口以及對(duì)應(yīng)功能失效帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)事件。此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)事件在分析過(guò)程中，一般又稱(chēng)為不期望事件（簡(jiǎn)稱(chēng)UE事件）。

（a）通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出軸為直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)提供機(jī)械功率。對(duì)應(yīng)的不期望事件為“一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)時(shí)另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法提供應(yīng)急功率”以及“發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)或大幅度功率損失”。

（b）通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)附件為電氣系統(tǒng)提供發(fā)電所需的機(jī)械功率。對(duì)應(yīng)的不期望事件為“發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法提供電氣提取功率”。

（c）通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣口為環(huán)控系統(tǒng)提供高溫高壓氣源。對(duì)應(yīng)的不期望事件為“發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法提供引氣”。

（d）通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控/信息接口為航電系統(tǒng)提供發(fā)動(dòng)機(jī)告警信息。對(duì)應(yīng)的不期望事件為“發(fā)動(dòng)機(jī)喪失告警功能/錯(cuò)誤告警”。

（e）通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控/信息接口為航電系統(tǒng)提供發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)監(jiān)控信息。對(duì)應(yīng)的不期望事件為“發(fā)動(dòng)機(jī)喪失參數(shù)監(jiān)控功能/錯(cuò)誤的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)”。

（f）確保機(jī)組可控制發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)應(yīng)的不期望事件為“無(wú)法起動(dòng)/關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)”。

（g）確保發(fā)動(dòng)機(jī)安裝。對(duì)應(yīng)的不期望事件為：“發(fā)動(dòng)機(jī)脫離安裝位置”。

除此之外，還需要考慮安裝渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)后產(chǎn)生的特定風(fēng)險(xiǎn)：

起火：發(fā)動(dòng)機(jī)以及其附件燃油、滑油蒸汽泄漏等引起的起火。

轉(zhuǎn)子破裂：高能轉(zhuǎn)子破裂帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

高溫高壓系統(tǒng)：故障時(shí)導(dǎo)致引氣壓力溫度超過(guò)限定值。

燃油、滑油蒸汽，一氧化碳?xì)怏w等有害氣體泄露：故障時(shí)導(dǎo)致引氣有毒物質(zhì)濃度使機(jī)組人員或乘客失去能力。

2 功能風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)分配

完成功能風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別后，需要對(duì)不期望事件的危險(xiǎn)性進(jìn)行進(jìn)一步分類(lèi)，以確認(rèn)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)等級(jí)。按照安全性文件ARP4754的規(guī)定，危險(xiǎn)性等級(jí)根據(jù)其對(duì)直升機(jī)的影響和危害性大小一般可分為下述5類(lèi)，即：災(zāi)難級(jí)（CAT），危險(xiǎn)級(jí)（HAZ），嚴(yán)重級(jí)（MAJ），輕微級(jí)（MIN）以及無(wú)影響（NSE）。在初步的風(fēng)險(xiǎn)分析中，可只考慮嚴(yán)重級(jí)以上的風(fēng)險(xiǎn)。

綜合分析雙發(fā)直升機(jī)的常規(guī)設(shè)計(jì)構(gòu)型，可以將直升機(jī)的安全性指標(biāo)向下分解，從而得出發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的不期望事件以及對(duì)應(yīng)的嚴(yán)酷度和分配的安全性指標(biāo)規(guī)定，如表1所示。

表1 直升機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要安全性指標(biāo)要求

3 同發(fā)動(dòng)機(jī)適航條款規(guī)定的指標(biāo)對(duì)比

CCAR——33航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定的33.75條款（g）項(xiàng)定義了一些常見(jiàn)的失效和危害性發(fā)動(dòng)機(jī)后果，此類(lèi)定義為發(fā)動(dòng)機(jī)的取證基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)比分析發(fā)動(dòng)機(jī)適航條款定義以及直升機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)安全性風(fēng)險(xiǎn)的要求可知：

發(fā)動(dòng)機(jī)失效：在發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定中，可以被最低識(shí)別為輕微級(jí)（MIN）風(fēng)險(xiǎn)，然而在直升機(jī)分析中，此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)為嚴(yán)重級(jí)（MAJ），并期望更低的出現(xiàn)概率。

發(fā)動(dòng)機(jī)脫離安裝位置：在發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定中被定義為危險(xiǎn)級(jí)（HAZ），同直升機(jī)的分析一致。

發(fā)動(dòng)機(jī)不可控火情、無(wú)法關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)、引氣污染等外部風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定同直升機(jī)對(duì)于危險(xiǎn)性等級(jí)的定義一致，但是由于此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)依賴(lài)于直升機(jī)的相關(guān)系統(tǒng)作為最后的安全性保障，因此直升機(jī)方一般希望發(fā)動(dòng)機(jī)能夠依靠自身達(dá)到相關(guān)的可靠性等級(jí)。

高能轉(zhuǎn)子破裂屬于差異較大的危險(xiǎn)性事件。一方面由于技術(shù)和試驗(yàn)條件的限制，發(fā)動(dòng)機(jī)方對(duì)高能轉(zhuǎn)子破裂危險(xiǎn)性事件的設(shè)計(jì)保證僅能達(dá)到危險(xiǎn)級(jí)（HAZ）。但在直升機(jī)設(shè)計(jì)中，如果發(fā)動(dòng)機(jī)布置不當(dāng)，可能會(huì)引起至多災(zāi)難級(jí)（CAT）的故障。因此，給發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)上布置帶來(lái)了相當(dāng)多的限制和不便。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以典型民用雙發(fā)直升機(jī)為例，通過(guò)定義直升機(jī)與渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)功能接口并對(duì)相關(guān)功能失效對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)性等級(jí)建立同發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)系，從而定義對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要安全性指標(biāo)提要求，并同發(fā)動(dòng)機(jī)適航條款的安全性指標(biāo)只要要求做了對(duì)比分析。通過(guò)相關(guān)分析可知，直升機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主要安全性指標(biāo)要求一般會(huì)多于并高于發(fā)動(dòng)機(jī)適航取證要求，因此，有必要在飛/發(fā)匹配初期協(xié)調(diào)定義相關(guān)的安全性要求，避免直升機(jī)付出過(guò)大補(bǔ)償代價(jià)或者帶來(lái)后期難以取證的風(fēng)險(xiǎn)。