民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)對(duì)CCAR25.671（d）條款適航驗(yàn)證方法研究

周亮

摘 要：根據(jù)CCAR25.671（d）規(guī)定飛機(jī)設(shè)計(jì)必須使其在所有發(fā)動(dòng)機(jī)都失效時(shí)仍可操縱的要求，如果表明分析方法是可靠的，則可以通過(guò)分析來(lái)表明滿足本要求。某民用飛機(jī)對(duì)其液壓系統(tǒng)提出了采用分析計(jì)算（MOC2）、安全性評(píng)估（MOC3）和試飛（MOC6）等符合性方法進(jìn)行適航驗(yàn)證的思路。提出了具體的實(shí)施方法和關(guān)鍵技術(shù)路徑，此方法經(jīng)過(guò)CAAC型號(hào)合格審定驗(yàn)證，結(jié)果有效，該方法為驗(yàn)證民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)對(duì)CCAR25.671（d）條款的符合性提供了詳細(xì)的解決方案，可供相關(guān)型號(hào)研制提供參照和借鑒。

關(guān)鍵詞：CCAR25.671（d） 液壓系統(tǒng) 適航 符合性方法

中圖分類號(hào)：V22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0067-02

液壓系統(tǒng)作為現(xiàn)代民用運(yùn)輸類飛機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，為機(jī)上飛行操縱系統(tǒng)（通常包含主飛行控制系統(tǒng)和高升力系統(tǒng)）提供液壓動(dòng)力能源。飛行操縱系統(tǒng)的工作性能直接受液壓能源系統(tǒng)失效狀態(tài)與等級(jí)的影響。當(dāng)所有發(fā)動(dòng)機(jī)都失效時(shí)，通常主液壓系統(tǒng)會(huì)喪失功能，相應(yīng)配置的飛行操縱系統(tǒng)也會(huì)隨之喪失安全裕度或功能受限。因此，對(duì)飛機(jī)可操縱性的評(píng)估需要液壓系統(tǒng)深入評(píng)估在所有發(fā)動(dòng)機(jī)都失效時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)和響應(yīng)特性。通常需要采用不同類型的評(píng)估方法進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)證。

該文以某民用飛機(jī)的液壓系統(tǒng)為例，從適航條款的要求開(kāi)始，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)失效狀態(tài)影響評(píng)估結(jié)果，提出了采用分析計(jì)算（MOC2）、安全性評(píng)估（MOC3）和飛行試驗(yàn)（MOC6）方法（飛行試驗(yàn)通?？山Y(jié)合主飛控系統(tǒng)相關(guān)試飛科目一同執(zhí)行）驗(yàn)證其對(duì)CCAR25.671（d）條款符合性的驗(yàn)證思路。

1 適航條款要求

從條款的內(nèi)容上來(lái)看：對(duì)于液壓系統(tǒng)而言，在所有發(fā)動(dòng)機(jī)都失效的狀態(tài)下，剩余液壓能源的作用是保證從失效狀態(tài)到恢復(fù)動(dòng)力源（失效狀態(tài)）期間的飛行操縱系統(tǒng)保證最小飛行操作所必須的功能。因此，條款對(duì)于液壓系統(tǒng)的要求就轉(zhuǎn)化為：確保失效期間剩余液壓能源可以確保飛機(jī)的飛行安全所必須的最小操作動(dòng)作可以實(shí)現(xiàn)。此外，在應(yīng)急動(dòng)力源生效期間，液壓能源不會(huì)額外產(chǎn)生降低飛行安全的情況。雖然條款主要是針對(duì)飛機(jī)的飛行操縱系統(tǒng)，但是液壓系統(tǒng)作為主要的二次能源系統(tǒng)，在整個(gè)失效期間作為確保飛行安全的關(guān)鍵系統(tǒng)，可操縱的要求仍然適用。從條款的內(nèi)容上看，分析的方法是必不可少的，通?？梢詮囊韵聝蓚€(gè)方面去分析：

（1）考慮在所有發(fā)動(dòng)機(jī)失效的狀態(tài)下，備用系統(tǒng)從接收到啟動(dòng)指令到完成啟動(dòng)需要實(shí)際消耗的時(shí)間，在此期間飛機(jī)不會(huì)對(duì)飛行員造成額外的體力負(fù)擔(dān)，也不需要飛行員接受特定駕駛技能的培訓(xùn)。另外，在航線飛行員接受指令或按照手冊(cè)進(jìn)行重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)間間隔內(nèi)，飛機(jī)的狀態(tài)依然可控（可操縱狀態(tài)）。

（2）對(duì)于飛行操縱系統(tǒng)而言，主要的動(dòng)力源是液壓能和電能，需要通過(guò)分析或評(píng)估方法進(jìn)行判定，在所有發(fā)動(dòng)機(jī)失效期間，飛機(jī)可以提供充足的液壓能源和電能。還應(yīng)該通過(guò)飛行試驗(yàn)的方法表明：備用系統(tǒng)可以提供足夠的液壓能和電能。飛行試驗(yàn)所采取的試飛方法應(yīng)該考慮航線實(shí)際運(yùn)營(yíng)的飛行限制和安全飛行所需的盡量低的飛行速度。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)失效的影響分析

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)失效對(duì)飛機(jī)的影響

某民用飛機(jī)在所有發(fā)動(dòng)機(jī)失效后，在備用系統(tǒng)正常啟動(dòng)期間，液壓系統(tǒng)供壓能力和電源系統(tǒng)供電能力是缺失的。

正常工況下，飛機(jī)由左、右發(fā)電機(jī)（IDG）分別向左、右交流匯流條供電。當(dāng)兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)失效時(shí)，兩臺(tái)IDG無(wú)法供電，飛機(jī)可由備用電源輔助動(dòng)力裝置（APU）供電。如果APU也發(fā)生故障，則由沖壓空氣渦輪（RAT）為機(jī)上部分重要設(shè)備供電。而飛行操縱系統(tǒng)屬于飛機(jī)喪失正常電源后需應(yīng)急供電的重要系統(tǒng)，因而該文對(duì)所有發(fā)動(dòng)機(jī)失效后飛機(jī)由RAT供電情況進(jìn)行分析。

液壓系統(tǒng)由三套獨(dú)立的系統(tǒng)構(gòu)成。通常情況，三套液壓系統(tǒng)單獨(dú)為各自的液壓用戶提供液壓能源。當(dāng)所有發(fā)動(dòng)機(jī)失效時(shí)，1#和2#液壓系統(tǒng)失去提供液壓能源的功能，飛機(jī)僅能通過(guò)3#液壓系統(tǒng)為飛行操縱系統(tǒng)提供液壓能源[1]。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)失效對(duì)飛機(jī)操縱性的影響

在發(fā)動(dòng)機(jī)失效后，飛機(jī)的安全性發(fā)生很大下降，飛行操縱系統(tǒng)由于其上游系統(tǒng)的能源供給出現(xiàn)問(wèn)題而失去冗余和相應(yīng)安全裕度。結(jié)合某民機(jī)飛行操縱系統(tǒng)配置和對(duì)應(yīng)上游能源系統(tǒng)（含液壓系統(tǒng)和電源系統(tǒng)）接口關(guān)系，得出在所有發(fā)動(dòng)機(jī)失效后飛機(jī)操縱性的影響如下：

（1）雙發(fā)失效后，左側(cè)副翼及左側(cè)升降舵的漂浮會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)各個(gè)方向操縱效率的降低。

（2）由于左側(cè)升降舵和左側(cè)副翼漂浮會(huì)同時(shí)使飛機(jī)產(chǎn)生明顯向左的滾轉(zhuǎn)力矩，將會(huì)明顯地增加飛機(jī)橫向操縱的難度。

（3）由于左副翼及升降舵的漂浮度數(shù)始終隨著飛行狀態(tài)的變化而變化，這將使飛行員操縱飛機(jī)的難度加大。

3 符合性驗(yàn)證方法描述

3.1 MOC2 分析計(jì)算驗(yàn)證方法

通過(guò)計(jì)算分析的手段，需要計(jì)算出應(yīng)急液壓系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的飛行操縱用戶的舵面能力和運(yùn)行限制，評(píng)估舵面的操縱特性是否能夠滿足適航要求。同時(shí)也需要分析得出在失效狀態(tài)期間的液壓系統(tǒng)的剩余能力是否可以滿足飛行最小操縱的要求（如舵面是否發(fā)生漂浮，舵面偏轉(zhuǎn)所需流量是否可以滿足）。需要計(jì)算整個(gè)失效過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的延時(shí)和信號(hào)流轉(zhuǎn)間隔，并將結(jié)果通過(guò)飛行試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以便修正模型。

相應(yīng)的對(duì)于液壓系統(tǒng)而言，分析計(jì)算的重點(diǎn)應(yīng)集中在：根據(jù)飛行操縱系統(tǒng)舵面運(yùn)動(dòng)的流量需求，計(jì)算從所有發(fā)動(dòng)機(jī)失效失去交流電源開(kāi)始到RAT啟動(dòng)并提供穩(wěn)定的電源供給以確保備用泵啟動(dòng)期間，應(yīng)急液壓能源系統(tǒng)蓄壓器的保壓能力可以滿足要求。該分析計(jì)算過(guò)程需要著重關(guān)注以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

（1）主液壓能源系統(tǒng)失效期間，飛行操縱系統(tǒng)設(shè)定的舵面操縱量需要盡可能明確，數(shù)據(jù)應(yīng)建立在前期工程模擬器試驗(yàn)的基礎(chǔ)上。

（2）應(yīng)急液壓能源系統(tǒng)的計(jì)算應(yīng)考慮全飛機(jī)生命周期內(nèi)預(yù)定的飛行工況下用戶的內(nèi)部泄露。

（3）保壓能力計(jì)算應(yīng)考慮相關(guān)控制信號(hào)傳輸?shù)难訒r(shí)和邏輯運(yùn)算時(shí)間。

3.2 MOC3 安全性評(píng)估驗(yàn)證方法

安全性評(píng)估的出發(fā)點(diǎn)是：考慮最嚴(yán)酷工況，如發(fā)生所有發(fā)動(dòng)機(jī)失效狀態(tài)，疊加導(dǎo)致備用系統(tǒng)失效的概率。同時(shí)還要考慮液壓系統(tǒng)失效和發(fā)動(dòng)機(jī)失效的可能組合情況，給備用系統(tǒng)或失效期間的系統(tǒng)和設(shè)備的安全性指標(biāo)提出要求，在設(shè)備選擇和安全性指標(biāo)分配的過(guò)程中就要考慮這種故障組合。最后給出綜合的安全性分析判定設(shè)計(jì)選擇是考慮所有發(fā)動(dòng)機(jī)失效狀態(tài)以及液壓系統(tǒng)失效嚴(yán)酷工況的。

對(duì)于液壓系統(tǒng)而言，可采用故障樹(shù)（FTA）的方式進(jìn)行概率分配和評(píng)估，同時(shí)應(yīng)結(jié)合可能的燃油耗盡、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子爆破、發(fā)動(dòng)機(jī)鳥(niǎo)撞和其他一系列可能的導(dǎo)致所有發(fā)動(dòng)機(jī)失效的情況進(jìn)行疊加分析。

3.3 MOC6 試飛驗(yàn)證方法

液壓系統(tǒng)MOC6故障模擬試飛是建立在飛行模擬器先期試驗(yàn)和基礎(chǔ)上。根據(jù)分析和模擬器試驗(yàn)情況制定詳細(xì)的試飛方案和相關(guān)試飛改裝方案。飛行試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)設(shè)置相關(guān)故障情況，模擬飛機(jī)處于設(shè)定故障條件下，對(duì)飛行操縱系統(tǒng)的狀態(tài)和響應(yīng)進(jìn)行考察，隨后恢復(fù)故障，成功后返場(chǎng)著陸。

3.3.1 故障模擬方法

試飛改裝方案主要是對(duì)液壓系統(tǒng)主泵出口管路進(jìn)行改裝（增加切斷閥），并在駕駛艙中加裝開(kāi)關(guān)和監(jiān)控畫(huà)面。能夠?qū)崿F(xiàn)在試飛時(shí)切斷1#和2#液壓系統(tǒng)供壓，模擬只有3#液壓系統(tǒng)向用戶供壓的情況。同時(shí)左、右和APU發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)模擬電源故障。在3#液壓系統(tǒng)備用泵正常工作前，只有應(yīng)急蓄壓器向用戶供壓。手動(dòng)釋放RAT。試驗(yàn)結(jié)束后，依次恢復(fù)電源和液壓能源。

3.3.2 試飛條件

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)：空中Idle狀態(tài)。

（2）試驗(yàn)高度：確保試飛中不能恢復(fù)動(dòng)力時(shí)能夠安全返場(chǎng)，通過(guò)性能分析計(jì)算，對(duì)于指定的試驗(yàn)機(jī)場(chǎng)應(yīng)在規(guī)定的高度以上結(jié)束試飛。

（3）速度：試飛開(kāi)始后，首先選擇巡航構(gòu)型。在模擬進(jìn)場(chǎng)和著陸過(guò)程中，飛行速度不小于RAT工作供電的最小飛行速度。

（4）坡度：模擬失效狀態(tài)時(shí)，高度裕度應(yīng)保持足夠，同時(shí)應(yīng)選擇小坡度轉(zhuǎn)彎。

（5）飛行試驗(yàn)點(diǎn)參數(shù)：參見(jiàn)表1。表中每個(gè)參數(shù)的值均需要進(jìn)行反復(fù)計(jì)算和模擬分析。

①按正常程序起飛至預(yù)定高度后，保持穩(wěn)定平飛；

②先后關(guān)閉液壓系統(tǒng)除與發(fā)動(dòng)機(jī)直接關(guān)聯(lián)的所有備用泵；

③先后切斷左、右IDG以及APU發(fā)電機(jī)供電功能；

④使用故障模擬裝置對(duì)主液壓泵進(jìn)行故障模擬；

⑤手動(dòng)放下RAT，確認(rèn)RAT放下并提供應(yīng)急電源，飛機(jī)保持平飛姿態(tài)；

⑥操縱飛行操縱系統(tǒng)，執(zhí)行預(yù)定的小機(jī)動(dòng)操作，模擬進(jìn)場(chǎng)和著陸；

⑦確認(rèn)飛機(jī)各系統(tǒng)狀態(tài)后，依次恢復(fù)IDG供電，并恢復(fù)液壓主泵供壓；

⑧確認(rèn)飛機(jī)正常后，結(jié)束試驗(yàn)。

3.3.3 可接受判據(jù)

在模擬雙發(fā)故障失效期間，液壓能源系統(tǒng)應(yīng)急蓄壓器輸出壓力曲線能夠保證飛行操縱用戶的壓力需求。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)CCAR25.671（d）條款的對(duì)于液壓系統(tǒng)的適用性和要求進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，給出了建議的評(píng)估方法和流程，分析了所有發(fā)動(dòng)機(jī)失效故障對(duì)某民用飛機(jī)操縱性能的影響。從驗(yàn)證液壓系統(tǒng)對(duì)該條款適航符合性的角度，分別提出了采用分析計(jì)算（MOC2）和安全性評(píng)估（MOC3）符合性驗(yàn)證方法的要點(diǎn)，同時(shí)給出了采用試飛（MOC6）手段的驗(yàn)證方案。該方法為驗(yàn)證液壓系統(tǒng)對(duì)CCAR25.671（d）的符合性提供了解決思路。后續(xù)機(jī)型在開(kāi)展相關(guān)方面的適航驗(yàn)證工作時(shí)可以參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李亞男，王偉達(dá)，王興波.民用飛機(jī)飛行操縱系統(tǒng)對(duì)CCAR25.671（d）條款符合性的適航驗(yàn)證方法分析[J]. 民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2011：62-66.