飛機(jī)燃油系統(tǒng)適航限制項(xiàng)目制定方法的研究和分析

林桂平

【摘 要】根據(jù)《運(yùn)輸類飛機(jī)燃油箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)評審：降低可燃性，維護(hù)和檢查要求》（FAR25-102修正案）和《燃油箱系統(tǒng)容錯(cuò)評估要求》（SFAR88）的要求，型號合格證持有人以及申請人必須制定飛機(jī)燃油箱系統(tǒng)點(diǎn)火源防護(hù)所涉及的適航限制項(xiàng)目（ALI）。本文對ALI的制定方法與流程進(jìn)行了研究和分析，從點(diǎn)火源防護(hù)安全性評估出發(fā)，運(yùn)用“四元素”評估準(zhǔn)則確定“不安全狀態(tài)”，進(jìn)而制定出以關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制（ CDCCL）和維修/檢查任務(wù)為主的適航限制項(xiàng)目（ALI）。

【關(guān)鍵詞】適航限制項(xiàng)目；四元素；關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制

0 引言

燃油系統(tǒng)的安全問題一直以來是航空安全的主要問題之一。自上世紀(jì)五十年代起，全世界共發(fā)生十多起油箱點(diǎn)燃事故，導(dǎo)致大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。在這些事故中，環(huán)球航空TWA800航班事故對與飛機(jī)燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)的適航條例產(chǎn)生了巨大影響。在這起事故發(fā)生后，美國國家運(yùn)輸安全委員會（NTSB）對于該事故展開了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)事故起因是不明點(diǎn)火源引起中央油箱爆炸。為此，F(xiàn)AA在2001年頒布了與燃油箱系統(tǒng)維護(hù)檢查相關(guān)的《運(yùn)輸類飛機(jī)燃油箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)評審：降低可燃性，維護(hù)和檢查要求》（FAR25-102修正案）和《燃油箱系統(tǒng)容錯(cuò)評估要求》（SFAR88），其中SFAR88包含了適航限制項(xiàng)目（ALI）和其他持續(xù)適航文件（ICA）兩部分，本文就燃油系統(tǒng)適航限制項(xiàng)目（ALI）的制定方法進(jìn)行了研究和分析，這對民用飛機(jī)適航取證和持續(xù)適航具有重要的意義。

1 燃油系統(tǒng)ALI的目的和作用

燃油系統(tǒng)ALI是為了防止燃油箱內(nèi)部由于潛在的失效、變更、修理或維護(hù)措施而引起的潛在點(diǎn)火源，對點(diǎn)火源起到防護(hù)作用，降低燃油箱的可燃性，因?yàn)辄c(diǎn)火源若與可燃性燃油蒸汽結(jié)合，將有可能會造成燃油箱爆炸并進(jìn)一步導(dǎo)致飛機(jī)失事。

如圖1所示為SFAR88的執(zhí)行流程圖，其中也顯示了燃油系統(tǒng)ALI的制定過程。燃油系統(tǒng)ALI是燃油系統(tǒng)安全狀態(tài)分析判斷的結(jié)果，這些分析判斷表明系統(tǒng)存在與SFAR88中所定義的由于系統(tǒng)構(gòu)型改變、修理或維修差錯(cuò)所導(dǎo)致的與“不安全狀態(tài)”有關(guān)的失效狀態(tài)。若不按照相關(guān)法規(guī)采取特定的工作或操作，這些失效狀態(tài)將會導(dǎo)致燃油箱有著火和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而將導(dǎo)致飛機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

2 燃油系統(tǒng)安全狀態(tài)的評估

SFAR88要求型號合格證和補(bǔ)充型號合格證申請人/持有人對飛機(jī)燃油箱系統(tǒng)進(jìn)行安全性評估，確定點(diǎn)火源防護(hù)特征，制定燃油系統(tǒng)維護(hù)和檢查指南來保持燃油系統(tǒng)的點(diǎn)火源防護(hù)特征，使燃油系統(tǒng)不會有點(diǎn)火源的存在或發(fā)展。

對燃油系統(tǒng)安全狀態(tài)的評估，首先描述所要研究飛機(jī)的燃油系統(tǒng)，介紹其組成及各個(gè)部件的功能；然后對所研究的飛機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)行功能風(fēng)險(xiǎn)分析（FHA），找出能導(dǎo)致危險(xiǎn)性后果的故障模式，作為故障樹分析（FTA）的頂事件；再根據(jù)FHA分析出來的頂事件建造故障樹，運(yùn)用故障模式和影響分析（FMEA）對飛機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的安全狀態(tài)評估；最后根據(jù)“四元素”法找出符合該方法中所述的單點(diǎn)故障和故障組合，判斷它們是否會導(dǎo)致災(zāi)難性或危險(xiǎn)性點(diǎn)火源的發(fā)生，從而確定它們的安全狀態(tài)。

“四元素”不安全狀態(tài)評估準(zhǔn)則：

經(jīng)過安全評估后的項(xiàng)目將用表1所述的“四元素”不安全狀態(tài)評估表來決定是否需要發(fā)布適航限制指令。

1）燃油箱可燃性暴露時(shí)間確定

燃油箱可燃性暴露時(shí)間高低的定性，應(yīng)采用定性檢查和設(shè)計(jì)審查、定量標(biāo)準(zhǔn)和蒙特卡羅分析法三種方法對燃油箱是否符合低可燃暴露時(shí)間油箱特征進(jìn)行判斷。

可燃性暴露時(shí)間的確定步驟的：

步驟1：通過定性檢查和設(shè)計(jì)審查，判斷燃油箱能否滿足低可燃性暴露時(shí)間的特征。如果滿足，則燃油箱是低可燃性暴露時(shí)間燃油箱，如果不滿足，則轉(zhuǎn)到步驟2；

步驟2：判斷燃油箱是否達(dá)到低可燃性暴露時(shí)間燃油箱的定量標(biāo)準(zhǔn)。如果達(dá)到，則燃油箱是低可燃性暴露時(shí)間燃油箱，如果達(dá)不到，則轉(zhuǎn)入步驟3；

步驟3：判斷燃油箱是否達(dá)到使用FAA蒙特卡羅分析法分析的低可燃性暴露時(shí)間燃油箱標(biāo)準(zhǔn)，如果達(dá)到，則燃油箱是低可燃性暴露時(shí)間燃油箱，如果達(dá)不到，則燃油箱是高可燃性暴露時(shí)間燃油箱。

2）“蒙特卡羅”分析方法

“蒙特卡羅”分析方法，是FAA發(fā)展的定量評估燃油箱可燃性的一種分析方法。它的主要內(nèi)容有：

（1）基于仿真計(jì)算軟件搭建燃油箱熱模型；

（2）通過飛行試驗(yàn)獲得燃油箱溫度數(shù)據(jù)對燃油箱熱模型進(jìn)行驗(yàn)證，并表明可滿足AC25.981-2A規(guī)定的油溫仿真精度要求；

（3）將燃油箱熱模型輸出的燃油箱熱參數(shù)作為蒙特卡羅模型的輸入數(shù)據(jù)；按照用戶手冊要求對模型輸入?yún)?shù)進(jìn)行設(shè)置并進(jìn)行計(jì)算。

“蒙特卡羅”分析方法的主要流程如圖2所示。

3 燃油系統(tǒng)ALI的制定

通過“四元素”不安全狀態(tài)評估確定的不安全狀態(tài)，必須制定適航限制項(xiàng)目來糾正。

適航限制項(xiàng)目ALI是局方認(rèn)可的維修檢查項(xiàng)目。包括：

（1）適航維修要求CMR；

（2）部件安全壽命（如50，000架次起降報(bào)廢起落架等）；

（3）結(jié)構(gòu)重要項(xiàng)目（如基于應(yīng)力分析，從某時(shí)限起定期檢查前梁裂紋等）；

（4）關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制（CDCCL）。

適航限制項(xiàng)目是整個(gè)維修工程的一部分。適航限制項(xiàng)目經(jīng)局方批準(zhǔn)，它定義了運(yùn)營商為維持安全飛行需要的一些維修任務(wù)。這些維修任務(wù)不得未經(jīng)局方批準(zhǔn)而省略或更改。

與燃油系統(tǒng)相關(guān)的適航限制項(xiàng)目主要包含關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制（CDCCL）和維修/檢查任務(wù)。

3.1 關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制（CDCCL）

關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制（CDCCL）是CCAR25.981（d）強(qiáng)令的。關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制是為保持飛機(jī)對燃油箱不安全狀況的防護(hù)特性而進(jìn)行的限制要求，根據(jù)FAR25-102修正案，關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制它的一個(gè)目的在于，確保維修人員知曉并處置對影響燃油箱安全性的系統(tǒng)作了更換所造成的影響，包括為維持原始型號設(shè)計(jì)中已按防止形成點(diǎn)火源的需要所定義的那些設(shè)計(jì)特性而必需的任何信息。為確保維護(hù)、修理或替換不會無意中違反燃油箱系統(tǒng)原始型號設(shè)計(jì)的完整性，這些信息是必要的。原始設(shè)計(jì)批準(zhǔn)型號合格證持有人必須定義一種方法來確保這些必要信息對實(shí)施和批準(zhǔn)修理和更換的人員而言是明顯的。在飛機(jī)上，凡不合適的行動可能降低設(shè)計(jì)構(gòu)型完整性的區(qū)域，必須設(shè)置目視可見的措施，以告誡維修人員。此外，應(yīng)采取在相應(yīng)的手冊（諸如線路圖冊）內(nèi)予以闡述的方法來通告這些信息。

定義關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制的一般規(guī)則如下：

（1）關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制中列出的零部件的危險(xiǎn)點(diǎn)火源的防護(hù)特性必須與取證構(gòu)型保持一致；

（2）關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制中列出的零部件的危險(xiǎn)點(diǎn)火源的防護(hù)特性的修復(fù)和檢查必須按照設(shè)計(jì)批準(zhǔn)的運(yùn)營商維護(hù)手冊或局方批準(zhǔn)的規(guī)范進(jìn)行；

（3）關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制中列出的零部件的危險(xiǎn)點(diǎn)火源的防護(hù)特性的任何改變被認(rèn)為是重要的改變，須經(jīng)局方批準(zhǔn)；

（4）當(dāng)部件的危險(xiǎn)點(diǎn)火源的防護(hù)特性被確定后，任何測試設(shè)備和對其進(jìn)行維修的工具必須按照CMM或局方頒布的維修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

3.2 維修/檢查任務(wù)

對于災(zāi)難級和危險(xiǎn)級故障，需要通過安全性分析證明對25.1309（b）的符合性，安全性分析中提出了一些周期性的維修和機(jī)組檢查任務(wù)。當(dāng)這些檢查不能作為基本的勤務(wù)檢查時(shí)就把他們作為候選適航維修要求項(xiàng)目。

候選適航維修要求項(xiàng)目是對取證飛機(jī)運(yùn)行要求的一些周期性維修檢查任務(wù)。故障樹中那些災(zāi)難性且隱蔽性的故障成為候選適航維修要求項(xiàng)目，執(zhí)行這些任務(wù)的間隔也來自于系統(tǒng)安全性分析的故障樹分析中的隱蔽時(shí)間。

4 結(jié)論

本文圍繞SFAR88，簡要論述了燃油系統(tǒng)ALI的目的和作用，給出了ALI的制定流程，首先進(jìn)行點(diǎn)火源防護(hù)安全性評估，然后要對所評估的項(xiàng)目進(jìn)行“不安全”狀態(tài)判斷，最后對判斷為“不安全”狀態(tài)的項(xiàng)目，制定適航限制項(xiàng)目（ALI），包括關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制和維修/檢查任務(wù)兩個(gè)方面的制定，使得執(zhí)行該項(xiàng)目的ALI后，不會對燃油系統(tǒng)的安全產(chǎn)生威脅，進(jìn)而保障飛機(jī)的安全。

這種對適航限制項(xiàng)目制定方法的研究對我國剛剛起步的大型運(yùn)輸類飛機(jī)的適航審定工作具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值和指導(dǎo)意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]SFAR 88，F(xiàn)uel Tank System Fault Tolerance Evaluation Requirements[S].2002.

[2]FAR 25.981，F(xiàn)uel Tank Ignition Prevention[S].2012.

[3]FAA.AC25.981-2 Fuel tank flammability minimization.U.S.Department of Transportation[S].2001：04.18.

[4]FAA. AC25.1309-1A system design and analysis.U.S.Department of Transportation[S].1988：6.21.

[5]FAA. Policy statement on process for developing SFAR 88-related instructions for maintenance and inspection of fuel tank systems.U.S.Department of Transportation[Z].2004：5.21.

[6]FAR26.39，Newly Produced Airplanes：Fuel Tank Flammability[S].2012.

[責(zé)任編輯：劉展]