民用飛機輔助動力裝置適航標準及驗證方法研究

（中國商飛上海飛機設(shè)計研究院， 上海 201210）

民用飛機輔助動力裝置（Auxiliary Power Unit,APU）主要功能是為發(fā)動機起動和空氣管理系統(tǒng)提供引氣，驅(qū)動發(fā)電機提供應(yīng)急電源[1]。APU實際上是一個小型的動力裝置，但由于APU和動力裝置功能的不同，其適航標準也有一定的不同[2]。APU的適航標準包括兩個部分，一是APU本體的適航標準，包括美國聯(lián)邦航空管理局（Federal Aviation Administration,FAA）發(fā)布的技術(shù)標準規(guī)定TSO-C77b和歐洲航空安全局（European Aviation Security Agency,EASA）發(fā)布的CS-APU；二是APU安裝的適航標準，EASA發(fā)布的CS25部中單獨列出了APU安裝的相關(guān)適航條款（J分部），F(xiàn)AA在2001年4月發(fā)出了關(guān)于APU安裝的FAR25附錄K草案，后來雖未將附錄K草案納入到FAR25部，但一般通過等效安全的方式將附錄K草案作為APU安裝的審定基礎(chǔ)。

本文主要分析了TSO-C77標準的發(fā)展趨勢，結(jié)合FAR25部對APU本體的相關(guān)要求，總結(jié)了APU制造商在進行TSO驗證時需要考慮的飛機級安裝條件，并由此分析了直接采用TSO-C77b的驗證結(jié)果來表明符合性的FAR25部相關(guān)條款。

1 APU適航標準及驗證方法研究

1.1 TSO-C77標準發(fā)展趨勢

TSO-C77b發(fā)布于2000年12月，用于替代TSO-C77a，兩者的主要差異見表1。差異主要體現(xiàn)在三個方面：（1）從安全性角度，TSO-C77b新增了安裝節(jié)的防火要求、轉(zhuǎn)子軸向飛出的包容要求和所有轉(zhuǎn)子壽命限制等要求；（2）將FAR25部和問題紀要的要求納入到TSO-C77b中，修訂了負加速度要求和滑油箱膨脹空間要求，新增了進氣管道防火和著火情況下不能產(chǎn)生危險量有毒氣體的要求；（3）按照APU最新的設(shè)計特征及行業(yè)的發(fā)展，增加了電子部件環(huán)境條件要求和軟件開發(fā)過程要求。

表1 TSO-C77b與TSO-C77a差異對比

因此從這三個方面考慮，以下幾點在TSO-C77b中存在缺失或與行業(yè)發(fā)展不一致的地方，下一版中是否會納入這些要求，值得大家以后加以關(guān)注。

（1）近些年，包括FAA和CAAC等局方對防火等安全性要求越來越嚴格，有資料顯示，F(xiàn)AA認為對采用引射式冷卻設(shè)計的APU，滑油散熱器需滿足FAR25.1023（b）的要求，從而要求滑油散熱器必須是防火的，而在TSO-C77b中要求滑油散熱器至少是耐火的（第5.2.2章節(jié)），兩者有較大不同。

（2）附錄K草案25.951（c）要求在規(guī)定的燃油結(jié)冰條件下，APU應(yīng)能工作正常。TSO-C77b中沒有該要求，僅在附錄2中提到APU制造商需在型號規(guī)范中定義APU防止燃油結(jié)冰的措施（如果適用）。

（3）FAA在2014年11月發(fā)布的25-140修正案[3]修訂了25.1093（b）渦輪發(fā)動機進氣結(jié)冰的要求，并提出25.1093(b)所有要求均適用于APU。其中25.1093（b）（2）地面結(jié)冰條件在TSO-C77b中存在缺失。

1.2 TSO驗證時需考慮的飛機級安裝條件

附錄K草案25.901（c）要求APU的安裝必須符合TSO提供的安裝指南，為了避免在25部取證時重復(fù)工作，飛機制造商必須提供飛機的安裝條件，并要求APU制造商在TSO驗證時考慮飛機的安裝條件。

表2給出了飛機制造商需提供的飛機級安裝條件，主要可以分為三類：一是，飛機包線限制類，包括飛機運行包線、姿態(tài)包線、負加速度限制、燃油和滑油類型等；二是，飛機環(huán)境條件類，包括電子部件的鑒定級別、限制載荷和極限載荷等要求；三是，飛機安全性需求類，包括APU驗證類型、有毒氣體、APU轉(zhuǎn)子爆破包容設(shè)計和軟件研制保證等級等要求。

表2飛機制造商需提供的飛機級安裝條件

1.3 APU適航驗證方法研究

FAR25部和附錄K草案除了對APU安裝提出要求外，部分條款對APU本體也提出了一些要求，其中部分要求與TSO-C77b的要求相同或相似。表3對這些條款與TSO-C77b相關(guān)章節(jié)作了差異分析，通過對比，除附錄K草案25.1093(b)(1)在飛機級進行驗證時需考慮飛機和進排氣對APU本體的影響外，其余條款都可直接采用TSO-C77b的驗證結(jié)果表明對FAR25部條款的符合性。

表3 APU適航條款驗證研究

2 結(jié)束語

（1）本文通過對比TSO-C77b與TSO-C77a的條款要求，分析了APU適航標準的發(fā)展趨勢，并基于行業(yè)的發(fā)展及FAA立場的變化，提出了幾點TSOC77b可能需要更改的方面；

（2）FAR25部部分條款對與TSO-C77b的要求相同或相似，通過對比這些要求的差異性，總結(jié)了APU本體在TSO驗證時需考慮的飛機級安裝條件；并由此分析了可直接采用TSO-C77b的驗證結(jié)果表明符合性的FAR25部相關(guān)條款。

[1]《航空發(fā)動機設(shè)計手冊》編委會.輔助動力裝置及動力機[M].北京：航空工業(yè)出版社，2007.

[2]金中平.輔助動力裝置及其標準發(fā)展綜述[J].航空標準化與質(zhì)量，1998，(4):19-22.

[3]Federal Aviation Administration(FAA).Amendment Nos.25-140 Airplane and Engine Certification Requirements in Supercooled Large Drop,Mixed Phase，and Ice Crystal Icing Conditions[S].US:Department of Transportation，2014.